CN110235473B - 非许可ISM频带中的NB-IoT多载波操作 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在许可和非许可频率谱中进行窄带物联网(Internet‑of‑Things，NB‑IoT)的联合多载波操作的方法。本发明的目的是提供一种方法，该方法使用现有的多载波操作技术，但也可以处理和使用ISM频带(非许可频带)，从而遵守所有监管要求，该目的通过由在非许可频谱中操作的附加上行链路和/或下行链路NB‑IoT载波扩展许可频谱中的现有NB‑IoT规则标准，以通过用于在许可和非许可频率谱两者中进行窄带物联网(NB‑IoT)的联合多载波操作的方法来解决，其中，取决于被调度的媒体接入过程的附加数据被添加到配置数据，所述配置数据在基站和UE之间广播以确保UE和基站侧在操作期间的合规性。

Description

非许可ISM频带中的NB-IoT多载波操作
技术领域
本发明涉及一种用于在许可和非许可频率谱中进行窄带物联网(narrowbandInternet-of-Thing，NB-IoT)的联合多载波操作的方法。
背景技术
窄带物联网(NB-IoT)是最近批准的用于基站(eNodeB)和用户设备(userequipment，UE)之间的无线电接口的3GPP标准[参考：3GPP TS 23.720关于蜂窝物联网的架构增强的研究]。对于UE侧，NB-IoT的优点是增加的覆盖范围、超低功耗以及降低的设备成本，同时保持高安全标准以及蜂窝通信的全球漫游能力。对于网络和运营商而言，另一方面，NB-IoT可以支持每个小区和扇区的大量设备，而无需在核心网络和无线接入网络设备上进行额外投资。此外，NB-IoT支持在3GPP长期演进(Long Term Evolution，LTE)小区的无线电频谱内部署，因此在该情况下不需要对无线电频谱的额外投资。
在支持大量设备情况下，当太多设备同时尝试接入网络时，网络存在过载的风险。通过接入限制的方式，网络可以通过从网络服务中排除某些接入类型一段时间来克服过载情况。由于接入限制而增加的网络接入等待时间对于具有延迟容忍流量的机器到机器(machine to machine，M2M)通信而言通常不是问题，接入限制过程额外消耗设备的电池。使用ISM频谱(工业、科学以及医疗频带)来缓解网络负载峰值对网络运营商来说是一个很有吸引力的选择。
另一方面，低功率无线广域网(low power wireless wide area network，LPWAN)技术，例如LoRaWAN、SigFox以及IEEE 802.11ah，针对非许可频谱内的独立部署。这些技术既不与许可无线电频率谱中的技术相互作用，也不向许可频谱提供迁移路径。通过支持非许可和许可频谱之间的无缝交互，可以在非许可频谱过载的情况下保护用户的投资。
NB-IoT标准不支持在非许可频谱，例如，工业、科学以及医疗(industrial，scientific and medical，ISM)频带中的操作。与ISM和其他非许可频带的使用相关联的监管要求在最大传输功率、传输带宽、占空比、调制、媒体接入等方面是多种多样的，并且它们在不同地理区域内被分段。此外，非许可频谱必须与其他设备共享，并且共存机制必须建立。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法，该方法使用现有的多载波操作技术，但也可以处理和使用ISM频带(非许可频带)，从而遵守所有监管要求。
该目标将通过由在非许可频谱中操作的附加上行链路和/或下行链路NB-IoT载波扩展许可频谱中的现有NB-IoT标准版本14，以通过用于在许可和非许可频率谱中进行窄带物联网(NB-IoT)的联合多载波操作的方法来解决，其中，取决于被调度的媒体接入过程的附加数据被添加到配置数据，所述配置数据在基站和UE之间广播以确保UE和基站侧在操作期间的合规性。
合规性意味着设备根据操作区域适用的法规要求在非许可无线电频谱中运行。国际电信联盟已经定义了非许可ISM频带，但ISM频带使用的监管要求存在于负责所考虑的世界区域的监管机构。例如，对于美利坚合众国，联邦通信委员会(Federal CommunicationsCommission，FCC)是监管机构。在欧洲，欧洲电信标准协会(European TelecommunicationsStandards Institute，ETSI)是负责的监管机构。
