CN110574419A - 跨无线频段的灵活的NB-IoT多载波操作 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过更高效和灵活地向UE分配可用频谱资源来改进窄带物联网无线网络利用率的方法。目的在于提供一种允许跨不同无线频段或NB‑IoT/LTE母小区进行高效的NB‑IoT多载波操作的方法，该目的将通过一种用于改进窄带物联网NB‑IoT无线网络利用率的方法来解决，其中通过更高效和灵活地向UE分配可用频谱资源来改进，其中通过特定参数、设置和请求，对eNodeB与UE之间交换的系统信息消息和/或专用信令进行扩展，使得即使UE已经连接到eNodeB，也能够跨所有无线频段执行多载波操作。

Description

跨无线频段的灵活的NB-IoT多载波操作
技术领域
本发明涉及一种通过更高效和灵活地向UE分配可用频谱资源来改进窄带物联网无线网络利用率的方法。
背景技术
窄带物联网(NarrowBand Internet-of-Things，NB-IoT)是最近通过的用于基站(eNodeB)和用户设备(user equipment，UE)之间的无线接口的3GPP标准。它可以在重新“开垦”的GSM频谱中以独立方式部署。此外，它也可以在长期演进(Long Term Evolution，LTE)频段内以及在LTE保护频段内与频分长期演进(Frequency Division Long TermEvolution，FD-LTE)小区共享频谱资源。该标准的目标是提高低频次小数据传输的能效使电池寿命最长10年、扩展蜂窝覆盖范围、支持小区内大量设备、以及低成本支持低复杂度设备(参考：3GPP TS 23.720对蜂窝物联网架构增强的研究(Study on architectureenhancements for Cellular Internet of Things))。
作为特征业务模式，IoT设备通常以低频次的方式生成少量数据，可以是周期性地生成，或者由外部事件触发。此时，设备变为活动状态(进入连接模式)并将数据报告给网络。然后，就进入空闲模式，在各睡眠周期之间监测信号状况。为了实现数年的电池寿命，NB-IoT内的睡眠周期延长至数小时和数天。空闲模式下的移动性由UE根据网络给出的优先级来控制。由于优先级以相同的方式影响所有UE，因此通常不可能让UE在可用的NB-IoT频率层上均匀地分布。由于NB-IoT在空闲模式下驻留的频率层要用于启动连接建立以进入连接模式，可以预见的是，会有一个频率层变得拥塞，而其余层则会得不到充分利用。频率层与“RF信道”或“RF载波”相同。在本发明的意义上，多个频率层可以在一个无线频段内。
NB-IoT标准没有定义连接模式移动性，以便保持设备的低复杂度。一旦建立了与eNodeB的连接，UE就无法在不打断现有连接的情况下切换到另一个小区。为了将UE分配至另一个无线频段的另一个载波频率，NB-IoT标准定义了两个过程：多载波操作和重定向(参考：3GPP TS 36.300 E-UTRA和E-UTRAN-总体描述(Overall Description)，版本13)。当通过来自eNodeB的专用信令在连接模式中配置多载波操作时，所有到UE的单播通信将在配置的载波上进行。此外，eNodeB可以在连接释放内将UE重定向到另一个载波频率。
由于NB-IoT中缺乏连接模式移动性，因此无法高效地使用多个频率层。使用重定向，eNodeB可以将UE重定向到任何其它载波频率。然而，重定向过程需要在连接释放之后额外建立连接，这在UE功耗方面并不是有效率的。另一方面，当使用多载波操作时，分配给NB-IoT的频谱的一些部分将变得拥塞，而其它部分却仍然利用不充分。其原因在于，UE是在空闲模式中选择的频率层，而eNodeB使用多载波操作并不能改变关联的频带。下面的问题阻碍了跨频段的NB-IoT多载波操作：
问题1：NB-IoT基站不了解UE处的信号状况。由于没有定义测量报告，所以网络也就不了解不同频率层上UE的信号状况。
问题2：不支持跨不同无线频段的多载波操作。对于非锚定载波，用于确定最大允许UE传输功率的小区特定参数(p-Max和additionalSpectrumEmissio n)无法配置。当锚定和非锚定载波二者在不同的频段A和B内时，需要如下过程：使用来自频段A中的随机接入的路径损耗来得出频段B上的初始窄带物理上行链路共享信道(narrowband physicaluplink shared channel，NPUSCH)功率。
