CN110583091A - 执行随机接入过程的方法及其装置 - 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装置，并且涉及一种方法及其装置，该方法包括以下步骤：从基站接收窄带物理随机接入信道(NPRACH)配置信息；以及基于所接收的NPRACH配置信息来重复地发送NPRACH前导码，其中，如果NPRACH前导码的最后重复传输的完成时间点与下一子帧之间的时间间隙小于保护时间，则NPRACH前导码的最后重复传输被丢弃，或者被打孔NPRACH前导码的最后重复传输中的保护时间与时间间隙之差那么多。

Description

执行随机接入过程的方法及其装置
技术领域
本公开涉及无线通信系统。更具体地，本公开涉及一种执行随机接入过程以用于有效覆盖增强的方法及其设备。
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
本公开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范围增强的方法及其装置。
具体地，本公开的目的在于提供一种用于在支持扩展小区半径的无线通信系统中有效地发送和接收用于窄带物联网(NB-IoT)通信的随机接入前导码的执行随机接入过程的方法和设备和/或随机接入前导码的结构或格式。
本领域技术人员将理解，本公开可实现的目的不限于上面具体描述的那些，本公开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
在本公开的第一方面，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：从基站接收窄带物理随机接入信道(NPRACH)配置信息；以及基于所接收的NPRACH配置信息来重复地发送NPRACH前导码，其中，当NPRACH前导码的最后重复传输完成的时间与下一子帧之间的时间间隙小于保护时间时，NPRACH前导码的最后重复传输被丢弃或被打孔NPRACH前导码的最后重复传输中的保护时间与时间间隙之差。
在本公开的第二方面，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)收发器以及在操作上连接到RF收发器的处理器，其中，该处理器被配置为：从基站接收窄带物理随机接入信道(NPRACH)配置信息，并且基于所接收的NPRACH配置信息来重复地发送NPRACH前导码，其中，当NPRACH前导码的最后重复传输完成的时间与下一子帧之间的时间间隙小于保护时间时，NPRACH前导码的最后重复传输被丢弃或被打孔NPRACH前导码的最后重复传输中的保护时间与时间间隙之差。
优选地，保护时间可通过NPRACH配置信息来配置。
优选地，NPRACH前导码的重复传输次数可通过NPRACH配置信息来配置。
优选地，重复传输次数可被配置为1、2、4、8、16、32、64或128之一，并且当重复传输次数为1、2或4之一时，NPRACH前导码的重复传输次数可被配置为次高重复传输次数。
优选地，NPRACH前导码可包括四个符号组，并且这四个符号组中的每一个可包括与三个符号对应的循环前缀部分以及与三个符号对应的序列部分。
优选地，可对四个符号组中的每一个应用符号级加扰。
优选地，可对四个符号组应用符号组级加扰。
优选地，NPRACH前导码可包括四个符号组，并且这四个符号组中的每一个可包括具有三符号持续时间的循环前缀部分以及具有五符号持续时间的序列部分。
优选地，可对四个符号组中的每一个应用符号级加扰。
优选地，可对四个符号组应用符号组级加扰。
优选地，NPRACH前导码的子载波间距可被配置为小于或等于1.5千赫兹(kHz)。
优选地，NPRACH前导码可包括四个符号组，并且这四个符号组中的每一个可包括与一个符号对应的循环前缀部分以及与一个符号对应的序列部分。
优选地，该方法还可包括以下步骤：接收指示是否对NPRACH前导码的最后重复传输应用保护时间的信息，其中，当所述信息指示不对NPRACH前导码的最后重复传输应用保护时间并且所述时间间隙小于保护时间时，NPRACH前导码的最后重复传输可既不被丢弃也不被打孔。
优选地，当所述信息指示对NPRACH前导码的最后重复传输应用保护时间并且所述时间间隙小于保护时间时，NPRACH前导码的最后重复传输可被丢弃或被打孔保护时间与所述时间间隙之差。
有益效果
根据本公开，在无线通信系统中执行随机接入过程时可有效地增强范围。
具体地，根据本公开，可在支持扩展小区半径的无线通信系统中有效地发送和接收用于窄带物联网(NB-IoT)通信的随机接入前导码。
本领域技术人员将理解，本公开可实现的目的不限于上面具体描述的那些，本公开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
附图被包括以提供对本公开的进一步理解，附图示出本公开的实施方式并且与说明书一起用于说明本公开的原理。
