CN110537392B - 执行随机接入过程的方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在无线通信系统中执行随机接入过程的方法及其设备，该方法包括以下步骤：向基站发送随机接入前导码的步骤，其中，该随机接入前导码指示随机接入过程的Msg3阶段中的上行链路数据传输；从基站连同包括第一上行链路许可信息的随机接入响应消息一起接收Msg3阶段中的上行链路数据传输的第二上行链路许可信息的步骤；以及利用第一上行链路许可信息向基站发送无线电资源控制(RRC)连接请求消息并利用第二上行链路许可信息执行数据传输的步骤。

Description

执行随机接入过程的方法及其设备
技术领域
本发明涉及无线通信系统。更具体地，本发明涉及一种执行随机接入过程以用于有效地发送和接收数据的方法和设备。
背景技术
当引入新的无线电接入技术(RAT)系统时，随着越来越多的通信装置需要更大的通信容量，需要与现有RAT相比改进的移动宽带通信。另外，连接到多个装置和事物以随时随地提供各种服务的大规模机器型通信(MTC)是下一代通信中要考虑的主要问题之一。另外，已讨论了考虑对可靠性和延迟敏感的服务/UE的通信系统设计。因此，考虑增强移动宽带通信(eMBB)、大规模MTC(mMTC)、URLLC(超可靠低延迟通信)等，正在讨论下一代无线接入技术，并且为了方便，这种技术被称为新RAT(NR)。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种在无线通信系统中执行随机接入过程以用于有效地发送和接收数据的方法和设备。具体地，本发明的目的在于提供一种在支持窄带物联网(NB-IoT)通信的无线通信系统中执行随机接入过程以用于有效地发送和接收上行链路/下行链路数据的方法和设备。
本领域技术人员将理解，本发明可实现的目的不限于上面具体描述的那些，本发明可实现的其它目的将从以下详细描述更清楚地理解。
技术方案
在本发明的第一方面，本文提供了一种在无线通信系统中由用户设备执行随机接入过程的方法，该方法包括以下步骤：向基站发送随机接入前导码，其中，该随机接入前导码指示随机接入过程期间的Msg3步骤中的上行链路数据传输；以及从基站连同包括第一上行链路许可信息的随机接入响应消息一起接收Msg3步骤中的上行链路数据传输的第二上行链路许可信息；以及使用第一上行链路许可信息向基站发送无线电资源控制(RRC)连接请求消息并使用第二上行链路许可信息执行上行链路数据传输。
在本发明的第二方面，本文提供了一种在无线通信系统中执行随机接入过程的用户设备，该用户设备包括：射频(RF)收发器；以及处理器，其在操作上连接到RF收发器，其中，该处理器被配置为：向基站发送随机接入前导码，其中，该随机接入前导码指示随机接入过程期间的Msg3步骤中的上行链路数据传输，并且从基站连同包括第一上行链路许可信息的随机接入响应消息一起接收Msg3步骤中的上行链路数据传输的第二上行链路许可信息，并且使用第一上行链路许可信息向基站发送无线电资源控制(RRC)连接请求消息并使用第二上行链路许可信息执行上行链路数据传输。
优选地，发送随机接入前导码的步骤可包括以下步骤：通过使用预先指定的物理随机接入信道(PRACH)时间资源和频率资源发送随机接入前导码来指示Msg3步骤中的上行链路数据传输。
优选地，发送随机接入前导码的步骤可包括以下步骤：通过使用预先指定的物理随机接入信道(PRACH)跳频图案发送随机接入前导码来指示Msg3步骤中的上行链路数据传输。
优选地，发送随机接入前导码的步骤可包括以下步骤：通过使用预先指定的物理随机接入信道(PRACH)非锚定物理资源块(PRB)发送随机接入前导码来指示Msg3步骤中的上行链路数据传输。
优选地，发送随机接入前导码的步骤可包括以下步骤：通过将随机接入前导码的前导码符号或前导码符号组与预先指定的正交覆盖码相乘来指示Msg3步骤中的上行链路数据传输。
优选地，发送随机接入前导码的步骤可包括以下步骤：通过分割随机接入前导码的前导码序列来指示Msg3步骤中的上行链路数据传输。
优选地，RRC连接请求消息的传输和上行链路数据传输可通过相同的物理上行链路共享信道(PUSCH)来执行。
优选地，RRC连接请求消息的传输和上行链路数据传输可通过不同的物理上行链路共享信道(PUSCH)来执行。
优选地，随机接入响应消息和第二上行链路许可信息可通过不涉及物理下行链路共享信道(PDSCH)的物理下行链路控制信道(PDCCH)来接收。
优选地，随机接入响应消息和第二上行链路许可信息可通过不涉及物理下行链路控制信道(PDCCH)的物理下行链路共享信道(PDSCH)来接收。
优选地，该方法还可包括以下步骤：从基站接收RRC连接建立消息；以及当RRC连接建立消息不包括用户设备的标识信息时，针对上行链路数据传输执行混合自动重传请求HARQ操作。
优选地，该方法还可包括以下步骤：当竞争解决消息包括用户设备的标识信息时，进入RRC-IDLE模式。
有益效果
根据本发明，可在无线通信系统中通过随机接入过程有效地发送和接收数据。具体地，根据本发明，可在支持窄带物联网(NB-IoT)通信的无线通信系统中通过随机接入过程有效地发送和接收数据。
本领域技术人员将理解，本发明可实现的目的不限于上面具体描述的那些，本发明可实现的其它目的将从以下详细描述更清楚地理解。
附图说明
附图被包括以提供本发明的进一步理解，附图示出本发明的实施方式并且与说明书一起用于说明本发明的原理。
图1示出无线电接口协议的控制平面和用户平面。
图2示出本发明中可使用的物理信道和使用这些物理信道发送信号的一般方法。
图3示出本发明中可使用的无线电帧的结构。
图4示出本发明中可使用的下行链路时隙的资源网格。
图5示出本发明中可使用的下行链路子帧结构。
图6示出本发明中可使用的上行链路子帧结构。
图7示出随机接入过程。
图8至图10示出根据本发明的随机接入过程。
图11示出寻呼周期和DRX周期。
图12示出本发明适用于的基站和用户设备。
具体实施方式
本发明的以下实施方式可应用于各种无线接入技术，例如码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、正交频分多址(OFDMA)、单载波频分多址(SC-FDMA)等。CDMA可通过诸如通用地面无线电接入网络(UTRAN)或CDMA2000的无线(或无线电)技术具体实现。TDMA可通过诸如全球移动通信系统(GSM)/通用分组无线电服务(GPRS)/增强数据速率GSM演进(EDGE)的无线(或无线电)技术具体实现。OFDMA可通过诸如电气和电子工程师协会(IEEE)802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802-20和演进UTRAN(E-UTRAN)的无线(或无线电)技术具体实现。UTRAN是通用移动电信系统(UMTS)的一部分。第3代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)是使用E-UTRAN的E-UMTS(演进UMTS)的一部分。LTE-Advanced(LTE-A)是3GPP LTE的演进版本。
为了说明清晰，以下描述集中于3GPP LTE/LTE-A系统。然而，本发明的技术原理不限于此。此外，为了更好地理解本发明而提供特定术语。然而，在不脱离本发明的技术原理的情况下，这些特定术语可改变。例如，本发明可应用于根据3GPP LTE/LTE-A系统的系统以及根据另一3GPP标准、IEEE 802.xx标准、3GPP2标准或下一代通信标准的系统。
在本说明书中，用户设备(UE)可以是固定的或移动的，并且可以是发送和接收数据和/或控制信息以与基站(BS)通信的各种类型的设备。UE可被称为终端、移动站(MS)、移动终端(MT)、用户终端(UT)、订户站(SS)、无线装置、个人数字助理(PDA)、无线调制解调器、手持装置等。在本说明书中，UE可以可互换地称为终端。
在本说明书中，基站(BS)通常指与UE和/或另一BS执行通信的固定站，并且与UE和另一BS交换各种类型的数据和控制信息。基站(BS)可被称为高级基站(ABS)、节点B(NB)、演进节点B(eNB)、基站收发器系统(BTS)、接入点(AP)、处理服务器(PS)、传输点(TP)等。在本说明书中，基站(BS)可以可互换地称为eNB。