该解决方案允许通过使用NB-IoT多载波特征的增强版本，由在非许可频谱中操作的附加上行链路(以及可选地下行链路)NB-IoT载波扩展许可频谱中的现有NB-IoT部署。因此，可以确保符合上行链路(uplink，UL)和下行链路(downlink，DL)方向上的非许可频谱的监管要求。
所提出的方法使得能够增加非许可射频(radio frequency，RF)频谱中的NB-IoT载波以用于网络接入和单播传输。单播传输是基站和单个设备/UE之间的数据交换。对于网络运营商而言，非许可频谱能够吸收网络接入和网络流量中的负载峰值，使得可以在不对RF频谱资源进行任何额外投资的情况下为更多用户和设备提供服务。另一方面，非许可频谱中提供的服务将以下列方式受益于所提出的方法。通过在非许可频谱中使用NB-IoT，可以使用蜂窝通信的现有安全基础设施。NB-IoT的被调度的媒体接入以及频率重用通常提供更高的频谱密度，这减少了无线电时间并延长了电池寿命。此外，它可以实现到许可频带和从许可频带的无缝迁移，以防服务的可靠性和定价偏好随时间而变化。所提供的服务级别可以在设备侧(UE)上没有任何硬件或软件改变的情况下切换。
在创造性方法的优选实施例中，用于非许可载波上的网络接入的所述扩展配置数据在许可载波上的系统信息内广播。扩展配置数据被理解为由附加数据扩展的配置数据。
众所周知，对于非许可频带中的操作，存在关于输出传输功率、循环占空、信道带宽、媒体接入、调制等的各种监管合规性要求，这些要求通常取决于区域。对于欧洲区域，如表1所示概述。为了确保合规性，所有相关配置数据应由基站(eNodeB)广播。该配置是下面提出的媒体接入方法的必要输入，其确保设备(UE)和基站(eNodeB)侧在操作期间的遵从性。
表1：欧洲非特定短程设备的频带(来自[SWRA048])
频带 ERP 占空比 信道带宽 备注
433.05-434.79MHZ +10dBm <10％ 无限制 没有音频和声音
433.05-434.79MHZ 0dBm 无限制 无限制 ≤-13dBm/10kHz，没有音频和声音
433.05-434.79MHZ +10dBm 无限制 <25kHz 没有音频和声音
868-868.6MHZ +14dBm <1％ 无限制
868.7-869.2MHZ +14dBm <0.1％ 无限制
869.3-869.4MHZ +10dBm 无限制 <25kHz 需要适当的接入协议
869.4-869.65MHZ +27dBm <10％ <25kHz 多个信道可以组合为一个高速信道
869.7-870MHZ +7dBm 无限制 无限制
2400-2483.5MHZ +7.85dBm 无限制 无限制 发送功率限制为10-dBm EIRP
如图1中示例性示出的，在许可载波上的系统信息内广播用于非许可载波上的网络接入的公共配置。3GPP版本14已经在另一个NB-IoT载波上引入了用于随机接入的必要配置(例如，NPRACH资源、NPDCCH公共搜索空间(common search space，CSS)类型2的位置等)作为NB-IoT多载波特征的一部分。通过由系统信息广播的必要附加数据来扩展配置数据具有以下优点：设备侧(UE)上不需要硬件改变。
在创造性方法的进一步优选实施例中，所述附加数据由UE的占空比预算和/或能量检测阈值信息和/或非许可频谱中的允许载波频率和/或最大传输功率和/或上行链路传输的带宽和/或下行链路NB-IoT参考符号的传输功率。
对于非许可频谱中的操作，需要添加以下配置：必须指示支持的媒体接入模式，例如循环占空和/或先听后说(listen-before-talk，LBT)，包括相关参数，例如每UE占空比预算或能量检测阈值。还必须由允许的载波频率扩展配置数据以覆盖非许可频带以及上行链路传输的最大传输功率和带宽。并且，如果有下行链路NB-IoT参考符号的传输功率，也应被添加。
如上所述(图1)，在连接建立之后，对于非许可NB-IoT载波上的单播操作，专用配置以相同的方式扩展。
在创造性方法的一个实施例中，如果UE被允许使用许可和/或非许可频谱接入所述网络，则将信息存储在所述UE的全球用户识别模块(Universal Subscriber IdentityModule，USIM)中。
无论设备(UE)是否被允许使用许可和/或非许可频谱接入，网络应包含在UE的通用全球用户识别模块(USIM)上存储的用户信息中。用户更改后，信息将通过无线方式更新。