图1示出本公开中可使用的无线电帧的结构。
图2示出本公开中可使用的下行链路时隙的资源网格。
图3示出本公开中可使用的下行链路子帧结构。
图4示出本公开中可使用的上行链路子帧结构。
图5示出随机接入过程。
图6示出NPRACH前导码传输方法。
图7示出上行链路-下行链路定时关系。
图8至图10示出根据本公开的方法1的前导码格式。
图11至图12示出根据本公开的方法2的前导码格式。
图13示出根据本公开配置的重复次数和时间间隙。
图14示出根据本公开的随机接入过程。
图15示出适用本公开的基站和用户设备。
具体实施方式
本公开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。3GPP LTE-Advanced(LTE-A)系统是3GPP LTE的演进版本，LTE-A Pro系统是3GPP LTE-A的演进版本。
为了说明清晰，以下描述集中于3GPP LTE/LTE-A/LTE-A Pro系统。然而，本公开的技术原理不限于此。此外，为了更好地理解本公开而提供特定术语。然而，在不脱离本公开的技术原理的情况下，这些特定术语可改变。例如，本公开可应用于根据3GPP LTE/LTE-A/LTE-A Pro系统的系统以及根据另一3GPP标准、IEEE 802.xx标准、3GPP2标准或诸如3GPP5G或新RAT(NR)的下一代通信系统的系统。
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)、下一代NodeB(gNB)、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或gNB。
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。
当UE通电或进入新小区时，UE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。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的传输以及PDCCH信号和与PDCCH信号对应的PDSCH信号的接收。
在上述过程之后，UE可从基站接收PDCCH和/或PDSCH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)。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1示出本公开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1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)用于基站的信道估计和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2示出本公开中可使用的一个下行链路时隙的资源网格。
参照图2，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，本公开不限于此。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3示出本公开中可使用的下行链路子帧结构。
参照图3，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。
基站根据要发送到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。
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。
图4示出本公开中可使用的上行链路子帧的示例性结构。
参照图4，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。
图5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5，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)(S510)。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)(S520)。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)(S530)。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)(S540)。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)(S550)。