图1是示出UE与E-UTRAN之间的基于3GPP无线电接入网络规范的无线电接口协议的控制平面和用户平面的结构的图。控制平面是指用于传输控制消息的路径，其由UE和网络用于管理呼叫。用户平面是指发送应用层中生成的数据(例如，语音数据或互联网分组数据)的路径。
第一层的物理层使用物理信道向上层提供信息传送服务。物理层经由传输信道连接到上层的媒体访问控制(MAC)层。在MAC层与物理层之间经由传输信道发送数据。在发送机的物理层与接收机的物理层之间也经由物理信道发送数据。物理信道使用时间和频率作为无线电资源。具体地，物理信道在DL中使用正交频分多址(OFDMA)方案调制，在UL中使用单载波频分多址(SC-FDMA)方案调制。
第二层的MAC层经由逻辑信道向上层的无线电链路控制(RLC)层提供服务。第二层的RLC层支持可靠的数据传输。RLC层的功能可由MAC层内的功能块实现。第二层的分组数据会聚协议(PDCP)层执行头压缩功能以减少用于在具有相对窄的带宽的无线电接口中互联网协议(IP)分组(例如，IPv4或IPv6分组)的有效传输的不必要的控制信息。
仅在控制平面中定义位于第三层的最下部的无线电资源控制(RRC)层。RRC层控制与无线电承载的配置、重新配置和释放有关的逻辑信道、传输信道和物理信道。无线电承载是指为在UE与网络之间发送数据而通过第二层提供的服务。为此，UE的RRC层和网络的RRC层交换RRC消息。如果在无线电网络的RRC层与UE的RRC层之间建立了RRC连接，则UE处于RRC连接模式。否则，UE处于RRC空闲模式。位于RRC层的上层的非接入层面(NAS)层执行诸如会话管理和移动性管理的功能。
构成基站(eNB)的小区由1.25、2.5、5、10、15和20MHz当中的带宽之一配置，并向多个UE提供DL或UL传输服务。彼此不同的小区可被配置为提供不同的带宽。
用于从网络至UE的数据传输的DL传输信道包括发送系统信息的广播信道(BCH)、发送寻呼消息的寻呼信道(PCH)以及发送用户业务或控制消息的DL共享信道(SCH)。DL多播或广播服务的业务或控制消息可通过DL SCH来发送，或者可通过附加的DL多播信道(MCH)来发送。此外，用于从UE至网络的数据传输的UL传输信道包括发送初始控制消息的随机接入信道(RACH)以及发送用户业务或控制消息的UL SCH。位于传输信道的上层并被映射到传输信道的逻辑信道包括广播控制信道(BCCH)、寻呼控制信道(PCCH)、公共控制信道(CCCH)、多播控制信道(MCCH)和多播业务信道(MTCH)。
在无线接入系统中，用户设备(UE)可在下行链路(DL)中从基站(BS)接收信息并在上行链路(UL)中发送信息。由UE发送或接收的信息可包括数据和各种控制信息。另外，根据由UE发送或接收的信息的类型或用途，存在各种物理信道。
图2示出本发明中的物理信道和通过这些物理信道发送信号的一般方法。
当UE通电或进入新小区时，UE在步骤S201中执行初始小区搜索。初始小区搜索涉及获取与基站的同步。为此，UE使其定时与基站同步并通过从基站接收主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)来获取诸如小区标识符(ID)的信息。然后，UE可通过物理广播信道(PBCH)从基站获取小区中广播的系统信息。在初始小区搜索期间，UE可通过接收下行链路参考信号(DL RS)来监测DL信道状态。
在初始小区搜索之后，UE可在步骤S202中通过接收物理下行链路控制信道(PDCCH)并基于PDCCH的信息接收物理下行链路共享信道(PDSCH)来获取更详细的系统信息。
为了完成对基站的接入，UE可与基站执行诸如步骤S203至S206的随机接入过程。为此，UE可通过物理随机接入信道(PRACH)发送前导码(S203)并且可通过PDCCH以及与PDCCH关联的PDSCH接收对前导码的响应消息(S204)。在基于竞争的随机接入的情况下，UE可另外执行竞争解决过程，其包括附加PRACH的传输(S205)以及PDCCH信号和与PDCCH信号对应的PDSCH信号的接收(S206)。
在上述过程之后，UE可从基站接收PDCCH和/或PDSCH(S207)并在一般UL/DL信号传输过程中向基站发送物理上行链路共享信道(PUSCH)和/或物理上行链路控制信道(PUCCH)(S208)。UE发送给基站的信息被称为上行链路控制信息(UCI)。UCI包括混合自动重传请求确认/否定确认(HARQ-ACK/NACK)、调度请求(SR)、信道状态信息(CSI)等。CSI包括信道质量指示符(CQI)、预编码矩阵指示符(PMI)、秩指示(RI)等。UCI通常通过PUCCH周期性地发送。然而，如果控制信息和业务数据应该同时发送，则它们可通过PUSCH发送。另外，在从网络接收到请求/命令时，可通过PUSCH非周期性地发送UCI。
图3示出本发明中可使用的无线电帧的结构。在蜂窝正交频分复用(OFDM)无线电分组通信系统中，上行链路/下行链路数据分组传输以子帧为单位执行，并且一个子帧被定义为包括多个OFDM符号的预定持续时间。LTE(-A)标准支持适用于频分双工(FDD)的类型1无线电帧结构和适用于时分双工(TDD)的类型2无线电帧结构。
图3示出类型1无线电帧的结构。例如，下行链路无线电帧包括10个子帧并且一个子帧在时域中包括两个时隙。发送一个子帧所需的时间被称为传输时间间隔(TTI)。或者，TTI可指发送一个时隙所需的时间间隔。例如，一个子帧具有1ms的长度并且一个时隙具有0.5ms的长度。一个时隙在时域中包括多个OFDM符号并且在频域中包括多个资源块(RB)。在LTE(-A)系统中，由于在下行链路中使用OFDM，所以OFDM符号指示一个符号周期。OFDM符号可被称为SC-FDMA符号或符号周期。作为资源分配单位的资源块(RB)可包括一个时隙中的多个连续的子载波。
包括在一个时隙中的OFDM符号的数量可根据循环前缀(CP)的配置而变化。CP包括扩展CP和正常CP。例如，如果OFDM符号由正常CP配置，则包括在一个时隙中的OFDM符号的数量可为7。如果OFDM符号由扩展CP配置，则由于一个OFDM符号的长度增加，所以包括在一个时隙中的OFDM符号的数量少于正常CP的情况下的OFDM符号的数量。在扩展CP的情况下，例如，包括在一个时隙中的OFDM符号的数量可为6。在信道状态不稳定的情况(例如，UE高速移动的情况)下，可使用扩展CP以便进一步降低符号间干扰。
类型2无线电帧包括两个半帧，并且各个半帧包括五个子帧、下行链路导频时隙(DwPTS)、保护时段(GP)和上行链路导频时隙(UpPTS)。一个子帧包括两个时隙。例如，下行链路时隙(例如，DwPTS)用于UE的初始小区搜索、同步或信道估计。例如，上行链路时隙(例如，UpPTS)用于BS的信道估计和UE的上行链路传输同步。例如，上行链路时隙(例如，UpPTS)可用于发送用于基站中的信道估计的探测参考信号(SRS)并且发送承载用于上行链路传输同步的随机接入前导码的物理随机接入信道(PRACH)。GP用于消除由于上行链路和下行链路之间的下行链路信号的多径延迟而在上行链路中生成的干扰。
上述无线电帧结构仅是示例性的，因此无线电帧中的子帧的数量、子帧中的时隙的数量或者时隙中的符号的数量可按照不同的方式变化。
图4示出本发明中可使用的一个下行链路时隙的资源网格。
参照图4，下行链路时隙在时域中包括多个OFDM符号。一个下行链路时隙可包括7个OFDM符号并且资源块(RB)可在频域中包括12个子载波。然而，本发明不限于此。资源网格的各个元素被称为资源元素(RE)。一个RB包括12×7个RE。DL时隙中的RB的数量NDL取决于下行链路传输带宽。上行链路时隙可具有与下行链路时隙相同的结构。
时隙的上述资源网格是示例性的，因此包括在时隙中的符号的数量、资源元素的数量、RB的数量可按照不同的方式变化。
图5示出本发明中可使用的下行链路子帧结构。
参照图5，位于子帧内的第一时隙的前部的最多三个(或四个)OFDM符号对应于分配有控制信道的控制区域。剩余OFDM符号对应于分配有物理下行链路共享信道(PDSCH)的数据区域。数据区域的基本资源单元是RB。LTE(-A)系统中所使用的下行链路控制信道的示例包括物理控制格式指示符信道(PCFICH)、物理下行链路控制信道(PDCCH)、物理混合ARQ指示符信道(PHICH)等。