独立于支持的媒体接入控制(medium access control，MAC)模式，例如，在循环占空和/或先听后说(LBT)，UE需要估计非许可载波上的窄带参考信号接收功率(NarrowbandReference Signal Received Power，NRSRP)和路径损耗，以便确定覆盖类别以及初始前导码传输功率。NRSRP估计可以从频率附近的RF频带获得，例如，EU 868MHz非许可的频带20或频带8以及915MHz ISM频带。否则，基站可以在非许可频带内使用其占空比预算来发送窄带参考信号(narrowband reference signal，NRS)。NRS传输窗口长度和周期应在系统信息中广播。
在创造性方法的进一步实施例中，所述被调度的媒体接入过程基于循环占空，而上行链路是根据占空比和在定义的平均窗口内的占空比预算在非许可频谱中执行，并且下行链路是在许可频谱中执行。
在循环占空接入过程中，UE尝试在非许可频谱中与网络协商。UE必须计算何时资源可以使用以使网络知道它们。一旦网络知道了UE，由网络决定告知UE何时UE可以发送数据并管理UE可用的时间资源。网络的任务是建立传送的总体平衡。
如果使用循环占空接入过程，则仅将上行链路方向转移到非许可载波/频带，因为基站到UE的通信方向必须由许多UE共享，因而对于每个UE的数据传送的限制将是非常困难的，并且如果DL也被转移到非许可的频带，则在大多数情况下将是不合理的。例如，典型的UE设备，例如，传感器，每小时或每天或通常每单位时间生成一个数据项。在IoT应用中，典型的数据流是从UE到网络，以便在网络中发送数据项以便在其他地方进一步处理。从基站到UE的另一个方向通常是最小的。因此，如果该上行链路方向可以转移到非许可频带，则可以实现明显的缓解。
在创造性方法的优选实施例中，所述占空比预算表示在所述定义的平均窗口内的传输时间，而所述占空比预算由监管机构确定并由所述基站向所述UE传送。
某些非许可频段允许在限定的占空比内进行不协调的媒体接入。占空比被理解为相对于总观察时间的设备发送时间。占空比预算适用于发送设备(UE)，并且在定义的平均窗口上测量。作为示例，1％的占空比预算对应于，例如一小时内36秒的传输时间，这对于定期报告少量数据的许多低流量IoT应用可能是足够的。对于循环占空媒体接入，所有上行链路传输在非许可频谱内执行。由于基站必须支持许多UE，因此下行链路保持在许可频谱中。由于所考虑的物联网应用类别是以上行链路为中心的，因此对许可操作的影响是有限的。
在创造性方法的另一个优选的实施例中，如果可用资源多余所述UE必须发送数据，所述UE开始对所述网络的随机接入过程。这意味着在剩余的占空比中必须有足够的占空比预算，因此UE应该防止自己耗尽资源但仍然有数据要发送的情况。
UE和eNodeB都跟踪UE上行链路传输时间以确保UE处的占空比预算。仅当在剩余占空比中有足够的可用预算时，才允许UE开始随机接入过程。足够的预算意味着预期UE用当前占空比内的剩余传输时间传递当前会话的所有待处理数据。类似地，仅当UE的占空比允许时，eNodeB才调度上行链路传输。否则，eNodeB应释放或挂起网络连接。为了考虑eNodeB的预算中的前导码重传，UE应向网络报告尝试次数。如果不能接收到NPUSCH格式1或2，则eNodeB应相应地更新UE的剩余占空比预算。前导码传输是UE的初始自发起传输，以便接入NB-IoT无线电接入网络。
在创造性方法的另一个实施例中，所述被调度的媒体接入过程基于先听后说(LBT)，而所述上行链路和，可选地，所述下行链路，都是在非许可频谱中调度。
如果占空比限制对于IoT应用来说不够，则该设备可能在几个非许可频带中使用先听后说(LBT)进行媒体接入。先听后说是一种过程，其中，UE检测传输信道是否空闲的或由另一方使用。例如，异常事件的报告可能具有更高的流量要求。LBT模式可以在UL和DL侧使用，而DL侧是可选的。另一个用例是将设备从许可载波临时分流到非许可载波，以便在网络负载峰值期间容纳更多活动的设备。
LBT过程应确保NB-IoT与非许可频谱的其他用户之间的公平共存。在LTE中引入的用于许可协助接入(licensed assisted access，LAA)的LBT过程[参考：在36.213中引入eLAA(UL信道接入过程)，RP-161803]应再用于非许可频谱中的NB-IoT。在DL和UL媒体接入中，由于触发LBT过程的外部干扰，eNodeB的集中式调度可能被阻止。