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(S510)。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S510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S520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(S520)，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。NB-IoT可以可互换地称为蜂窝IoT(cIoT)。
图6示出NPRACH前导码传输方法。NPRACH前导码是指用于LTE-A Pro系统所支持的NB-IoT的PRACH前导码，并且可统称为PRACH前导码。图6的随机接入符号组可被称为(N)PRACH符号组，或简称为符号组。
NPRACH前导码可由四个符号组(符号组0至符号组3)组成，并且各个符号组可由循环前缀(CP)和序列部分组成，如图6所示。序列部分可由五个子块组成，各个子块包括相同的符号。例如，相同的符号可具有固定的符号值1。
NPRACH前导码可在指定的频率区域内发送。该频率区域可由通过高层信号(例如，RRC层信号)或系统信息(例如，SIB2)配置的子载波偏移(例如，)和子载波数量(例如，)确定。构成NPRACH前导码的各个符号组在没有间隙的情况下发送，并且在指定的频率区域内在各个符号组中执行跳频。在跳频中，第(i+1)符号组(即，符号组i，其中i＝0,1,2,3)的频率位置由表示并且可由式1确定。
[式1]
在式1中，nstart表示NPRACH前导码的起始子载波索引并由式2确定。在式1中，表示子载波偏移并由式3确定。在式2中，可给出
[式2]
[式3]
f(-1)＝0
在式3中，表示NPRACH前导码的符号组0的子载波偏移并由式4确定。在式3中，c(n)由式5确定。在式4中，ninit是选自的值。
[式4]
[式5]
c(n)＝(x1(n+NC)+x2(n+NC))mod2
x1(n+31)＝(x1(n+3)+x1(n))mod2
x2(n+31)＝(x2(n+3)+x2(n+2)+x2(n+1)+x2(n))mod2
在式5中，可给出NC＝1600以及x1(0)＝1,x1(n)＝0,n＝1,2,...,30。
为了覆盖增强或覆盖扩展，NPRACH前导码可被重复地发送特定次数(例如，在图6中N次)。特定重复次数可通过高层信号(例如，RRC层信号)或系统信息(例如，SIB2)配置。构成NPRACH前导码的四个符号组(符号组0至符号组3)在跳跃到使用式1至式5为各个符号组确定的频率位置的同时发送。在以这种方式发送第一NPRACH前导码之后，第二NPRACH前导码的各个符号组也可基于式1至式5通过跳频发送。使用相同的方法，NPRACH前导码可重复地发送特定次数(例如，N次)。重复地发送的各个NPRACH前导码的第一符号组(即，符号组0)的频率位置可随机地确定。
由于图6所示的NPRACH前导码的符号组在没有间隙的情况下发送，所以不对NPRACH前导码应用保护时间。因此，对于图6所示的NPRACH前导码，可考虑CP持续时间而非保护时间来确定所支持的小区半径。通常，小区半径与往返时延(RTD)之间的关系可由(小区半径)＝(光速)*(RTD/2)表示，并且RTD对应于保护时间。因此，小区半径与CP持续时间之间的关系可由式6表示。
[式6]
(小区半径)＝(光速)*(CP持续时间/2)
表1示例性地示出根据NPRACH前导码格式的CP持续时间和小区半径的近似值。如表1示例性地示出的，NPRACH前导码格式可包括格式0和1。NPRACH前导码格式可具有相同的序列长度和不同的CP持续时间。CP持续时间可通过高层信号(例如，RRC层信号)或系统信息(例如，SIB2)配置，并且对应NPRACH前导码格式可根据CP持续时间确定。在表1中，“us”表示微秒，“km”表示千米。
表1
另外，保护时间(GT)可根据小区半径考虑RTD给出。例如，当小区边缘处的UE和小区中心处的UE在相同的TTI(例如，子帧或时隙)中发送PRACH前导码时，可给出保护时间以确保基站可在对应TTI内接收各个UE的PRACH前导码。通常，由于小区半径与RTD之间的关系可由(小区半径)＝(光速)*(RTD/2)表示并且RTD对应于保护时间，所以小区半径与保护时间之间的关系可由式7表示。
[式7]
(小区半径)＝(光速)*(GT/2)
表2示例性地示出根据传统LTE/LTE-A系统的前导码格式的CP持续时间、GT持续时间和小区半径的近似值。在表2中，前导码格式值由PRACH配置索引指示。前导码格式0可在一个TTI(例如，1ms)中发送，前导码格式1和2可在两个TTI(例如，2ms)中发送，前导码格式3可在三个TTI(例如，3ms)中发送。这里，“ms”表示毫秒。在表2中，“us”表示微秒，“km”表示千米。
表2