PCFICH在子帧的第一(或起始)OFDM符号处发送并且承载关于子帧内用于传输控制信道的OFDM符号的数量的信息。PCFICH由四个资源元素组(REG)组成，并且各个REG基于小区ID均匀地分布于控制区域中。一个REG可包括4个资源元素。PCFICH指示1至3(或2至4)的值并且经由正交相移键控(QPSK)来调制。PHICH是上行链路传输的响应并且承载HARQACK/NACK信号。在由PHICH持续时间配置的一个或更多个OFDM符号中CRS和PCFICH(第一OFDM符号)以外的剩余REG上分配PHICH。PHICH被分配给如果可能的话分布在频域中的三个REG。关于PHICH的更详细的描述将在本说明书中在下面提供。
PDCCH分配在子帧的前n个OFDM符号(以下，控制区域)中。这里，n是等于或大于1的整数并且由PCFICH指示。通过PDCCH发送的控制信息被称为下行链路控制信息(DCI)。PDCCH可承载下行链路共享信道(DL-SCH)的传输格式和资源分配、上行链路共享信道(UL-SCH)的资源分配信息、寻呼信道(PCH)上的寻呼信息、DL-SCH上的系统信息、关于上层控制消息(例如，在PDSCH上发送的随机接入响应)的资源分配的信息、任意UE组内的各个UE上的Tx功率控制命令的集合、Tx功率控制命令、关于IP语音(VoIP)的启用的信息等。根据其用途，DCI格式可选地包括关于跳跃标志、RB分配、调制编码方案(MCS)、冗余版本(RV)、新数据指示符(NDI)、发送功率控制(TPC)、循环移位解调参考信号(DM-RS)、信道质量信息(CQI)请求、HARQ进程号、发送预编码矩阵指示符(TPMI)、预编码矩阵指示符(PMI)确认等的信息。
多个PDCCH可在控制区域内发送。UE可监测多个PDCCH。PDCCH在一个或多个连续的控制信道元素(CCE)的聚合上发送。CCE是用于基于无线电信道的状态以编码速率提供PDCCH的逻辑分配单元。CCE对应于多个资源元素组(REG)。PDCCH的格式和可用PDCCH的比特数由CCE的数量确定。BS根据要发送到UE的DCI来确定PDCCH格式，并将循环冗余校验(CRC)附到控制信息。根据PDCCH的所有者或用途利用唯一标识符(称为无线电网络临时标识符(RNTI))对CRC进行掩码。如果PDCCH用于特定UE，则UE的唯一标识符(例如，小区RNTI(C-RNTI))可被掩码到CRC。另选地，如果PDCCH用于寻呼消息，则寻呼标识符(例如，寻呼RNTI(P-RNTI))可被掩码到CRC。如果PDCCH用于系统信息(更具体地，系统信息块(SIB))，则系统信息RNTI(SI-RNTI)可被掩码到CRC。当PDCCH用于随机接入响应时，随机接入RNTI(RA-RNTI)可被掩码到CRC。当PDCCH用于上行链路功率控制时，可使用发送功率控制RNTI(TPC-RNTI)，并且TPC-RNTI可包括用于PUCCH功率控制的TPC-PUCCH-RNTI和用于PUSCH功率控制的TPC-PUSCH-RNTI。当PDCCH用于多播控制信道(MCCH)时，可使用多媒体广播多播服务RNTI(M-RNTI)。
通过PDCCH发送的控制信息被称为下行链路控制信息(DCI)。各种DCI格式根据其用途来定义。具体地，DCI格式0、4(以下，UL许可)被定义用于上行链路调度，DCI格式1、1A、1B、1C、1D、2、2A、2B、2C和2D(以下，DL许可)被定义用于下行链路调度。根据其用途，DCI格式可选地包括关于跳跃标志、RB分配、调制编码方案(MCS)、冗余版本(RV)、新数据指示符(NDI)、发送功率控制(TPC)、循环移位解调参考信号(DM-RS)、信道质量信息(CQI)请求、HARQ进程号、发送预编码矩阵指示符(TPMI)、预编码矩阵指示符(PMI)确认等的信息。
基站根据要发送到UE的控制信息来确定PDCCH格式，并将循环冗余校验(CRC)附到控制信息以用于检错。根据PDCCH的所有者或用途利用标识符(例如，无线电网络临时标识符(RNTI))对CRC进行掩码。换言之，PDCCH利用标识符(例如，RNTI)进行CRC加扰。
LTE(-A)系统为各个UE定义要定位PDCCH的CCE位置的有限集合。UE可寻找UE的PDCCH的CCE位置的有限集合可被称为搜索空间(SS)。在LTE(-A)系统中，搜索空间根据各个PDCCH格式具有不同的大小。另外，UE特定搜索空间和公共搜索空间单独地定义。基站不向UE提供指示PDCCH位于控制区域中何处的信息。因此，UE监测子帧内的PDCCH候选的集合并寻找其自己的PDCCH。术语“监测”意指UE尝试根据相应DCI格式将所接收的PDCCH解码。在搜索空间中对PDCCH的监测被称为盲解码(或盲检测)。通过盲解码，UE同时执行发送到UE的PDCCH的标识和通过对应PDCCH发送的控制信息的解码。例如，在PDCCH使用C-RNTI解掩码的情况下，如果没有检测到CRC错误，则UE检测其自己的PDCCH。为各个UE单独地配置USS并且CSS的范围对所有UE是已知的。USS和CSS可彼此交叠。当显著小的SS存在时，如果在搜索空间中为特定UE分配一些CCE位置，则剩余CCE不存在。因此，基站可能在给定子帧中没有找到要向所有可用UE发送PDCCH的CCE资源。为了使这种阻塞接着下一子帧的可能性最小化，USS的开始位置以UE特定方式跳跃。
图6示出本发明中可使用的上行链路子帧的示例性结构。
参照图6，上行链路子帧包括多个时隙(例如，两个)。各个时隙可包括多个SC-FDMA符号，其中，包括在各个时隙中的SC-FDMA符号的数量根据循环前缀(CP)长度而变化。在示例中，在正常CP的情况下，时隙可包括7个SC-FDMA符号。上行链路子帧在频域中被分成数据区域和控制区域。数据区域包括PUSCH，并且用于发送包括语音信息的数据信号。控制区域包括PUCCH，并且用于发送上行链路控制信息(UCI)。PUCCH包括在频率轴上位于数据区域的两端的RB对(例如，m＝0,1,2,3)，并且在时隙的边界上执行跳跃。
PUCCH可用于发送以下控制信息。
-SR(调度请求)：用于请求上行链路UL-SCH资源的信息。SR使用开关键控(OOK)方案来发送。
-HARQ ACK/NACK：对指示半持久调度(SPS)释放的PDCCH和PDSCH上的下行链路数据分组的响应信号。HARQ ACK/NACK表示指示SPS释放的PDCCH或下行链路数据分组是否已成功接收。响应于单个下行链路码字(CW)发送ACK/NACK1比特，响应于两个下行链路码字发送ACK/NACK 2比特。
-CQI(信道质量指示符)：关于下行链路信道的反馈信息。MIMO(多输入多输出)相关反馈信息包括秩指示符(RI)和预编码矩阵指示符(PMI)。使用每子帧20比特。
上述无线电帧结构仅是示例性的，因此无线电帧中的子帧数量、子帧中的时隙数量或者时隙中的符号数量可按照不同的方式变化。
图7示出随机接入过程。
随机接入过程用于在上行链路中发送(短长度)数据。例如，在RRC_IDLE状态下的初始接入时、在无线电链路失败之后的初始接入时、在需要随机接入过程的切换时以及在RRC_CONNECTED状态期间出现需要随机接入过程的上行链路/下行链路数据时执行随机接入过程。使用随机接入过程发送诸如RRC连接请求消息、小区更新消息和URA更新消息的一些RRC消息。诸如公共控制信道(CCCH)、专用控制信道(DCCH)或专用业务信道(DTCH)的逻辑信道可被映射到传输信道(RACH)。传输信道(RACH)可被映射到物理信道(例如，物理随机接入信道(PRACH))。当UE MAC层指示UE物理层发送PRACH时，UE物理层首先选择接入时隙并且对PRACH前导码进行签名并在上行链路中发送。随机接入过程被分成基于竞争的过程和非基于竞争的过程。
参照图7，UE通过系统信息从基站接收并存储关于随机接入的信息。此后，当需要随机接入时，UE向基站发送随机接入前导码(称为消息1或Msg1)(S710)。在从UE接收到随机接入前导码时，基站向UE发送随机接入响应消息(称为消息2或Msg2)(S720)。具体地，用于随机接入响应消息的下行链路调度信息可利用随机接入RNTI来进行CRC掩码并且可通过L1/L2控制信道(PDCCH)发送。在接收到利用RA-RNTI掩码的下行链路调度信号时，UE可从物理下行链路共享信道(PDSCH)接收并解码随机接入响应消息。此后，UE检查所接收的随机接入响应消息中是否存在与UE对应的随机接入响应信息。是否存在与UE对应的随机接入响应信息可基于是否存在UE已发送的前导码的随机接入前导码ID(RAID)来确定。随机接入响应信息包括指示定时偏移信息以用于同步的定时提前(TA)、上行链路中使用的无线电资源的分配信息以及用于用户识别的临时标识(例如，T-CRNTI)。在接收到随机接入响应信息时，UE根据包括在响应信息中的无线电资源分配信息通过上行链路共享信道(SCH)发送包括RRC连接请求消息的上行链路消息(称为消息3或Msg3)(S730)。在从UE接收到上行链路消息之后，基站向UE发送用于竞争解决的消息(称为消息4或Msg4)(S740)。用于竞争解决的消息可被称为竞争解决消息，并且可包括RRC连接建立消息。在UE接收竞争解决消息之后，UE向基站发送连接建立完成消息(称为消息5或Msg5)(S750)。