个别物理信道的阻止应按如下方式处理：在创造性方法的一个实施例中，窄带物理上行链路共享信道(narrowband physical uplink shared channel，NPUSCH)上的上行链路传输由所述基站调度，而所述UE在定义的NPUSCH LBT窗口内，在由所述基站分配的频率资源上处理所述LBT过程，以防止由于在不同的子载波上同时调度的其他UE导致的任何阻止。根据NB-IoT标准，子载波是15kHz的频率谱资源，其是频率谱方面的最小调度单元。
并且，在创造性方法的另一个实施例中，所述定义的NPUSCH LBT窗口和/或附加同步序列在所述系统信息内配置，其中，所述附加同步序列加到所述NPUSCH的前面以便所述基站检测所述上行链路传输的开始。
NPUSCH上的上行链路传输(格式1和2)由eNodeB调度。当NPUSCH到期时，UE还应处理LBT。LBT应仅在上行链路授权内分配的频率资源上进行处理，以防止由于在不同子载波上同时调度的其他UE而导致的任何阻止。如果LBT立即成功或在定义的时间窗口内成功(所谓的NPUSCH LBT窗口)，则UE开始NPUSCH传输，否则它保持静默。在LBT成功之后立即启动NPUSCH传输。附加同步序列被加到所述NPUSCH的前面以便所述基站检测所述上行链路传输的开始。NPUSCH LBT窗口和NPUSCH同步序列长度都通过系统信息(用于随机接入消息3)和专用信令(用于其他传输)配置给UE。在随机接入期间基站仅在消息4中发送专用配置。对于随机接入消息3，仅系统信息是可用的。示例性的整个过程如图5所示。
在创造性方法的进一步实施例中，窄带物理下行链路控制信道(narrowbandphysical downlink control channel，NPDCCH)上的下行链路传输被阻止，直到所述LBT过程成功，而同时窄带物理下行链路共享信道(narrowband physical downlink sharedchannel，NPDSCH)通过相关NPDCCH保留用于跨载波调度。
如果NPDCCH最初被阻止，但有足够的NPDCCH剩余，则eNodeB可能决定在LBT成功之后稍后启动NPDCCH。网络可能决定调度更多NPDCCH重复，以考虑最初的阻止。UE应在信道估计期间考虑潜在的阻止(丢失NRS)。相反，NPDSCH无法在随后启动。而信道需要通过相关NPDCCH或者其他方式被预先保留用于跨载波调度。可选地，eNodeB可以提前启动LBT以预先保留信道，从而增加按时开始下行链路传输的可能性。
在创造性方法的另一进一步优选实施例中，许可和非许可NB-IoT载波的动态调度是通过将用于单播上行链路和下行链路的下行链路控制信息(downlink controlinformation，DCI)扩展一位以指示在所述许可或非许可NB-IoT载波上的传输来执行。
非许可频段内的干扰情况可能在短时间内发生很大变化。当另一个设备阻止频谱几秒钟时，UE和eNodeB之间的连接将暂时停止服务。可以通过使用如下所述的可靠的NPDCCH监测和基于每个授权的许可和非许可NB-IoT载波的动态调度来解决该问题。为此目的，类似于LTE中的跨载波调度，用于单播上行链路和下行链路的下行链路控制信息(DCI)被扩展一位以指示许可或非许可载波上的传输。使用该方法，可以在MAC(媒体接入控制)调度内将UE从许可频谱移动到非许可频谱。
因此，在创造性方法的进一步优选实施例中，所述NPDCCH在非许可和许可频谱中同时被监测，而通过所述系统信息中的专用配置配置的用户特定搜索空间USS由所述UE使用。
在NPDCCH仅在非许可频谱中分配的情况下，与基站的连接可能会被外部干扰阻止，从而导致连接错误。为了确保可靠的物理层控制信令，提出了在非许可和许可频谱中同时监测NPDCCH。对于公共搜索空间(CSS)类型2以及用户特定搜索空间(user specificsearch space，USS)，UE应当监测许可频谱中的锚载波，而且，如果被配置了，还应监测非许可NB-IoT载波。它们中的每个的监测周期通过系统信息(CSS类型2)和专用配置(USS)配置。这样，即使非许可频谱中的NPDCCH被阻止，也可以通过许可频谱到达UE。