可从表2看出，当前LTE系统所支持的最大小区半径为100.2km。因此，为了使用LTE网络执行带内操作，用于NB-IoT的UE需要至少支持相同级别的小区半径。
图7示出上行链路-下行链路定时关系。
对于上行链路正交发送和接收，基站可能需要单独地管理或调节各个UE的上行链路传输定时。由基站执行的传输定时的管理或调节可被称为定时提前或定时对准。
可通过如上所述的随机接入过程来执行定时提前或定时对准。在随机接入过程期间，基站可从UE接收随机接入前导码并使用所接收的随机接入前导码来计算定时提前值。可通过随机接入响应将所计算的定时提前值发送到UE，并且UE可基于所接收的定时提前值来更新信号传输定时。另选地，基站可接收从UE周期性地或随机地发送的上行链路参考信号(例如，探测参考信号(SRS))并计算定时提前，并且UE可基于所计算的定时提前值来更新信号传输定时。
如上所述，基站可通过随机接入前导码或上行链路参考信号来测量UE的定时提前并且可向UE告知用于定时对准的调节值。在这种情况下，用于定时对准的调节值可被称为定时提前命令(TAC)或定时提前(TA)值。
参照图7，从UE的上行链路无线电帧i的传输可在对应下行链路无线电帧开始之前(NTA+NTAoffset)×Ts秒开始，其中NTA可为0≤NTA≤20512，并且NTAoffset对于FDD帧结构可为0(NTAoffset＝0)，对于TDD帧结构可为624(NTAoffset＝624)。NTA可由TAC指示。Ts表示采样时间。可按照16Ts的倍数为单位来调节上行链路传输定时。TAC可在随机接入响应中以11比特给出，并且可指示0至1282的值。NTA可被给出为TA*16。另选地，TAC可以6比特给出并且指示0至63的值。在这种情况下，NTA可被给出为NTA,old+(TA-31)*16。在子帧n中接收的TAC可被应用于在子帧n+6中开始的子帧。
如上所述，传统NB-IoT系统基于支持35km的小区半径的全球移动通信系统(GSM)网络设计，因此随机接入前导码的循环前缀(CP)被设计为仅支持约40km的小区半径。然而，为了支持LTE网络中的带内操作(是NB-IoT系统的典型部署场景之一)，有必要支持高达100km的小区半径。另外，在人员稀少(即，LTE网络没有良好配备)的地方，NB-IoT系统包括移动自主报告系统，因此可取的是扩展可支持的小区半径。
为了扩展随机接入前导码的最大可支持小区半径，通常可扩展(NPRACH)前导码的CP和保护时间(GT)。另外地或另选地，可考虑使(NPRACH)前导码的子载波间距变窄以抑制CP开销的增加。例如，为了支持100km的小区半径，CP持续时间可被确定为666.7us(参见式6)。被扩展以支持扩展的小区半径的CP被称为扩展CP(E-CP)。另外，从基站的角度，可能需要具有与E-CP相同的持续时间(例如，666.7us)的时间间隙以避免从UE接收的随机接入前导码与下一相邻子帧交叠的情况。该时间间隙被称为保护时间(GT)。
已添加循环前缀和保护时间二者以避免符号之间的干扰。换言之，由于循环前缀和保护时间是在性能方面添加的附加信号，所以它们在系统吞吐量方面可被分类为开销。因此，为了确保更有效的前导码传输，可考虑降低循环前缀的开销百分比(％开销)，并增加与除了循环前缀和保护时间之外的前导码信息对应的部分(例如，符号或符号组部分)。
如参照图7所述，基站有必要针对上行链路正交发送和接收单独地控制各个UE的上行链路传输定时。该处理被称为定时提前(TA)或定时对准。初始TA通过随机接入过程执行。在NB-IoT系统中，当UE发送随机接入前导码时，基站从所接收的前导码估计上行链路传输时延并通过随机接入响应(RAR)消息以TA命令的形式将上行链路传输时延发送到UE。UE使用通过RAR消息接收的TA命令调节传输定时。
如参照图6所述，用于NB-IoT的随机接入前导码(或NPRACH前导码)以单载波跳频的方式发送，并且考虑定时估计获取范围和精度二者来设计。传统随机接入前导码(或NPRACH前导码)的子载波间距被设计为能够在3.75kHz下在40km的小区半径内无歧义地实现定时估计。当要使用两个子载波之间的间距执行定时估计时，无歧义的可支持小区半径可如下计算。在使用两个子载波之间的间距的估计中，在两个子载波上发送的信号之间的相位差可被表示为2*pi*delta_f，并且delta_f表示子载波间距(以Hz(赫兹)为单位)。另外，考虑RTD在两个子载波上发送的信号之间的相位差可被表示为2*pi*delta_f*tau_RTT，其中tau_RTT表示RTD。为了使相位差和小区半径具有满足一一对应关系的值，应该满足2*pi*delta_f*tau_RTT<2*pi。因此，为了确保无歧义的估计，应该满足关系tau_RTT<1/delta_f。往返距离为tau_RTT*(光速)/2，其中光速＝3E8 m/s。因此，当子载波间距为3.75kHz时，小区半径为1/delta_f*3E8/2＝1/3.75(kHz)*3E8(m/s)/2＝40km。由于在传统随机接入前导码(或NPRACH前导码)的3.75kHz子载波间距下允许无歧义的定时估计的小区半径为40km，所以子载波间距应该变窄为1.5kHz或更小以支持100km的小区半径。