在非基于竞争的过程的情况下，在UE发送随机接入前导码之前基站可向UE分配非竞争随机接入前导码(S710)。非竞争随机接入前导码可通过诸如切换命令或PDCCH的专用信令来分配。在UE被分配非竞争随机接入前导码的情况下，UE可按照与S710相似的方式将所分配的非竞争随机接入前导码发送到基站。如果基站从UE接收非竞争随机接入前导码，则基站可按照与S720相似的方式向UE发送随机接入响应(称为消息2)。
在上述随机接入过程期间，可不对随机接入响应应用HARQ(S720)，但是可对用于随机接入响应的上行链路传输或用于竞争解决的消息应用HARQ。因此，UE不必响应随机接入响应发送ACK/NACK。
下一代LTE-A系统考虑配置主要集中于诸如测厚计的计量、水位的测量、监测相机的使用、自动售卖机的库存报告等的数据通信的低成本/低规格的用户设备(UE)。尽管具有低复杂度并消耗低功率，这种UE要在连接的装置之间提供适当的吞吐量，为了方便，该UE被称为机器型通信(MTC)UE或IoT(物联网)UE，并且该UE可被简称为用户设备(UE)。
此外，当下一代系统利用蜂窝网络或第三方网络时，下一代系统可使用窄频带执行通信(或NB-IoT通信)。例如，窄频带可以是180kHz。UE(或NB-IoT UE)或eNB通过在对应区域中复用信道来发送单个信道或多个物理信道。此外，即使在信道环境差的区域(例如，桥底、海底、海上等)中，NB-IoT UE也可执行通信。在这种情况下，为了补偿差的信道环境，NB-IoT UE可在特定信道上执行重复传输(例如，在多个TTI期间的重复传输)和/或执行功率提升。作为功率提升的示例，要在特定频带上发送的频率资源区域进一步减小，以将每小时的功率集中在特定资源上。例如，当经由包括12个RE的RB(资源块)发送特定信道时，可通过将功率分配给特定RE(而非以RB为单位的RE分配)来将经由整个RB分布的功率集中在特定RE上。具体地，通过将数据和功率集中在属于RB的单个RE上来执行通信的方案通常被称为单音传输方案。
用于NB-IoT的物理信道可通过将表示窄带的“N”添加到传统系统的物理信道来指代。例如，用于NB-IoT的PUSCH可被称为窄带物理上行链路共享信道(NPUSCH)，用于NB-IoT的PRACH可被称为窄带物理随机接入信道(NPRACH)，用于NB-IoT的PBCH可被称为窄带物理广播信道(NPBCH)，用于NB-IoT的PDCCH可被称为窄带物理下行链路控制信道(NPDCCH)，用于NB-IoT的PDSCH可被称为窄带物理下行链路共享信道(NPDSCH)。为了简单，NPUSCH、NPRACH、NPBCH、NPDCCH和NPDSCH可分别与PUSCH、PRACH、PBCH、PDCCH和PDSCH可互换地使用。NB-IoT可与蜂窝IoT(或cIoT)可互换地使用。
本发明基于支持NB-IoT的UE/基站/系统来描述，但不限于此。本发明也可应用于不支持NB-IoT通信的UE/基站/系统。例如，本发明适用于不支持IoT和MTC的典型UE/基站/系统以及支持大规模机器型通信(mMTC)的UE/基站/系统。在本公开中，术语UE/基站/系统可共同指代支持NB-IoT的UE/基站/系统和不支持NB-IoT的UE/基站/系统。
用于NB-IoT的随机接入过程
如下所述，用于NB-IoT的随机接入过程支持与传统LTE类似的4步基于竞争的随机接入过程(或4步基于竞争的RACH过程)。例如，4步基于竞争的随机接入过程可通过图7和相关部分中描述的操作来执行。
1)Msg1：来自UE的随机接入(RA)前导码的传输(例如，参见图7的步骤S710)
2)Msg2：来自UE的随机接入响应(RAR)的接收(例如，参见图7的步骤S720)。RAR可包括定时提前(TA)命令和用于L2/L3消息的传输的UL许可信息。UL许可信息可用于Msg3步骤中的(N)PUSCH传输并且可被称为(N)PUSCH许可信息。
3)Msg3：来自UE的L2/L3消息的传输(例如，参见图7的步骤S730)。L2/L3消息可包括RRC连接请求、跟踪区域更新(TAU)和UE标识信息(或UE ID)。
4)Msg4：UE对竞争解决消息的接收(例如，参见图7的步骤S740)。竞争解决消息可包括RRC连接建立和UE标识信息(或UE ID)。
5)Msg5：来自UE的RRC连接建立完成消息的传输(例如，参见图7的S750)。RRC连接建立完成消息可包括关于Msg4的混合自动重传请求确认(HARQ-ACK)信息。
第3代合作伙伴计划(3GPP)版本13之后的标准规范支持NB-IoT通信。为了防止在NB-IoT通信中导致网络负载，为了支持低功率和低成本UE，并且为了有效地支持间歇数据传输，3GPP版本13之后的标准规范支持各种标准技术。例如，3GPP版本13之后的标准规范支持NB-IoT UE与基站之间利用无线电接入技术的物理信道的重复传输以用于覆盖增强或覆盖扩展，并且还支持专用于不支持语音的数据的NB-IoT UE的间歇数据发送和接收的核心网络优化技术作为核心网络技术。
作为示例，核心网络优化技术支持以下两种类型的用于NB-IoT的随机接入过程，甚至考虑了用于NB-IoT的演进分组系统(EPS)的系统增强。
控制平面EPS优化
1)Msg1：RA前导码的传输
2)Msg2：RAR(包括TA命令和Msg3调度信息)
3)Msg3：RRC连接请求
4)Msg4：RRC连接建立
5)Msg5：RRC连接建立完成(包括具有数据的NAS PDU)
用户平面EPS优化
1)Msg1：RA前导码的传输
2)Msg2：RAR(包括TA命令和Msg3调度信息)
3)Msg3：RRC连接恢复请求
4)Msg4：RRC连接恢复
5)Msg5：RRC连接恢复完成
6)(N)PUSCH(UL数据)：通过PUSCH或NPUSCH的UL数据传输
当从UL数据传输的角度将控制平面EPS优化与用户平面EPS优化进行比较时，第一UL数据传输在控制平面EPS优化的情况下可在Msg5中执行，在用户平面EPS优化的情况下可在Msg5之后执行。
另外，从NB-IoT UE与基站之间用于覆盖扩展或覆盖增强的物理信道的重复传输的角度，可能由于物理信道的重复传输而发生过度延迟。例如，在UL传输的情况下，相同信号的重复传输可执行至多128次，并且在UL数据的发送和接收完成之前可能发生约数十秒至数百秒的延迟。作为另一示例，在DL传输的情况下，相同信号的重复传输可执行至多2048次。在这种情况下，在DL数据的发送和接收完成之前可能发生数十秒至数百秒的延迟。
因此，当NB-IoT UE通过传统随机接入过程接入网络，然后执行数据发送和接收时，可能发生过度延迟，并且由于过度延迟，电源需要长时间保持开启。因此，可能发生过度的功耗，这是技术问题。
本发明提出了一种通过随机接入过程提前发送/接收数据的方法以解决上述技术问题。更具体地，本发明涉及一种在随机接入过程中提前发送/接收数据以便减小延迟和功耗(这是NB-IoT或大规模机器型通信(mMTC)的主要要求)的方法。更具体地，如上所述，在传统基于竞争的随机接入过程中，仅在Msg5中或Msg5之后允许数据发送/接收。另一方面，本发明旨在允许UL数据在Msg3中或Msg3之前的发送/接收以及DL数据在Msg4中或Msg4之前的发送/接收。
在本公开中，提前UL数据是指在随机接入过程中由UE在Msg3中或Msg3之前发送的UL数据，提前DL数据是指在随机接入过程中在Msg4之前发送的UL数据。另外，在本公开中，DL HARQ-ACK是指从UE发送到基站的针对DL数据的HARQ-ACK信息，UL HARQ-ACK是指从基站发送到UE的针对UL数据的HARQ-ACK信息。
在3GPP技术报告(TR)45.820中详细描述了蜂窝IoT中考虑的主要场景，其通过引用并入本文。3GPP TR 45.820中定义的IoT业务模式可总结如下：
1)移动例外报告：当传感器向基站(eNB)报告特定事件(火灾/停电/入侵/灾害检测等)的发生时使用；
2)移动周期性报告：用于周期性地报告传感器所测量的数据(天然气/水/电使用情况等)；