在USS内，无法确保在非许可频谱中NPDCCH传输期间存在NRS。因此，应当在可以确保NRS的存在的许可频带内的锚载波上监测无线电链路的无线电链路故障。
在NB-IoT小区的上行链路中，可以使用频域中的正交资源来调度多个UE。如果UE将在整个180kHz系统带宽内处理LBT，则它将被先前已经开始传输的其他UE的传输阻止。换句话说，LBT过程将使UE的上行链路传输顺序化。为了在非许可频谱中实现多点上行链路传输，每个UE应仅使用上述LBT过程监听分配给它的频率资源。因此，在创造性方法的优选实施例中，所述UE仅通过使用所述LBT过程监听分配给所述UE的频率资源。这具有的优点是UE不会阻止全部带宽或UE不须考虑全部带宽。
并且，在创造性方法的另一个优选的实施例中，所述UE使用跳频在所有窄带物理随机接入信道(NPRACH)频率资源上处理LBT以实现多个UE的复用，而该多个UE尝试发送前导码直到所述LBT过程的处理成功，否则所述UE跳过所述NPRACH机会并继续下一个机会。
跳频是一种使用发射器和接收器，即基站和/或UE，都知道的伪随机序列通过在许多频率信道之间快速切换载波来发送无线电信号的方法。它被用作码分多址(codedivision multiple access，CDMA)方案中的多址方法，跳频码分多址(frequency-hoppingcode division multiple access，FH-CDMA)。FHSS是一种无线技术，其在快速变化的频率上传播信号。每个可用频带被分成子频率。信号以预定的顺序在这些子频率中迅速改变(“跳跃”)。特定频率的干扰仅影响该短暂间隔期间的信号。然而，FHSS会对相邻的直接序列扩频(direct-sequence spread spectrum，DSSS)系统造成干扰。如果在相关联的NPRACH频率资源内将跳频用于NPRACH，则UE需要在所有NPRACH频率资源上处理LBT。为了在NPRACH机会内实现多个UE的复用，建议UE在开始时使用定时提前(TA)0尝试发送前导码。在UE可以接入媒体因而可以接入信道或频率载波之前，UE必须处理LBT过程。如果LBT过程成功，则UE可以发送前导码。如果LBT过程不成功，则UE应跳过NPRACH机会并继续下一个NPRACH机会。如果在执行LBT过程期间媒体忙，则UE应在定时提前方面确定媒体忙的相关时间。定时提前是从基站发送的下行链路信号定时相对于UE发送的上行链路信号定时之间的时间差。然后它应该尝试使用估计的定时提前发送前导码并继续LBT过程。该算法试图根据LBT过程所指示的最早观察到的NPRACH传输来对齐前导码的开始定时。这样，确保最终所有UE都能够发送前导码。
此外，NPRACH子载波的数量应允许配置6个3.75kHz的子载波，以符合25kHz的信道带宽约束。
将使用示例性实施例更详细地解释本发明。
附图说明
图1包括非许可载波参数的系统信息广播和使用循环占空MAC的网络接入；
图2小数据定期报告的使用实例，上行链路传输使用循环占空MAC在非许可频谱中进行；
图3异常报告的使用实例，UL和DL传输都通过使用先听后说MAC而使用非授权频带；
图4在网络负载峰值期间将设备分流到非许可频带的使用实例；
图5在LBT MAC模式下NPUSCH处理期间的先听后说过程和同步信号传输；
图6 NPUSCH的跨载波调度；
图7通过监测非许可和许可频带中的NPDCCH的鲁棒物理层控制信令；
图8三个UE使用创造性方法尝试连接到无线电接入网络的场景。
具体实施方式
图1示出了网络，即基站，和用户设备(user equipment，UE)之间通常的初始化。在第一步骤中，基站(eNodeB)在许可载波上广播系统信息，而系统信息包括由附加信息扩展的配置数据，附加信息表明网络接入可以在非许可载波上执行。为了使用非许可载波进行传输，需要为非许可频谱中的操作添加具有以下信息的配置数据：支持的媒体接入控制(medium access control，MAC)模式的信息，循环占空和/或先听后说(listen-before-talk，LBT)以及相关参数，例如，每UE的占空比预算或能量检测阈值。此外，需要扩展允许的载波频率以覆盖非许可频带，并且需要注册上行链路传输的最大传输功率和带宽。如果可用，则需要添加下行链路NB-IoT参考符号的传输功率。如果初始化完成并且使用了循环占空媒体接入控制模式，则UE在非许可载波上发送RRC连接请求(RRCConnectionRequest)，以便缓解网络负载中的峰值。使用循环占空，下行链路总是在许可载波上执行，因为基站必须支持许多UE。在非许可载波上向基站发送RRC连接建立完成(RRCConnectionSetupComplete)消息以完成数据交换。