本公开旨在使得NB-IoT系统能够在LTE网络或支持LTE系统的最大小区半径的网络上使用。具体地，本文提出了一种改进随机接入前导码(或NPRACH前导码)以允许用于NB-IoT的随机接入过程在LTE网络或支持LTE系统的最大小区半径的网络上执行的方法。
更具体地，本公开提出一种将随机接入前导码的循环前缀扩展到至少666.7us以支持扩展小区半径(例如，100km)，同时使随机接入前导码(或NPRACH前导码)的子载波间距变窄为1.5kHz或更小以无歧义地执行定时估计的方法(参见方法2)以及一种解决在3.75kHz子载波间距下发生的定时估计歧义的方法(参见方法1)。
为了简单，如本公开中提出的支持扩展小区半径(例如，100km)的随机接入前导码被定义为“增强”前导码，传统随机接入前导码被称为“传统”前导码。在本说明书中，传统前导码可被称为第一前导码格式，增强前导码可被称为第二前导码格式。在本公开中，术语“随机接入前导码”、“(N)PRACH前导码”、“(N)PRACH信号”和“(N)PRACH”可以可互换地使用并且可被简称为前导码。在本公开中，术语“PRACH符号组”和“随机接入符号组”可以可互换地使用并且可被简称为符号组。另外，支持传统NB-IoT(或传统前导码)的UE可被称为传统UE，支持增强前导码(或传统前导码和增强前导码二者)的UE可被称为增强UE。
基于支持NB-IoT的用户设备/基站/系统来描述本公开，但本公开不限于此。本公开也可按相同的方式应用于不支持NB-IoT通信的用户设备/基站/系统。例如，本公开可不仅应用于支持大规模机器型通信(mMTC)的用户设备/基站/系统，而且应用于不支持IoT和MTC的典型用户设备/基站/系统。在本说明书中，用户设备/基站/系统可集体指支持NB-IoT的用户设备/基站/系统和不支持NB-IoT的用户设备/基站/系统。
NPRACH范围增强方法1：使用与传统系统相同的子载波间距
方法1将循环前缀扩展到至少666.7us并允许基站解决由于使用3.75kHz子载波间距而可能发生的定时估计歧义。本公开的方法1提出构成随机接入前导码(或NPRACH前导码)的符号组中的前三个符号用于循环前缀以便扩展CP，剩余符号用于前导码检测和定时估计。
图8示出根据本公开的方法1的前导码格式。
构成用于NB-IoT的传统随机接入前导码(或NPRACH前导码)的符号组内用作CP的符号数量(例如，参见图7和相关描述)可增加以扩展循环前缀而不减小子载波间距。如参照图7所述，传统前导码由四个符号组组成，并且当不考虑跳频时可具有结构“111111”“111111”“111111”“111111”。由于传统NPRACH前导码由所有符号为“1”的序列组成，所以根据方法1的前导码的结构与传统前导码结构并无不同。然而，为了支持100km的小区半径，前三个符号“111”被视为增强CP(E-CP)，并且使用除了前三个符号之外的剩余三个符号执行前导码检测和定时估计。
参照图8的(a)，除了CP之外，实际用于前导码检测和定时估计的剩余部分被定义为“有用”符号。根据此定义，在传统随机接入前导码中，CP是一个符号(在符号组中)并且有用符号的数量为五。另一方面，在增强前导码中，E-CP对应于三个符号间隔(在符号组中)并且有用符号的数量为3。在传统前导码的情况下，仅第一个符号“1”(在符号组中)对应于CP，因此支持40km的小区半径。另一方面，在增强前导码(在符号组中)的E-CP的情况下，与三个符号对应的“111”支持120km的小区半径。
增强前导码将前三个符号(在符号组中)用于E-CP，导致CP开销从传统情况下的16.7％(＝1/6*100％)增加到50％(＝3/6％100％)。为了降低CP的％开销并增加每符号组的有用信号的能量，每符号组的符号数量(在传统情况下为6)可增加。这里，有用能量是由有用符号收集的前导码信号能量，并且指用于前导码检测或定时估计的能量。例如，增强前导码可被设计为具有以下结构。
增强前导码结构1-1：“11111111”“11111111”“11111111”“11111111”
增强前导码结构1-1是增加符号组中的符号数量以便降低CP开销的方法。例如，在增强前导码结构1-1中，前导码如传统情况下一样由四个符号组组成，但各个符号组由总共8个符号组成。因此，增强前导码结构1-1被设计为具有与传统情况相同数量的有用符号，同时支持E-CP。图8的(b)示出根据本公开的结构1-1的符号组。
考虑在相同的方向上并在相同的时间需要与传统前导码的符号组的边界对准的情况，符号组中的符号数量可增加至9或12。在这种情况下，符号组可包括与3个符号对应的E-CP以及与6或9个符号对应的序列部分。具体地，在一个符号组由12个符号组成的情况下，传统前导码边界和增强前导码边界可对准而不会与传统前导码相比增加开销，因此可在NPRACH资源共享等方面有效。尽管示出构成符号组的符号数量为9或12，但实施方式不限于此。本公开甚至适用于包括其它数量的符号的符号组。