3)网络命令：用于应用服务器向UE发送指示UE执行特定操作(关灯/报告测量数据)的命令；以及
4)软件(SW)更新/重新配置：当IoT装置需要软件更新或补丁传输时使用
在上述主要场景当中的场景1)和2)中，UE发起场景并周期性地或非周期性地报告UL数据。相比之下，在场景3)和4)中，基站(eNB)向UE发送DL数据或命令UE报告UL数据。本发明涉及一种在由基站发起的场景3)和4)中在随机接入过程期间发送DL数据或另外发送UL数据以降低延迟和功耗的方法。
为了有效地发送和接收小分组数据，蜂窝IoT在不存在发送/接收的数据时基本上停留在电池高效状态，并且在需要时通过随机接入过程切换为RRC-CONNECTED状态之后发送和接收数据。例如，在NB-IoT中，RRC-IDLE或RRC-SUSPENDED状态对应于电池效率状态。如上所述，如传统情况中一样在随机接入过程完成之后发送和接收数据的情况下，允许UL数据在Msg5中或Msg5之后发送和接收，允许DL数据在Msg5之后发送和接收。
为了使基站向处于电池高效状态(例如，RRC-IDLE或RRC-SUSPENDED)的UE发送DL数据或者请求UE进行UL数据传输，使用为UE配置的寻呼时机。寻呼是指用于从处于RRC-IDLE状态的UE推导RRC连接或向处于RRC-IDLE状态的UE通告系统信息的改变的操作。由于当UE处于RRC-IDLE状态时基站无法访问UE，所以UE按照规则的间隔检查在基站所配置的寻呼时机(例如，特定子帧)中是否发送寻呼消息。当发送寻呼消息时，UE检查寻呼消息是否包括关于其UE标识(或UE ID)的信息(例如，SAE临时移动订户标识(S-TMSI)或国际移动订户标识(IMSI))。基站与UE之间为寻呼配置的用于监测寻呼信息的时间间隔(例如，子帧)的位置被称为寻呼时机(PO)。作为UE特定信息的寻呼时机的位置由IMSI(UE的唯一编号)确定。
基站可使用寻呼时机来向UE发送DL数据或请求UL数据传输，并且通过在寻呼时机中发送包括UE的UE标识(或UE ID)的寻呼消息来向UE指示RRC连接建立。当UE在寻呼时机中接收到包括UE标识信息(或UE ID)的寻呼消息时，UE可通过执行随机接入过程来建立RRC连接，然后发送和接收DL/UL数据。本发明提出了当基站通过发起过程来发送DL数据或请求传输UL数据时，在随机接入过程的各个步骤中进行提前UL数据发送/接收和/或提前DL数据发送/接收以减小延迟和功耗的方法。
方法1：Msg3步骤中的提前UL数据的传输
如上所述，根据现有技术，即使数据分组的大小较小，该分组也可在随机接入过程完成之后在上行链路中发送。因此，即使当在上行链路中发送小数据分组时，也可能发生过度延迟和功耗。为了减小在小数据分组的传输期间发生的延迟和功耗，与现有技术相比，可在随机接入过程完成之前在随机接入过程中的Msg3步骤中发送数据。
在本公开中，提前UL数据可指高层的数据。例如，高层可以是RLC层、PDCP层或更高层(例如，应用层)，提前UL数据可指高层的用户数据。提前UL数据可通过作为业务信道的专用业务信道(DTCH)传送至高层。
图8示出根据本发明的在Msg3步骤中进行提前UL数据传输的随机接入过程。
在步骤S810中，UE可发送随机接入(RA)前导码。
为了使UE在随机接入过程期间在Msg3步骤中发送UL数据，提出了UE可在随机接入过程的Msg1步骤(例如，步骤S810)中向eNB指示将执行提前UL数据传输。本发明提出了UE在Msg1步骤中向eNB指示Msg3步骤中的提前UL数据传输的各种方法。
该指示可通过PRACH或NPRACH的时间/频率资源来区分。例如，可通过时域中用于发送(N)PRACH的起始点或区域(以OFDM符号或子帧为单位)，或者通过频域中的起始点或区域(以RB或子载波为单位)来区分。UE可通过使用通过在UE与eNB之间预先划分时间/频率资源而分离的时间/频率资源发送(N)PRACH前导码来指示Msg3步骤中的提前UL数据传输(为了简单，称为Opt1)。
另外地或另选地，可通过跳频图案来区分。NPRACH可在通过系统信息(例如，系统信息块类型2(SIB2))指示的子载波数量内发送，并且频域中的传输位置可根据预定规则逐个子载波跳跃。通过根据UE与基站之间预定的跳频图案来执行NPRACH传输位置的跳频，可指示Msg3步骤中的提前UL数据传输(为了简单，称为Opt2)。
另外地或另选地，在NB-IoT的情况下，可向NPRACH传输区域区分地分配特定非锚定物理资源块(PRB)以用于指示提前UL数据传输。在NB-IoT的情况下，可允许同步信号(窄带主同步信号(NPSS)、窄带辅同步信号(NSSS))和NPBCH仅在特定PRB中发送。特定PRB可被称为锚定PRB。可预先指定至少一个非锚定PRB。通过在预先指定的非锚定PRB中发送NPRACH，可指示Msg3步骤中的提前UL数据传输(为了简单，称为Opt3)。
另外地或另选地，该指示可通过将各个前导码符号或前导码符号组与正交覆盖码相乘来区分。NPRACH前导码可由循环前缀(CP)和序列部分组成，其中，序列部分可由五个子块组成。各个子块被称为前导码符号，并且包括CP和五个前导码符号的NPRACH前导码被称为前导码符号组。例如，Msg3步骤中的提前UL数据传输可通过将前导码符号或前导码符号组与逐个符号或逐个符号组预定的正交覆盖码(例如，诸如“101010…”的(正交)信号)相乘来指示(为了简单，称为Opt4)。
另外地或另选地，该指示可通过分割前导码序列来指示(为了简单，称为Opt5)。
上述方法(例如，Opt1至Opt5)甚至可应用于为了另一目的使用随机接入前导码另外发送几比特的方法。例如，在Opt1的情况下，可预先指定用于(N)PRACH传输的多个时间/频率资源，使得各个预先指定的时间/频率资源表示一比特。类似地，在Opt2的情况下，可预先指定多个跳频图案，使得各个预先指定的跳频图案表示一比特。在Opt3的情况下，可预先指定多个非锚定PRB，使得各个预先指定的非锚定PRB表示一比特。在Opt4的情况下，可预先指定多个正交覆盖码。使得各个预先指定的正交覆盖码表示一比特。
另外地或另选地，Opt1至Opt5中的至少N个Opt可被组合以表示至少N比特或N比特信息。例如，当Opt1和Opt2被组合时，一个比特可根据Opt1是否用于(N)PRACH传输来呈现，另一比特可根据Opt2是否用于(N)PRACH传输来呈现。由此，可发送至少两比特。例如，当根据Opt1使用预先指定的时间/频率资源发送(N)PRACH时，一个比特值可被解释为1(或0)。当根据Opt2使用预先指定的跳频图案发送(N)PRACH时，另一比特值可被解释为1(或0)。因此，可使用随机接入前导码另外发送两比特信息。本发明甚至适用于使用Opt1至Opt5的其它组合的情况。
返回参照图8，在步骤S820中，基站可发送RAR(RAR)消息。RAR消息可包括定时提前(TA)命令和Msg3步骤中的L2/L3消息的UL许可信息。在本公开中，Msg3步骤中的L2/L3消息的UL许可信息可被称为第一UL许可信息。
提出当UE在Msg1步骤中向eNB发送提前UL数据传输指示时，eNB另外在Msg2步骤(例如，步骤S820)中发送提前UL数据传输的UL许可信息，以允许UE在Msg3步骤中除了L2/L3消息之外还发送UL数据。在本公开中，提前UL数据传输的UL许可信息可被称为第二UL许可信息。
在Msg3步骤(例如，步骤S830)中发送提前UL数据可考虑两种方法。首先，可通过与L2/L3消息相同的PUSCH来发送数据。其次，可为传输分配独立或不同于L2/L3消息的PUSCH。在第一种方法中，使用与L2/L3消息相同的功率/重复次数/资源单元(RU)。在第二种方法中，对于提前UL数据，可配置独立(或不同)于L2/L3消息的PUSCH区域和功率/重复次数/RU。RU可包括传输是单音传输还是多音传输的指示。在这种情况下，eNB可基于覆盖级别(可被称为覆盖增强级别或覆盖扩展级别并且可对应于重复传输次数)、UE能力、提前UL数据的大小等中的全部或部分来为L2/L3消息和提前UL数据配置功率/重复次数/RU和资源分配。更具体地，通过Msg2发送的(N)PUSCH调度信息的字段的解释可根据UE是否已指示提前UL数据传输而变化。例如，如果UE已指示提前UL数据传输，则可为相同调度信息的字段值配置更大的传输块大小(TBS)、更大的RB数量、更大的重复次数、更高的调制阶数等。