图2通过小数据的定期报告显示了使用实例。使用循环占空媒体接入控制(MAC)在非许可频谱中进行上行链路传输。如图1所述，连接建立已经完成或已经恢复。在UE与基站的连接已经建立之后，UE可以周期性报告少量数据。在上行链路方向上，基站在许可载波上通过窄带物理下行链路控制信道(narrowband physical downlink control channel，NPDCCH)发送下行链路控制信息(downlink control information，DCI)，而DCI包括信息：在哪个非许可载波上UE可以发送其数据。这样的信息也可以是已经确定的并且已经在系统信息中交换过的。已经通知eNodeB以被配置或者以能够在非许可载波上发送的UE在所提供的非许可载波上，在窄带物理上行链路共享信道(narrowband physical downlink sharedchannel，NPUSCH)格式1上发送UE用户数据。在上行链路方向中，eNodeB/网络负责向UE提供资源，以便允许UE发送数据。在下行链路方向中，基站在许可载波上在窄带物理下行链路控制信道(NPDCCH)上发送下行链路控制信息(DCI)，而DCI包括信息：在哪些非许可载波上UE可以发送其数据。同时，基站在许可载波上为UE在窄带物理下行链路共享信道(narrowbandphysical downlink shared channel，NPDSCH)上发送用户数据，而UE在所提供的非许可载波上，在窄带物理上行链路共享信道(NPUSCH)格式2上发送“握手”信息。在上行链路方向上，eNodeB/网络负责向UE提供资源，以便允许UE发送数据。
对于基站侧和UE侧两侧，如果使用循环占空MAC，则UE和eNodeB都跟踪UE上行链路传输时间以确保UE处的占空比预算。仅当在剩余占空比中有足够的可用预算时，UE才被允许开始随机接入过程。足够的预算意味着预期UE用当前占空比内的剩余传输时间传递当前会话的所有待处理数据。因此，UE必须将剩余预算与预期的预算使用进行比较。类似地，仅当UE的占空比允许时，eNodeB才调度上行链路传输。否则，eNodeB将释放或挂起网络连接。为了在eNodeB处考虑预算中的前导码重传，UE应向网络报告尝试次数。如果不能接收到NPUSCH格式1或2，则eNodeB仍应相应地更新UE的剩余占空比预算。
在实例中，占空比限制对于IoT应用来说是不够的，那么该设备可能在几个非许可频带中使用先听后说(LBT)进行媒体接入。例如，异常事件的报告可能具有更高的流量要求。LBT模式可以在UL和DL侧使用，如图3所示。图3显示了报告异常事件的使用实例。上行链路以及下行链路传输可以在非许可频谱中使用先听后说(LBT)媒体接入控制(MAC)进行。如图1所述，连接建立已经完成或已经恢复。在UE与基站的连接已经建立之后，UE可以通过执行LBT协议来报告异常事件，并且如果LBT已经成功，则可以交换数据。在上行链路方向上，基站在非许可载波上在窄带物理下行链路控制信道(NPDCCH)上发送下行链路控制信息(DCI)，而DCI包括信息：在哪些非许可载波上UE可以发送其数据。已经通知eNodeB以被配置或以能够在非许可载波上发送的UE在所提供的非许可载波上在窄带物理上行链路共享信道(NPUSCH)格式1上发送UE用户数据。在下行链路方向上，基站在非许可载波上在窄带物理下行链路控制信道(NPDCCH)发送下行链路控制信息(DCI)，而DCI包括信息：在哪些非许可载波上UE可以发送其数据。同时，基站在非许可载波上为UE在窄带物理下行链路共享信道(narrowband physical downlink shared channel，NPDSCH)上发送用户数据，而UE在所提供的非许可载波上在窄带物理上行链路共享信道(NPUSCH)格式2上发送“握手”信息。
图4中示出了另一个使用实例。在网络负载峰值期间，可以将设备(UE)分流到非许可频带中。如果在许可频带中存在设备的临时分流，则可以将设备从许可频带重定向到非许可频带，以便在网络负载峰值期间容纳更多活动设备。