问题3：不支持更改锚定载波的无线频率。锚定载波是由UE在建立连接期间选择的，在建立后的连接期间，无法被网络更改。对于3GPP版本13的UE，随机接入过程会在锚定载波上发生，使得多载波操作无法缓解随机接入期间的拥塞。NB-IoT版本14将定义配置UE在非锚定载波上随机接入的过程。
问题4：不支持跨不同无线频段的无线链路监测(Radio Link Monitoring，RLM)。RLM过程仅监测两个信道上的窄带参考符号(narrowband reference symbol，NRS)(参考：[R1-1613450]NB-IoT版本13UE NRSRP、NRSRQ和RLM测量的WF(WF on NB-IoT Rel-13 UENRSRP,NRSRQ and RLM measurements)，RAN1#87讨论)：
·UE特定搜索空间(UE specific search space，USS)内的窄带物理下行链路控制信道(narrowband physical downlink control channel，NPDCCH)；以及
·定向到UE的传输内的窄带物理下行链路共享信道(narrowband physicaldownlink shared channel，NPDSCH)。
然而，当在不同的无线频段中操作多个载波时，信号状况可能变化很大。若RLM在非锚定载波上触发无线链路故障，则不管锚定载波的状况如何，都会使用默认专用配置发起连接重建过程。
在锚定载波上的随机接入过程期间不会使用RLM过程，因此只有检测到随机接入有问题之后才能声明无线链路故障(radio link failure，RLF)。
问题5：不支持跨不同NB-IoT物理小区的多载波操作。NB-IoT中的多载波操作是假设所有载波共享相同的窄带物理层小区标识(physical layer cell identity，PCI)，这使得小区规划对于运营商来说难上加难。
问题6：不支持跨不同LTE物理小区的多载波操作。对于窄带物理上行链路共享信道(NPUSCH)上的上行链路传输，当在LTE母小区(mother cell)中配置有探测参考信号(sounding reference signal，SRS)时，如在srs-SubframeConfig中配置的，则UE必须保持静默(参考：3GPP TS 36.331 E-UTRA-无线资源控制(RRC)(E-UTRA-Radio ResourceControl(RRC))，版本13)。具有非锚定载波的附加LTE小区的SRS配置无法通过信号传达。附加LTE小区的E-UTRA控制区域大小无法通过信号传达，这是由于CarrierConfigDedicated中的值eutraControlRegionSize必须被设置为用于带内操作的锚定配置。当NB-IoT锚定载波位于LTE小区内时，NB-IoT UE可以受益于LTE公共参考信号(common reference signal，CRS)检测。而这在另一个LTE母小区内的非锚定载波上是不可能的，因为附加LTE小区的CRS和NRS之间缺少功率偏移。
问题7：不支持锚定载波上的多载波操作。NB-IoT中的锚定载波还包含同步信号以及系统信息，其改变NPDCCH和NPDSCH的调度。在附加非锚定载波时，不能配置同步信号的存在和系统信息的调度信息。
问题8：不支持跨定时非同步小区的多载波操作。NB-IoT非锚定载波没有提供同步信号。
发明内容
因此，本发明的目的是解决上述问题，并提供一种允许跨不同无线频段或NB-IoT/LTE母小区进行高效的NB-IoT多载波操作的方法。
该目的将通过一种用于改进窄带物联网NB-IoT无线网络利用率的方法来解决，其中通过更高效和灵活地向UE分配可用频谱资源来改进，其中通过特定参数、设置和请求，对eNodeB与UE之间交换的系统信息消息和/或专用信令进行扩展，使得即使该UE已经连接到该eNodeB，也能够跨所有无线频段执行多载波操作。
本方案为基站(eNodeB)侧和UE侧均产生益处。由于基站现在能够将UE分配到不同的NB-IoT载波和小区，所以可以提高可用频谱资源的利用率。当在基站上应用负载平衡时，可以支持更大量的已连接UE。同时，本方案保留了小区和频率规划内的完全灵活性，因为可以将附加的载波的全部物理配置的所有部分都提供给UE。