当UE在Msg1步骤(例如，步骤S810)中向eNB发送提前UL数据传输指示时，eNB可在Msg2步骤(例如，步骤S820)中另外发送提前UL数据传输的UL许可信息或拒绝提前UL数据传输。当eNB拒绝提前UL数据传输时，eNB可在Msg2步骤中向UE发送拒绝信号，并且UE可停止提前UL数据传输或执行正常随机接入过程以在RRC连接之后发送UL数据。eNB可通过参考UE所测量的参考信号接收功率(RSRP)信息、覆盖级别、可用于eNB的资源和业务负载来确定是否允许提前UL数据传输。在Msg2步骤中，eNB拒绝提前UL数据传输的信号可使用RNTI或NPDCCH中的DCI的预留比特或者通过向RAR消息添加标志来发送给UE。
在Msg2步骤中，传统RAR消息只有当(N)PDCCH和(N)PDSCH二者均被解码时才可接收，考虑到(N)PDCCH和(N)PDSCH被重复地发送，这是延迟或功耗的原因。为了减小Msg2步骤中的延迟和功耗，RAR消息(和/或提前UL数据传输的UL许可信息)可仅通过(N)PDCCH或(N)PDSCH来发送。仅通过(N)PDCCH的传输可指不涉及(N)PDSCH的传输，仅通过(N)PDSCH的传输可指不涉及(N)PDCCH的传输。在仅通过(N)PDCCH执行Msg2步骤的情况下，提出UE在没有任何特殊指示的情况下执行盲检测(BD)，或者在Msg1步骤中指示仅通过(N)PDCCH发送Msg2以避免BD。
具体地，UE可使用与UE在Msg1步骤中向eNB指示Msg3的提前UL数据传输的方法(例如，Opt1至Opt5)相同的方法向eNB指示要仅通过(N)PDCCH执行Msg2步骤。另选地，可使用RRC配置信息来指示要仅通过(N)PDCCH执行Msg2步骤。当使用RRC配置信息时，可使用(N)PDCCH和(N)PDSCH二者通过传统方法在初始接入过程中执行RRC连接。然后，可存储该信息并且可仅通过(N)PDCCH执行Msg2传输。
当要仅通过(N)PDSCH执行Msg2传输时，解码所需的信息(例如，在Msg2步骤中关于(N)PDSCH的MCS信息和资源分配信息)可通过RRC配置信息接收并使用。如仅通过(N)PDCCH执行Msg2传输的情况一样，UE可在Msg1步骤中向eNB指示仅通过(N)PDSCH执行Msg2传输。
返回参照图8，UE可在步骤S830中发送L2/L3消息。步骤S830中的L2/L3消息可包括RRC连接请求消息，并且可通过RRC连接请求消息将UE标识信息(或UE ID)发送到eNB。例如，UE标识信息(或UE ID)可包括随机数。
在Msg3步骤(例如，步骤S830)中，UE将提前UL数据连同L2/L3消息一起发送。使用在Msg2步骤(例如，步骤S820)中接收的提前UL数据的UL许可信息来发送提前UL数据。UE根据UL许可信息来配置功率/重复次数/RU并使用分配给其的资源来发送数据。在此方法中，eNB确定调度信息。
作为另一方法，UE可自主地配置调度信息。基于由接收机利用诸如RSRP的方法计算的覆盖级别、UE能力(指示是否支持多音传输)以及提前UL数据的大小，UE可设定功率/重复次数/RU并确定是否使用多音，执行资源分配以发送Msg3。为此，UE可在Msg1步骤(例如，S810)中向eNB指示UE所确定的Msg3传输方法，并且eNB可根据从UE发送的指示在Msg2步骤(例如，S820)中向UE发送UL许可信息。
返回参照图8，在步骤S840中，eNB可发送竞争解决消息。步骤S840中的竞争解决消息可包括RRC连接建立消息，并且可通过RRC连接建立消息发送UE标识信息(或UE ID)。例如，UE标识信息(或UE ID)可包括在步骤S830中发送的UE标识信息(或UE ID)。
一旦UE在步骤S830中发送提前UL数据，eNB就可将提前UL数据解码。如果eNB成功解码，则可通过在Msg4步骤(例如，S840步骤)中向UE发送包括UE标识信息(或UE ID)的竞争解决消息来代替UL HARQ-ACK。当UE在Msg4步骤中接收到指示其UE标识(或UE ID)的信息时，UE认为UL数据传输成功，返回到RRC-IDLE/RRC-SUSPENDED，并且等待直至下一UL数据生成，以便降低功耗。
如果UE没有在Msg4步骤(例如，S840)中接收到其UE标识(或UE ID)，则其可执行HARQ操作(例如，HARQ重传)。在基于竞争的随机接入过程中，由于有限的(N)PRACH资源分配，HARQ操作可能在Msg3步骤中连续地经历冲突，这在延迟或功耗方面可能是问题。为了解决该问题，提出以下Msg3 HARQ冲突解决方法。当冲突UE在eNB预分配多个资源之后执行重传时，UE可基于UE标识信息(或UE ID)随机或根据特定规则在所分配的资源内选择资源，然后使用所选择的资源来执行重传。例如，作为UE标识信息(或UE ID)，可使用在步骤S830中发送的UE标识信息(或UE ID)。在这种情况下，可避免由于重传期间的持久冲突而导致的Msg3接收的重复失败。为Msg3 HARQ冲突解决预分配的多个资源可以是eNB与UE之间预先约定的资源，或者可通过SIB信息来配置。另选地，为Msg3 HARQ冲突解决预分配的多个资源可通过Msg2步骤来配置。
方法2：Msg3/Msg5步骤中的提前UL数据传输
在根据本发明的方法1中，为了减小在上行链路中发送小数据分组时的延迟和功耗，提出比传统随机接入过程的情况更早地在随机接入过程的Msg3步骤中发送数据。在方法1的情况下，当要在Msg3步骤中发送的数据的大小大于在Msg2步骤中接收的提前UL数据的UL许可信息所分配的资源时，并非所有提前UL数据均可通过Msg3发送。因此，在根据本发明的方法2中，为了将方法1甚至应用于大数据分组，提前UL数据的一部分(为了简单，称为第一UL数据)在Msg3步骤中发送，附加UL数据(为了简单，称为第二UL数据)在Msg5步骤中或Msg5步骤之后发送。
在本公开中，类似提前UL数据，第一UL数据和第二UL数据可指高层的数据。例如，高层可以是RLC层、PDCP层或更高层(例如，应用层)，第一UL数据和第二UL数据可指高层的用户数据。第一UL数据和第二UL数据可通过作为业务信道的专用业务信道(DTCH)传送至高层。
图9示出根据本发明的在Msg3/Msg5步骤中进行提前UL数据传输的随机接入过程。在图9中，步骤S910和S920分别对应于图8的步骤S810和S820，并且可按照与图8的步骤S810和S820相同/相似的方式执行。
在步骤S930中，UE可将提前UL数据连同L2/L3消息一起发送。如果步骤S930中要发送的提前UL数据的大小大于通过Msg2步骤分配的资源(例如，步骤S920中的提前UL数据传输的UL许可信息)，则UE可在步骤S930中发送提前UL数据的一部分(或第一UL数据)。大小小于通过Msg2步骤分配的资源(例如，步骤S920中的提前UL数据传输的UL许可信息)的数据可被称为小UL数据。大小大于通过Msg2步骤分配的资源(例如，步骤S920中的提前UL数据传输的UL许可信息)的数据可被称为大UL数据。
在Msg3步骤中，小UL数据连同传统L2/L3消息一起发送。为了发送大UL数据，UE在Msg3步骤中另外发送指示存在要另外发送的UL数据(或第二UL数据)的标志信息。该标志信息可通过在Msg3步骤中发送的L2/L3消息来发送。另选地，UE可将可起到标志信息的作用的缓冲器状态报告(BSR)连同L2/L3消息一起发送。另选地，通过L2/L3消息的标志信息和BSR可独立地操作。在这种情况下，UE可在Msg3步骤中通过L2/L3消息和BSR一起发送标志信息。
BSR表示指示关于UE的缓冲器中的数据量的信息的MAC消息。BSR可包括指示UE的缓冲器大小的信息。当BSR指示0以外的缓冲器大小时，BSR可指示存在要发送的附加UL数据。当BSR将缓冲器大小指示为0时，BSR可指示不存在要发送的附加UL数据。当BSR指示不存在要发送的附加UL数据时，可按照参照图8描述的相同方式执行Msg4步骤之后的操作。
当eNB接收到指示是否存在附加UL数据(或第二UL数据)的标志信息(和/或BSR)时，eNB识别出存在要发送的附加UL数据，并且将关于附加UL数据的UL许可信息连同包括UE标识信息(或UE ID)的竞争解决消息一起发送。当UE在Msg4中接收到其UE标识信息(或UEID)时，其使用所接收的UL许可信息在Msg 5步骤(例如，步骤S950)中发送附加UL数据。
作为允许接收附加数据的另一方法，提出在Msg3步骤中执行RRC连接建立请求或RRC连接恢复请求，代替指示存在附加UL数据的标志信息，并且通过切换到RRC连接状态来发送和接收数据。