图5示出了在LBT MAC模式下窄带物理上行链路共享信道(NPUSCH)处理期间的先听后说过程和同步信号传输。NPUSCH(格式1和2)上的上行链路传输由eNodeB调度。当NPUSCH到期时，UE还应处理LBT。LBT应仅在上行链路授权内分配的频率资源上进行处理，以防止由于在不同子载波上同时调度的其他UE而导致的任何阻止。如果LBT立即成功或在定义的时间窗口(所谓的NPUSCH LBT窗口)内成功，则UE开始NPUSCH传输，否则它保持静默。在LBT成功之后立即开始NPUSCH传输。附加同步序列(sync)被加到NPUSCH的前面，以便基站检测上行链路传输的开始。NPUSCH LBT窗口和NPUSCH同步序列长度都通过系统信息(用于随机接入消息3)和专用信令(用于其他传输)配置给UE。整个程序如图5所示。
图6示出了窄带物理上行链路共享信道(NPUSCH)的跨载波调度。当非许可载波被外部干扰阻止时，NPUSCH可以移动到MAC调度中的许可频谱。非许可频带内的干扰情况可能在短时间内发生很大变化。当另一个设备阻止频谱几秒钟时，UE和eNodeB之间的连接将暂时停止服务。提出了通过基于每个授权动态调度许可和非许可NB-IoT载波来使用可靠的NPDCCH监测。为此目的，类似于LTE中的跨载波调度，用于单播上行链路和下行链路的下行链路控制信息(DCI)被扩展一个比特以指示许可或非许可载波上的传输。使用该方法，可以在MAC调度内将UE从许可频谱移动到非许可频谱，如图6所示。
图7示出了通过在非许可和许可频带中监测窄带物理下行链路控制信道(NPDCCH)的鲁棒物理层控制信令。无线电链路监测仅在许可频带上进行。无线电链路监测确保UE检测到断开的无线电链路并且UE从该情况恢复。无线电链路监测仅用于许可频谱。基本原理是，由于任意干扰，无法确保无线电链路监测在非许可频谱中是可靠的。在NPDCCH仅在非许可频谱中分配的情况下，与基站的连接可能会被外部干扰阻止，从而导致连接错误。为了确保可靠的物理层控制信令，提出了在非许可和许可频谱中同时监测NPDCCH，如图7所示。对于公共搜索空间(common search space，CSS)类型2以及用户特定搜索空间(userspecific search space，USS)，UE应当监测许可频谱中的锚载波，并且如果配置了，则还应监测非许可的NB-IoT载波。它们中每个的监测周期通过系统信息(CSS类型2)和专用配置(USS)配置。这样，即使非许可频谱中的NPDCCH被阻止，也可以通过许可频谱到达UE。
在USS内，无法确保在非许可频谱中NPDCCH传输期间存在NRS。因此，应当在可以确保NRS的存在的许可频带内的锚载波上监测无线电链路的无线电链路故障。
在另一个实施例中，提出了为NB-IoT上行链路传输建立小区内干扰抑制。在NB-IoT小区的上行链路中，可以使用频域中的正交资源来调度多个UE。如果UE将在完整的180kHz系统带宽内处理LBT，则它将被先前已经开始传输的其他UE的传输阻止。换句话说，LBT过程将使UE的上行链路传输顺序化。为了在非许可频谱中实现多点上行链路传输，每个UE应仅使用上述LBT过程监听分配给所述每个UE的频率资源。
图8示出了三个UE通过在NPRACH机会1上发送NPRACH来尝试连接到无线电接入网络的场景。NPRACH机会根据基站下行链路定时来定义。由于射频信号的传播延迟，NPRACH机会在所考虑的UE处不是时间对准的。相反，假设UE 1最接近基站，使得UE 1首先观察到NPRACH机会。类似地，由于较低的传播延迟，UE 2在UE 3之前观察到NPRACH机会。在观察到的NPRACH机会开始时，每个UE开始LBT过程。UE 1首先完成LBT过程并开始向基站的NPRACH传输。由于UE 2和UE 3观察到媒体忙，来自UE 1的NPRACH传输阻止UE 2和UE 3的媒体接入。UE 2和UE 3中止NPRACH机会1中的媒体接入并尝试在接下来的NPRACH机会2中再次接入媒体。由于在先前的NPRACH尝试中LBT过程未成功，因此在NPRACH机会2中处理LBT之后，UE 2和UE 3尝试在NPRACH机会1中先前NPRACH尝试内媒体忙碌的时间发送NPRACH。所提出的过程的好处在于它使尝试发送NPRACH的UE时间对齐，使得甚至对于NPRACH的LBT使用，也可以进行多址接入。

Claims (13)