在UE侧，负载平衡总体上减少了网络拥塞，即会改进网络接入延迟以及调度时延。因此，UE可以实现更高的吞吐量，但更重要的是，降低了能量消耗，并延长了电池寿命。与通过网络侧的测量报告和切换控制的连接模式移动性相比，本方案的复杂性显著降低。
在本发明方法的优选实施例中，尝试连接到第一无线频段的UE将在空闲模式下获得的测量结果提供给eNodeB，而测量结果包括在eNodeB支持的其它无线频段上找到的小区的质量的有关信息。这具有以下优点：当在基站处应用负载平衡时，可以支持更多数量的连接UE。同时，在UE侧，负载平衡总体上减少了网络拥塞，即会改进网络接入延迟以及调度时延。
在本发明方法的另一个优选实施例中，eNodeB使用测量信息以将UE分配和配置到另一个无线频段，以优化eNodeB和UE侧的信号状况，而UE从该分配的其它无线频段向eNodeB发送连接建立完成消息。
在连接建立、连接恢复和连接重建期间，UE不断向网络提供在空闲模式下获得的(有限的一组)测量结果。UE可以从SystemInformationBlockType3-NB、SystemInformationBlockType4-NB和SystemInformationBlockType5-NB获得感兴趣的频率层。在测量报告列表中，可过滤不合适的结果，例如通过首先应用小区选择标准来过滤(参考：3GPP TS 36.304 E-UTRA-空闲模式中的用户设备(UE)过程(E-UTRA-UserEquipment(UE)procedures in idle mode)，版本13)。
在图1中，示出了连接建立的用例。运用本方案，UE另外向网络报告在其它频率层上找到的小区的质量。RRCConnectionRequest消息的用处就在于这里。运用UE处信号状况的有关信息，基站能够使用RRCConnectionSetup消息为UE配置附加的NB-IoT载波。在典型的IoT应用中，业务模式通常包括少量的消息交换。因此，在连接开始期间报告一次测量结果就足以满足大多数IoT应用了。
在本发明方法的还一个优选实施例中，通过参数来扩展eNodeB向UE广播的系统信息消息，以将eNodeB期望的其它无线频段的传输功率告知UE，而UE则计算路径损耗，并相应地适配该传输功率。
使用专用信令向UE提供最大传输功率的配置以及该附加的NB-IoT载波的NPUSCH参考信号和上行链路功率控制的配置。配置是可选的，当网络没有提供配置时，应使用锚定载波的配置。
当为NPUSCH使用不同的无线频段时，路径损耗可能会有很大的差别。为了解决这些差别，在PNPUSCH,c(i)(参考：3GPP TS 36.321E-UTRA-(MAC)协议规范(E-UTRA-(MAC)protocol specification)，版本13，第16.2.1.1.1章)的计算中使用的路径损耗PLc应考虑将进行NPUSCH传输的载波的NRS功率和NRSRP。
对于图1中所示的连接建立用例，先对消息5中RRCConnectionSetupComplete的传输使用新配置的NB-IoT载波C。对于载波C，可以从空闲模式获得NRSRP测量。对于NPUSCH功率计算所需的全部其它配置，如果与锚定配置不同，则在RRCConnectionSetup消息内向UE提供。这包括小区特定最大传输功率p-Max、NRS功率以及UplinkPowerControlCommon-NB。因此，所有载波都须应用相同的NPUSCH参考信号公共(小区特定)配置(在npusch-ConfigCommon中)以及上行链路功率控制(在uplinkPowerControlCommon中)。
在本发明方法的实施例中，如果UE已连接到第一无线频段的第一锚定载波，又被分配至其它无线频段，则eNodeB将专用锚定载波重新配置到该分配的其它无线频段。
使用专用信令向UE提供新锚定载波的无线频率配置。另外，新锚定载波的公共配置被作为差分重新配置或完全重新配置提供给UE。对于图1中的连接建立用例，网络还可以在另一个无线频段内重新配置所考虑的UE的锚定载波以及所需的公共配置。对于网络，锚定载波的重新配置具有的益处在于：eNodeB还可以控制用于不支持3GPP版本14的已连接UE的随机接入的频段。另一方面，对于UE，将锚定载波改变为非锚定无线频段具有的益处在于路径损耗估计更好，因为有更多的NRS资源可用。
在本发明方法的另一个实施例中，在由UE和eNodeB交换的附加信令内建立无线链路监测过程，而UE则向eNodeB通知非锚定载波上有无线链路故障，并且eNodeB重新配置该UE并释放该非锚定载波，或将该UE重定向到另一个无线频段。