在所提出的两个方法中，UE通过将分组分成小数据分组(或第一UL数据)和附加数据分组(或第二UL数据)来发送大数据分组。这些方法可用于在Msg3步骤中发送紧急数据并在Msg5中或Msg5之后发送剩余附加信息。
方法3：Msg1步骤中的提前UL数据传输
为了支持定时关键移动例外报告，提出了一种在Msg1步骤中发送提前UL数据的方法。除了根据本发明的方法1或方法2之外还可执行方法3，或者可代替方法1或方法2执行方法3。
图10示出根据本发明的方法3的随机接入过程。
参照图10，在随机接入过程的Msg1步骤(例如，步骤S1010)中，可通过(N)PUSCH将提前UL数据连同RA前导码一起发送。eNB可在Msg2步骤(例如，步骤1020)中将UL HARQ-ACK连同RAR一起发送。当UE在Msg2步骤中正常地接收ACK时，eNB可返回到电池高效状态或尝试发送附加UL数据。当eNB返回到电池效率状态时，跳过图10的步骤S1030至S1050。当尝试附加UL数据传输时，可执行图10的步骤S1030至S1050。可分别按照与步骤S930至S950相同的方式执行步骤S1030至S1050。
为了在Msg1步骤(例如，步骤S1010)中指示提前UL数据传输，可使用与UE在Msg1步骤中向eNB指示Msg3中的提前UL数据传输的方法(参见例如Opt1至Opt5)相同的方法。由于通过Msg1指示给eNB的比特可能有限，所以可在Msg1步骤中仅指示(N)PUSCH传输的存在/不存在，并且MCS/TBS可固定或具有结合UE所计算的RSRP或基于RSRP的覆盖级别确定的值。另选地，(N)PUSCH MCS/TBS信息可由SIB信息配置。
eNB可被配置为在图10的Msg2步骤(例如，步骤S1020)中发送提前DL数据。当要在Msg2步骤中发送提前DL数据时，与UE在Msg1步骤中向eNB指示Msg3中的提前UL数据传输的方法(参见例如Opt1至Opt5)相同的方法可用于向UE指示提前DL数据传输。另选地，为了指示Msg2步骤中的提前DL数据传输，可在Msg2传输中使用特定RNTI，或者可使用与承载提前DL数据的(N)PDSCH对应的(N)PDCCH DCI中的预留比特。在Msg2步骤中，可结合UE所测量的RSRP值或基于其的覆盖级别来确定提前DL数据传输的功率/重复/RU。
在使用特定RNTI指示提前DL数据传输的情况下，可使用未指定用于特定用途的RNTI值。例如，RNTI可被表示成四个十六进制值。在当前标准中，从FFF4至FFF9的值被预留，而非分配用于特定用途。因此，FFF4至FFF9之一可被指派给特定RNTI。
在使用通过(N)PDCCH发送的DCI的预留比特的情况下，预留比特之一可预先指定，并且指定的预留比特可被设定为特定值以向UE指示提前DL数据传输。作为示例，当使用DCI格式1A时，DCI格式1A的特定一个预留比特(例如，第一个或最后一个预留比特、HARQ处理器编号字段或下行链路指派索引(DAI)字段)可被设定为特定值(例如，1)以向UE指示提前DL数据传输。作为另一示例，当使用DCI格式N1时，DCI格式N1的特定一个预留比特(例如，第一个或最后一个预留比特、或新数据指示符(NDI)比特、或ACK/NACK资源指示符(ARI)字段)可被设定为特定值(例如，0)以向UE指示提前DL数据传输。
eNB指示提前DL数据传输的上述方法可按照相同的方式应用于图8或图9的Msg2步骤(例如，步骤S820或步骤S920)。
减小延迟和功耗的要求可根据使用情况、小区大小或UE情况而变化。在这方面，提出UE确定是如传统方法中一样在完成随机接入过程之后发送/接收UL/DL数据，还是在随机接入过程期间执行提前UL/DL数据传输，或者更精确地，要在随机接入过程的哪一步骤中发送提前UL/DL数据。在Msg1/Msg3/Msg5中或Msg1/Msg3/Msg5之后允许UL数据传输，并且在Msg2/Msg4或Msg5之后允许DL数据传输。可考虑UE所测量的RSRP值或基于RSRP的覆盖级别(或RA前导码的重复传输次数)作为确定是否在随机接入过程期间执行提前UL/DL数据传输或确定要执行提前UL/DL数据传输的步骤的标准。用于确定提前UL/DL数据传输的RSRP或覆盖级别的阈值可被设定为预定值或通过SIB配置。
例如，仅可允许RSRP处于特定级别(例如，阈值)或以上的UE或者具有对应覆盖级别的UE在随机接入过程期间执行提前UL/DL数据传输。当UE如上所述确定是否在随机接入过程期间发送提前UL/DL数据时，UE可在Msg1步骤中向eNB指示传输。作为指示方法，可使用与UE在Msg1中向eNB指示Msg3的提前UL数据传输的方法(参见例如Opt1至Opt5)相同的方法。
eNB可根据UE所选择的RSRP或覆盖级别在Msg2步骤中发送用于Msg3步骤的(N)PUSCH调度信息。在这种情况下，通过Msg2的PUSCH调度字段的解释可根据UE所选择的RSRP或覆盖级别或者UE是否已指示提前UL数据传输而变化。即，当执行提前UL数据传输时，与不执行提前UL数据传输时相比可设定更大的TBS、更大的RB数量、更大的重复次数、更高的调制阶数。可选择不使用许可信息的无许可随机接入过程以减小延迟和功耗或适应高连接密度。以相同的方式，UE可使用RSRP或覆盖级别来选择无许可随机接入过程。
作为UE在Msg1步骤中向eNB指示Msg3步骤的提前UL数据传输的方法，提出了使用PRACH或NPRACH的时间/频率资源(参见例如Opt1)或跳频图案(参见例如Opt2)，或者通过分配非锚定PRB(参见例如Opt3)，将各个前导码符号或前导码符号组与正交覆盖码相乘(参见例如Opt4)，或者分割前导码序列(参见例如Opt5)来区分指示。另外，如上所述，上述方法(例如，Opt1至Opt5)甚至可应用于为了另一目的使用随机接入前导码另外发送几比特的方法。利用上述使用随机接入前导码发送几比特的方法，以下信息可被传送至eNB：
随机接入方法(过程是基于竞争的过程还是无竞争的过程)；
是否支持随机接入过程期间的提前数据传输(更具体地，提前数据传输执行步骤)；
由UE测量的RSRP或基于其的覆盖级别的量化值；
提前数据传输分组大小(例如，分组是否足以在Msg3步骤中发送还是需要附加数据传输)；
-Msg2传输方法(是否与传统方法不同仅使用NPDCCH或NPDSCH执行传输的指示)；
Msg3传输方法(由UE确定的Msg3传输方法：例如，单音/多音、功率/重复/RU设定、资源分配)；
方法4：移动例外报告的随机接入方法
如上所述，作为蜂窝IoT的主要场景，UE可支持诸如移动例外报告、移动周期性报告、网络命令、软件更新/重置等的操作。例如，UE可能需要同时执行非周期性的并且以延迟作为显著因素的移动例外报告以及周期性的移动周期性报告。在这种情况下，为了有效地执行移动例外报告和移动周期性报告，UE可停留在电池效率状态并且在发生事件时或在特定时段内的特定子帧中唤醒，以执行UL/DL数据发送和接收。为了避免UE之间的冲突，上述特定子帧可使用UE的IMSI以UE特定方式配置，其称为寻呼时机(PO)，因为其主要用于寻呼的周期性检查。当突然生成移动例外报告并且因此被配置为在PO中周期性地发送报告的UE需要发送该报告时，可根据情况选择性地使用(非周期性/周期性/无许可)随机接入方法。
图11的(a)示出寻呼周期，图11的(b)示出(e)DRX周期。
参照图11的(a)，eNB在每一个特定寻呼周期中以UE特定方式配置至少一个PO，并且使得UE能够在以UE特定方式配置的PO中获取寻呼消息。寻呼周期可指发送寻呼消息的周期。处于RRC-IDLE或RRC-SUSPENDED模式的UE可在为其配置的PO中返回到连接模式并接收寻呼消息。UE特定PO可使用经由SIB2用信号通知的参数和UE标识信息(例如，IMSI)来确定。
参照图11的(b)，可由eNB配置不连续接收(DRX)以降低功耗。当在连接模式下配置DRX时，UE可根据eNB所配置的DRX周期重复睡眠模式和唤醒模式。DRX周期可不与寻呼周期对准。当配置DRX的UE的PO位于DRX周期的睡眠时段中时，UE可切换到唤醒模式以接收寻呼消息。在NB-IoT的情况下，可使用具有限制扩展的睡眠时段的DRX周期以降低功耗，其可被称为扩展DRX或增强DRX(eDRX)。
在本发明的方法4中，当使用(e)DRX以降低功耗时，如果生成移动例外报告，则可执行(非周期性/周期性/无许可)随机接入过程。方法4可应用于本发明的方法1至方法3。
4-1.立即(非周期性)报告，而不管PO或唤醒时段如何