1.一种用于在许可和非许可频谱中进行窄带物联网NB-IoT的联合多载波操作的方法，通过由在非许可频谱中操作的附加上行链路和/或下行链路NB-IoT载波扩展许可频谱中的现有NB-IoT标准版本14，其中，取决于被调度的媒体接入过程的附加数据被添加到配置数据，所述配置数据由基站广播以确保用户设备UE和基站侧在操作期间的合规性，
其中，所述被调度的媒体接入过程基于先听后说LBT，而所述上行链路和所述下行链路是在非许可频谱中调度，
其中，窄带物理上行链路共享信道NPUSCH上的上行链路传输由所述基站调度，而所述UE在定义的NPUSCH LBT窗口内在所述基站分配的频率资源上处理所述LBT过程，以防止由于在不同的子载波上同时调度的其他UE导致的任何阻止。
2.根据权利要求1所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，用于非许可载波上的网络接入的扩展配置数据在许可载波上的系统信息内广播。
3.根据权利要求1或2所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，所述附加数据包含UE的占空比预算和/或能量检测阈值信息和/或非许可频谱中的允许载波频率和/或最大传输功率和/或上行链路传输的带宽和/或下行链路NB-IoT参考符号的传输功率。
4.根据权利要求2所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，如果允许UE使用许可和/或非许可频谱接入所述网络，则信息存储在所述UE的全球用户识别模块USIM中。
5.根据权利要求1、2或4所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，所述被调度的媒体接入过程基于循环占空，而上行链路是根据占空比和在定义的平均窗口内的占空比预算在非许可频谱中执行，并且下行链路是在许可频谱中执行。
6.根据权利要求5所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，所述占空比预算表示在所述定义的平均窗口内的传输时间，而所述占空比预算由监管机构确定并由所述基站向所述UE传送。
7.根据权利要求2或4所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，如果可用资源多于所述UE必须发送的数据，所述UE开始到所述网络的随机接入过程。
8.根据权利要求1所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，所述定义的NPUSCH LBT窗口和/或附加同步序列在系统信息内配置，其中，所述附加同步序列被加到所述NPUSCH的前面以便所述基站检测所述上行链路传输的开始。
9.根据权利要求1所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，窄带物理下行链路控制信道NPDCCH上的下行链路传输被阻止，直到所述LBT过程成功，而同时窄带物理下行链路共享信道NPDSCH通过相关NPDCCH保留用于跨载波调度。
10.根据权利要求1所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，许可和非许可NB-IoT载波的动态调度是通过将用于单播上行链路和下行链路的所述下行链路控制信息DCI扩展一位以指示在所述许可或非许可NB-IoT载波上的传输来执行。
11.根据权利要求9所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，所述NPDCCH在非许可和许可频谱中被同时监测，而通过系统信息中的专用配置所配置的用户特定搜索空间USS由所述UE使用。
12.根据权利要求1所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，所述UE仅通过使用所述LBT过程监听分配给所述UE的频率资源。
13.根据权利要求1所述的用于在许可和非许可频谱中进行NB-IoT的联合多载波操作的方法，其中，所述UE通过尝试发送前导码使用跳频在所有窄带物理随机接入信道NPRACH频率资源上处理LBT，直到所述LBT过程的处理成功，否则所述UE跳过所述NPRACH机会并继续下一个机会。
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