增强前导码结构1-2：“CDEABCDE”“HIJFGHIJ”“MNOKLMNO”“RSTPQRST”
传统随机接入前导码的随机接入前导码格式1(例如，参见图6和表1)可被表示为“111111”“111111”“111111”“111111”，其中“1”表示一个符号单位，并且还指示单个载波的调制值为“1”。然而，“ABCDEA”“FGHIJF”“KLMNOK”“PQRSTR”形式的符号级加扰的前导码格式可用于补偿小区间干扰环境中的性能劣化或增强复用能力。这里，字符“A”、“B”、“C”等表示与“1”相比的任意调制值，意指出于诸如生成循环前缀的原因，相同字符具有相同的调制值。
例如，当符号组中的符号类似“ABCDEA”配置时，循环前缀的持续时间可被限制为一个符号周期，因此可支持小区半径可被限制为40km，类似于传统前导码。相比之下，在使用E-CP的增强前导码中，可使用“ABCABC”“DEFDEF”“GHIGHI”“JKLJKL”的结构以引入加扰。
图9的(a)示出根据结构1-2的前导码格式的示例。图9的(a)的前导码格式可通过在符号级应用加扰序列来生成。例如，如图9的(a)所示，可通过在符号级将加扰序列(A,B,C,A,B,C)相乘来生成符号组0。类似地，可通过在符号级将加扰序列(D,E,F,D,E,F)相乘来生成符号组1，可通过在符号级将加扰序列(G,H,I,G,H,I)相乘来生成符号组2，可通过在符号级将加扰序列(J,K,L,J,K,L)相乘来生成符号组3(未示出)。作为加扰序列，可使用正交序列、随机序列或伪随机序列。因此，图9的(a)所示的符号组可具有自相关为零的符号值。可针对各个符号组使用不同的加扰序列，或者可针对符号组使用相同的加扰序列。
在结构1-2中，由于符号组中的六个符号中的三个用于循环前缀，所以CP开销为50％。如结构1-1中一样，符号组中的有用符号的数量可增加，以便降低CP开销。例如，当符号组中的符号数量为8时，结构可为“CDEABCDE”“HIJFGHIJ”“MNOKLMNO”“RSTPQRST”。
图9的(b)示出根据结构1-2的前导码格式的另一示例。图9的(b)所示的前导码格式可如图8的(b)中一样具有8个符号。相比于图8的(b)的前导码格式，图9的(b)的前导码格式可通过在符号级应用加扰序列来生成。例如，如图9的(b)所示，可通过在符号级将加扰序列(C,D,E,A,B,C,D,E)相乘来生成符号组0。类似地，可通过在符号级将加扰序列(H,I,J,F,G,H,I,J)相乘来生成符号组1，可通过在符号级将加扰序列(M,N,O,K,L,M,N,O)相乘来生成符号组2，可通过在符号级将加扰序列(R,S,T,P,Q,R,S,T)相乘来生成符号组3(未示出)。作为加扰序列，可使用正交序列、随机序列或伪随机序列。因此，图9的(b)所示的各个符号组可具有自相关为零的符号值。可针对各个符号组使用不同的加扰序列，或者可针对符号组使用相同的加扰序列。
增强前导码结构1-3：“AAAAAAAA”“BBBBBBBB”“CCCCCCCC”“DDDDDDDD”
上述结构1-2对应于对传统前导码结构应用符号级加扰的情况。当应用符号级加扰时，各个符号具有不同的调制值，因此峰均功率比(PAPR)高于传统前导码。符号组级加扰可被认为是增加PAPR和上述加扰的优点的折中方式。当应用符号组级加扰时，增强前导码可按照“AAAAAA”“BBBBBB”“CCCCCC”“DDDDDD”的形式表示。在这种情况下，如结构1-1中一样，可考虑E-CP和开销增加符号组中的符号数量。例如，当符号组中的符号数量增加到8时，可使用诸如“AAAAAAAA”“BBBBBBBB”“CCCCCCCC”“DDDDDDDDD”的结构。
图10示出根据结构1-3的增强前导码。
如图10所示，根据结构1-3的增强前导码可通过在符号组级应用加扰序列来生成。例如，如图10所示，可通过将增强前导码的各个符号组乘以加扰序列(A,B,C,D)来生成增强前导码。在这种情况下，各个符号组可具有图8的(a)或图8的(b)所示的前导码格式。这里，符号组0的各个符号值可为A，符号组1的各个符号值可为B，符号组2的各个符号值可为C，符号组3的各个符号值可为D。作为加扰序列，可使用正交序列、随机序列或伪随机序列。
增强前导码结构1-1、1-2和1-3全部使用E-CP来增加符号组中的符号数量以补偿由CP开销的增加和符号组中的有用符号数量的减少导致的差的覆盖范围和/或每前导码的定时估计性能。例如，在此设计方法中，前导码可如传统情况下一样由4个符号组组成，并且各个符号组可由8个符号组成，使得在支持E-CP的同时提供与传统情况相同数量的有用符号。在这种情况下，由于每前导码的有用符号的数量如传统情况一样为5并且符号总数为8。因此，每前导码重复次数的覆盖性能可预期类似于或好于传统前导码。另外，在使用符号组之间的相位差的定时估计中，性能与传统前导码相比可维持或增强。