如果非锚定载波上发生无线链路故障(RLF)而锚点仍可操作，则可以引入附加的信令，例如在随机接入消息3内引入，通知基站发生了无线故障。一旦接收到，网络可触发连接重新配置，以解除配置该不再工作的非锚定载波。在图2中，示出了非锚定载波上的无线链路故障(RLF)的用例。由于锚定载波仍可操作，因此不会触发重建。相反，UE使用在消息3中新定义的MAC控制元(control element，CE)以及C-RNTI MAC CE向网络通知发生了RLF。一旦接收到，网络可以重新配置UE并释放非锚定载波，或者也可以释放连接并将UE重定向到另一个频率层。当UE在锚定载波上的随机接入过程中时，在NPDCCH的2类公共搜索空间上引入无线链路监测。其原理是在声明发生随机接入问题之前加快锚定载波上无线链路故障的检测，以节省电池电量。
在本发明方法的另一个实施例中，通过eNodeB提供给UE的窄带物理小区标识的配置来进一步扩展由UE和eNodeB交换的附加信令，使得跨不同LTE物理小区的多载波操作得到支持。使用专用信令向UE提供作为附加载波而附加的NB-IoT小区的物理小区标识的配置。
此外，通过诸如LTE母小区的物理小区标识、其SRS配置、E-UTRA控制区域大小和CRS与NRS之间的功率偏移等参数来进一步扩展由UE和eNodeB交换的附加信令，使得跨不同LTE物理小区的多载波操作得到支持。向UE附加的NB-IoT载波的专用配置通过附加的NB-IoT载波的可选配置进行扩展：LTE母小区的物理小区标识、其SRS配置、E-UTRA控制区域大小和CRS与NRS之间的功率偏移。当NB-IoT锚定载波位于LTE小区内，并且eNodeB提供LTE小区的附加配置参数时，NB-IoT UE受益于LTE公共参考信号(CRS)的检测和附加LTE小区CRS和NRS之间功率偏移的有关信息，这使得在另一个LTE母小区内的非锚定载波上也可以进行多载波操作。这具有以下优点：LTE母小区的参考符号可以用于信道估计。这样可以提高信道估计的准确性，也就提高了NB-IoT下行链路接收器的性能。
在本发明方法的另一个实施例中，通过参数进一步扩展由UE和eNodeB交换的附加信令，以向UE指示附加的载波是锚定载波。附加NB-IoT载波的配置通过可选配置来扩展，该可选配置指示附加的载波是锚定载波。在这种情况下，在专用配置内附加地提供系统信息的调度信息。这具有以下优点：基站在调度用户时具有更大的灵活性，这也就增加了总容量，并减轻了拥塞。
此外，在本发明方法的还一个实施例中，通过由分配至其它无线频段的UE所使用的第一无线频段的锚定载波的定时信息来进一步扩展由UE和eNodeB交换的附加信令，使得跨定时非同步小区的多载波操作得到支持，其中该定时信息用于同步。换言之，通过要附加的NB-IoT载波的无线频段内的锚定载波的可选配置来扩展所附加的NB-IoT载波的配置。在专用信令内提供NB-IoT时间(超帧、帧、子帧)，而UE使用所提供的锚定载波的同步信号来估计精细采样定时。因此，非锚定载波上的上行链路和下行链路的定时与锚定载波同步。作为特殊情况，为定时同步提供的锚定载波也可以指附加的NB-IoT载波本身。
本方案涵盖了多种用例。由于使用了不同的频段，并置(collocated)小区的传播延迟可能不同。基站可以使用远程射频头，其中频段以不同方式映射。此外，本方案还涵盖具有异步定时的非并置NB-IoT小区的用例。
附图说明
图1是连接建立期间的测量报告用例；
图2是非锚定载波上的无线链路故障用例，有锚定载波恢复。
具体实施方式
将使用示例性实施例更详细地解释本发明。
在图1中，示出了连接建立的用例。运用本方案，UE另外向网络报告在其它频率层上找到的小区的质量。RRCConnectionRequest消息的用处就在于这里。运用UE处信号状况的有关信息，基站能够使用RRCConnectionSetup消息为UE配置附加的NB-IoT载波。在典型的IoT应用中，业务模式通常包括少量的消息交换。因此，在连接开始期间报告一次测量结果就足以满足大多数IoT应用了。
对于图1中的连接建立用例，网络还可以在另一个无线频段内重新配置所考虑的UE的锚定载波以及所需的公共配置。对于网络，锚定载波的重新配置具有的益处在于：eNodeB还可以控制用于不支持3GPP版本14的已连接UE的随机接入的频段。另一方面，对于UE，将锚定载波改变为非锚定载波的无线频段具有的益处在于路径损耗估计更好，因为有更多的NRS资源可用。