对于时间关键事件，如果事件没有立即报告，则报告很可能过时。因此，在方法4-1中，即使UE未在其PO和/或唤醒时段中，UE也可立即报告UL数据以报告事件。
4-2.基于距PO或唤醒时段的距离(基于计数器或定时器值确定)的非周期性或周 期方法选择
当PO起始点处的定时器值(当前定时器值)小于特定阈值时，UE可通过调度请求(SR)在PO中被指派资源并报告UL数据。由于在PO中报告UL数据，所以此方法对应于周期性方法。
当PO起始点处的定时器值(当前定时器值)大于特定阈值时，可通过RRC连接建立/恢复过程立即报告UL数据。由于执行报告而不管PO或唤醒时段如何，所以此方法对应于非周期性方法。
在方法4-2中，阈值可以是固定值或者可经由SIB配置。
4-3.根据UE的特性或所报告的数据选择
周期性报告方法可适合于周期性报告UE。因此，UE(例如，用于周期性报告的UE)可在为其配置的PO中发送UL数据。另一方面，非周期性方法可适合于用于例外(紧急)报告的UE，并且因此可立即发送UL数据而不管为其配置的PO如何。
上述方法是本发明的元素和特征的组合。除非另外提及，否则元素或特征可被视为选择性的。各个元素或特征可在没有与其它元素或特征组合的情况下实践。此外，本发明的实施方式可通过将部分元素和/或特征组合来构造。本发明的方法中所描述的操作次序可重新布置。任一个方法的一些构造可被包括在另一方法中并且可由另一方法的对应构造代替。对于本领域技术人员而言显而易见的是，在所附权利要求中未明确彼此引用的权利要求可作为本发明的实施方式组合呈现，或者在提交申请之后通过后续修改而被包括作为新的权利要求。
图12示出本发明适用于的BS和UE。
参照图12，无线通信系统包括BS 1210和UE 1220。当无线通信系统包括中继器时，BS 1210或UE 1220可由中继器代替。
BS 1210包括处理器1212、存储器1214和射频(RF)收发器1216。处理器1212可被配置为具体实现本发明所提出的过程和/或方法。存储器1214连接到处理器1212并存储与处理器1212的操作关联的各种信息。RF收发器1216连接到处理器1212并发送/接收无线电信号。UE 1220包括处理器1222、存储器1224和RF收发器1226。处理器1222可被配置为具体实现本发明所提出的过程和/或方法。存储器1224连接到处理器1222并存储与处理器1222的操作关联的各种信息。RF收发器1226连接到处理器1222并发送/接收无线电信号。
本发明的实施方式可通过例如硬件、固件、软件或其组合的各种手段来实现。在硬件实现方式中，本发明的实施方式可由一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSDP)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等来实现。
在固件或软件实现方式中，根据本发明的方法可按照被配置为执行本说明书中所描述的功能或操作的模块、过程、函数等的形式来实现。软件代码可按照指令和/或数据的形式存储在计算机可读介质中并且可由处理器执行。计算机可读介质位于处理器的内部或外部并且可经由各种已知手段向处理器发送数据以及从处理器接收数据。
对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明旨在涵盖本发明的修改和变化，只要其落入所附权利要求及其等同物的范围内。
工业实用性
本发明适用于诸如用户设备(UE)、基站(BS)等的无线通信设备。

Claims (13)

1.一种在无线通信系统中由用户设备执行随机接入过程的方法，该方法包括以下步骤：
向基站发送随机接入前导码作为所述随机接入过程的消息1Msg1，其中，该随机接入前导码指示所述随机接入过程期间的消息3Msg3中的提前上行链路数据传输；
从所述基站接收包括第一信息和第二信息的随机接入响应消息作为所述随机接入过程的消息2Msg2，其中，所述第一信息包括上行链路许可信息，并且所述第二信息包括指示所述上行链路许可信息是否与所述Msg3中的所述提前上行链路数据传输有关的标志；以及
使用包括所述上行链路许可信息的所述第一信息向所述基站发送所述Msg3，
其中，基于所述第二信息的所述标志指示所述上行链路许可信息与所述提前上行链路数据传输有关，Msg3传输包括所述提前上行链路数据传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，发送所述随机接入前导码的步骤包括以下步骤：
通过使用预先指定的物理随机接入信道PRACH时间资源和频率资源发送所述随机接入前导码来指示所述Msg3中的所述提前上行链路数据传输。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，发送所述随机接入前导码的步骤包括以下步骤：
通过使用预先指定的物理随机接入信道PRACH跳频图案发送所述随机接入前导码来指示所述Msg3中的所述提前上行链路数据传输。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，发送所述随机接入前导码的步骤包括以下步骤：
通过使用预先指定的物理随机接入信道PRACH非锚定物理资源块PRB发送所述随机接入前导码来指示所述Msg3中的所述提前上行链路数据传输。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，发送所述随机接入前导码的步骤包括以下步骤：
通过将所述随机接入前导码的前导码符号或前导码符号组与预先指定的正交覆盖码相乘来指示所述Msg3中的所述提前上行链路数据传输。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，发送所述随机接入前导码的步骤包括以下步骤：
通过分割所述随机接入前导码的前导码序列来指示所述Msg3中的所述提前上行链路数据传输。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述Msg3和上行链路数据传输是基于所述第二信息的所述标志指示所述上行链路许可信息与所述提前上行链路数据传输有关通过相同的物理上行链路共享信道PUSCH来执行的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述Msg3和上行链路数据传输是基于所述第二信息的所述标志不指示所述上行链路许可信息与所述提前上行链路数据传输有关通过不同的物理上行链路共享信道PUSCH来执行的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述随机接入响应消息是通过不涉及物理下行链路共享信道PDSCH的物理下行链路控制信道PDCCH来接收的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述随机接入响应消息是通过不涉及物理下行链路控制信道PDCCH的物理下行链路共享信道PDSCH来接收的。
11.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
从所述基站接收无线电资源控制RRC连接建立消息；以及
当所述RRC连接建立消息不包括所述用户设备的标识信息时，针对所述提前上行链路数据传输执行混合自动重传请求HARQ操作。
12.根据权利要求11所述的方法，该方法还包括以下步骤：
基于竞争解决消息包括所述用户设备的所述标识信息，进入RRC-IDLE模式。
13.一种在无线通信系统中执行随机接入过程的用户设备，该用户设备包括：
射频RF收发器；以及
处理器，该处理器在操作上连接到所述RF收发器，
其中，所述处理器被配置为：
向基站发送随机接入前导码作为所述随机接入过程的消息1Msg1，其中，该随机接入前导码指示所述随机接入过程期间的消息3Msg3中的提前上行链路数据传输，
从所述基站接收包括第一信息和第二信息的随机接入响应消息作为所述随机接入过程的消息2Msg2，其中，所述第一信息包括上行链路许可信息，并且所述第二信息包括指示所述上行链路许可信息是否与所述Msg3中的所述提前上行链路数据传输有关的标志，并且
使用包括所述上行链路许可信息的所述第一信息向所述基站发送所述Msg3，
其中，基于所述第二信息的所述标志指示所述上行链路许可信息与所述提前上行链路数据传输有关，Msg3传输包括所述提前上行链路数据传输。
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