然而，在增强前导码结构1-1、1-2和1-3中，增强前导码的长度不同于传统前导码，因此在传统前导码和增强前导码共存的系统中可能无法或不容易有效地使用NPRACH时间/频率资源。在传统前导码和增强前导码共存的系统中，可共享传统前导码的NPRACH资源或者可使用与传统前导码相同的NPRACH资源配置来发送增强前导码以确保NPRACH时间/频率资源的有效利用和/或向后兼容性。NPRACH资源是指用于NPRACH前导码传输的时间和频率资源，并且可通过高层信号(例如，RRC层信号)或系统信息(例如，SIB2)发送到UE。
例如，作为共享NPRACH资源的方法，可通过FDM使用NPRACH资源。更具体地，可标识NPRACH频率资源以将一些资源分配给传统前导码，将其它资源分配给增强前导码。为了NPRACH时间/频率资源的有效利用和/或向后兼容性，增强前导码的长度可被设计为与传统前导码的长度相同。该操作被称为传统前导码和增强前导码的前导码边界对准。可为前导码边界对准而调节每符号组的符号数量和/或每前导码的符号组的数量。为了前导码边界对准，每符号组的符号数量可被调节为9或12。
例如，在调节每前导码的符号组的数量的情况下，如果8个符号构成一个符号组，则这可对应于(每前导码的符号数量)＝(8个符号/符号组*4个符号组/前导码)＝(32个符号/前导码)。在这种情况下，构成前导码的符号组的数量可被调节为3，因此(每前导码的符号数量)＝(8个符号/符号组*3个符号组/前导码)＝(24个符号/前导码)。在这种情况下，符号数量等于构成传统前导码的符号数量，因此可在传统前导码与增强前导码之间执行前导码边界对准。所有上述方法适用于增强前导码结构1-1、1-2和1-3。
NPRACH范围增强方法2：如何减小子载波间距
如上所述，支持100km小区半径而没有定时估计歧义的更基本方法在于使随机接入前导码(或NPRACH前导码)的子载波间距变窄为1.5kHz或更小。例如，考虑附加时延扩展以及甚至FDM中的干扰，增强前导码子载波间距可使用1.25kHz(3.75kHz的整约数)。在这种情况下，可支持高达120km小区半径。通过如上所述使用小子载波间距而没有定时估计歧义，可消除NPRACH范围增强方法1中所需的解决基站的歧义的处理操作。
另外，由于与传统前导码相比较小的子载波间距，方法2可在FDM下提供较大的复用能力。另一方面，当由于符号持续时间增加而假设相同的重复级别时，该方法在时延或功率方面可能不利，并且在多普勒性能方面可能相对弱。例如，当1.25kHz用作增强前导码的子载波间距时，与使用12个3.75kHz子载波间距的FDM的传统情况相比，可分配并使用36个增强前导码。假设相同的重复，增强前导码的长度是传统前导码的长度的三倍。
由于NPRACH范围增强方法2使用较小的子载波间距(例如，1.5kHz或更小)，所以如果构成前导码的符号组的数量和每符号组的符号数量与传统前导码相同，则CP开销相同。然而，如NPRACH范围增强方法1中一样，可增加符号组中的符号数量以进一步降低CP开销。另选地，在相同的重复次数下与传统前导码相比延迟可减小，符号组(构成增强前导码)中的符号数量可减少以维持与传统前导码相同的延迟或共享NPRACH时间资源(参见结构2-1)。另外，为了降低小区间干扰下的错误检测的概率或增加复用能力，可应用符号级加扰序列(参见结构2-2)，或者可应用符号组级加扰序列(参见结构2-3)。下面给出各个情况的简单示例。
增强前导码结构2-1
假设与传统前导码(前导码中的符号组的数量和符号组中的符号数量)相同的结构，增强前导码可类似传统前导码被表示为“111111”“111111”“111111”“111111”。根据方法2的增强前导码使用比传统前导码更小的子载波间距(例如，1.5kHz或更小)，这增加了时域中的前导码的长度。因此，相比于传统前导码，增强前导码将绝对时间的长度(在时域中)扩展变窄的子载波间距。在这种情况下，CP开销为16.7％，这与传统前导码相同。然而，为了将符号组的长度配置为与传统前导码相同，可考虑“11”“11”“11”“11”形式的前导码。
图11示出根据结构2-1的前导码格式。当使用本公开的方法2将传统前导码的子载波间距的1/N倍配置为增强前导码的子载波间距(其中N是大于1的整数)时，增强前导码的符号持续时间可变为传统前导码的符号持续时间的N倍，并且增强前导码的符号数量可减少以具有与传统前导码相同的长度。
参照图11，假设使用本公开的方法2将1.25kHz(是传统前导码的3.75kHz的子载波间距的1/3倍)配置为增强前导码的子载波间距。在这种情况下，为了配置与传统前导码相同的长度，序列部分中的符号数量可从5减少为1，并且根据结构2-1的前导码格式可包括与一个符号对应的CP部分以及与一个符号对应的序列部分。