在图2中，示出了非锚定载波上的无线链路故障(RLF)的用例。由于锚定载波仍可操作，因此不会触发重建。相反，UE使用在消息3中新定义的MAC控制元(CE)以及C-RNTI MACCE向网络通知发生了RLF。一旦接收到，网络可以重新配置UE并释放非锚定载波，或者也可以释放连接并将UE重定向到另一个频率层。
当UE在锚定载波上的随机接入过程中时，在NPDCCH的2类公共搜索空间上引入无线链路监测。其原理是在声明发生随机接入问题之前加快锚定载波上无线链路故障的检测，以节省电池电量。

Claims (10)

1.一种用于改进窄带物联网NB-IoT无线网络利用率的方法，其中通过更高效和灵活地向UE分配可用频谱资源来改进，其中通过特定参数、设置和请求，对eNodeB与所述UE之间交换的系统信息消息和/或专用信令进行扩展，使得即使所述UE已经连接到所述eNodeB，也能够跨所有无线频段执行多载波操作。
2.根据权利要求1所述的用于改进NB-IoT无线网络利用率的方法，其中尝试连接到第一无线频段的所述UE将在空闲模式下获得的测量结果提供给所述eNodeB，而所述测量结果包括在所述eNodeB支持的其它无线频段上找到的小区的质量的有关信息。
3.根据权利要求2所述的用于改进NB-IoT无线网络利用率的方法，其中所述eNodeB使用所述测量信息，以将所述UE分配和配置到另一个无线频段，以优化所述eNodeB和所述UE侧的信号状况，而所述UE从所述分配的其它无线频段向所述eNodeB发送连接建立完成消息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于改进NB-IoT无线网络利用率的方法，其中通过参数来扩展所述eNodeB向所述UE广播的所述系统信息消息，以将所述eNodeB期望的所述其它无线频段的传输功率告知所述UE，而所述UE计算路径损耗，并相应地适配所述传输功率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于改进NB-IoT无线网络利用率的方法，其中如果所述UE已连接到所述第一无线频段的第一锚定载波，又被分配至所述其它无线频段，则所述eNodeB将所述专用锚定载波重新配置到所述分配的其它无线频段。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于改进NB-IoT无线网络利用率的方法，其中在由所述UE和所述eNodeB交换的附加信令内建立无线链路监测过程，而所述UE向所述eNodeB通知非锚定载波上有无线链路故障，并且所述eNodeB重新配置所述UE并释放所述非锚定载波，或将所述UE重定向到另一个无线频段。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于改进NB-IoT无线网络利用率的方法，其中通过所述eNodeB提供给所述UE的窄带物理小区标识的配置来进一步扩展由所述UE和所述eNodeB交换的所述附加信令，使得跨不同LTE物理小区的多载波操作得到支持。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于改进NB-IoT无线网络利用率的方法，其中通过诸如LTE母小区的物理小区标识、其SRS配置、E-UTRA控制区域大小和CRS与NRS之间的功率偏移等参数来进一步扩展由所述UE和所述eNodeB交换的所述附加信令，使得跨不同LTE物理小区的多载波操作得到支持。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于改进NB-IoT无线网络利用率的方法，其中通过参数进一步扩展由所述UE和所述eNodeB交换的所述附加信令，以向所述UE指示附加的载波是锚定载波。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于改进NB-IoT无线网络利用率的方法，其中通过由分配至所述其它无线频段的所述UE使用的所述第一无线频段的锚定载波的定时信息来进一步扩展由所述UE和所述eNodeB交换的所述附加信令，使得跨定时非同步小区的多载波操作得到支持，其中所述定时信息用于同步。
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