当前导码中的符号组的时间长度或符号组的数量与传统前导码的情况下相同时，由于前导码的时间长度与传统前导码相同，所以可与传统前导码共享NPRACH时间资源。因此，当应用增强前导码结构2-1时，可使用传统前导码的资源配置来指示增强前导码的NPRACH资源配置，这在资源配置指示方面有利。
增强前导码结构2-2
可引入符号级加扰以降低小区间干扰下的错误检测的概率并增加复用能力。在这种情况下，如NPRACH范围增强方法1的结构1-2中一样，可使用“ABCDEA”“FGHIJF”“KLMNOK”“PQRSTR”的结构以具有相同的CP开销。另外，可增加或减少符号组中的符号数量以调节CP开销和延迟。
图12示出根据结构2-2的前导码格式。图12的(a)示例性地示出类似于传统前导码当符号组包括与一个符号对应的CP部分以及与五个符号对应的序列部分时给出的前导码格式，图12的(b)示例性地示出根据结构2-1的包括与一个符号对应的CP部分以及与一个符号对应的序列部分的前导码格式。
图12的(a)的前导码格式可通过在符号级应用加扰序列来生成。例如，如图12的(a)所示，可通过在符号级将加扰序列(A,B,C,D,E,A)相乘来生成符号组0。类似地，可通过在符号级将加扰序列(F,G,H,I,J,F)相乘来生成符号组1，可通过在符号级将加扰序列(K,L,M,N,O,K)相乘来生成符号组2，可通过在符号级将加扰序列(P,Q,R,S,T,R)相乘来生成符号组3(未示出)。
类似地，图12的(b)的前导码格式可通过在符号级应用加扰序列来生成。相比于图12的(a)的示例，可应用短加扰序列。例如，如图12的(b)所示，可通过在符号级将加扰序列(A,B)相乘来生成符号组0。类似地，可通过在符号级将加扰序列(C,D)相乘来生成符号组1，可通过在符号级将加扰序列(E,F)相乘来生成符号组2，可通过在符号级将加扰序列(G,H)相乘来生成符号组3(未示出)。
在图12的示例中，正交序列、随机序列、伪随机序列可用作加扰序列。因此，图12所示的符号组可具有自相关为零的符号值。可针对各个符号组使用不同的加扰序列，或者可针对符号组使用相同的加扰序列。
增强前导码结构2-3
当引入符号组级加扰时，可使用“AAAAAA”“BBBBBB”“CCCCCC”“DDDDDD”的结构以具有与NPRACH范围增强方法1的结构1-3中相同的CP开销。另外，为了调节CP开销和延迟，可按照用于NPRACH时间资源共享的“AA”“BB”“CC”“DD”的形式增加或减少符号组中的符号数量。例如，关于图10给出的描述可按照相同/相似的方式应用于增强前导码结构2-3。
方法3：用于NPRACH范围增强的NPRACH资源配置方法
增强NPRACH的资源配置可在时间、频率和正交序列区域中进行。对于仅支持增强NPRACH的小区，可根据增强前导码(或NPRACH前导码)的周期、周期中的起点、重复次数以及起始子载波位置和区域(例如，子载波数量)来发送增强前导码。当NPRACH资源配置中包括重复次数时，可考虑方法4中所描述的用于NPRACH范围增强的保护时间来广播附加保护时间信息。
因此，用于增强前导码的资源配置信息可至少包括指示用于增强前导码的NPRACH资源的周期的信息、指示一个周期内的开始时间的信息、指示增强前导码的重复传输次数的信息、指示构成用于增强前导码的NPRACH资源的子载波数量的信息、指示增强前导码的起始子载波位置的信息或指示附加保护时间的信息。用于增强前导码的资源配置信息可通过高层信号(例如，RRC层信号)或系统信息(例如，系统信息块类型2(SIB2))发送到UE。
在支持传统UE和增强UE二者的小区中，可按照以下方式执行NPRACH资源配置。
可针对传统UE和增强UE独立地分配NPRACH时间/频率资源。在这种情况下，为了防止资源冲突，需要向传统UE通知增强NPRACH资源区域，并且可限制新添加的增强NPRACH的资源配置以允许传统UE标识增强NPRACH资源区域。例如，传统UE的NPRACH资源通过高层信号(例如，RRC层信号)由NPRACH的周期和起点以及前导码的重复次数指示。NPRACH持续时间由传统UE所支持的重复次数确定。即使对于为传统UE的有效资源利用新设计的增强前导码，可通过根据传统UE所支持的NPRACH资源间隔限制增强前导码的重复来限制资源配置与传统NPRACH间隔匹配。
如上所述，当增强前导码中支持E-CP时，有用符号的数量可减少，因此在相同的重复次数下与传统前导码相比性能可能劣化(参见方法1的描述)。为了对此进行补偿，方法1提出了增加符号组中的符号数量的前导码结构(参见结构1-1、1-2和1-3)。另外地/独立地，可通过增加增强前导码的重复次数来增加有用符号的能量。考虑到这一点，为了将增强前导码的覆盖范围维持在与传统前导码相同的级别，可在增强前导码的资源配置中添加重复次数。例如，可添加具有传统前导码的最大重复级别的两倍或4倍的重复次数的资源配置，或者可配置增强前导码的资源以支持可补偿有用符号的减少百分比的重复次数。
方法4：为了NPRACH范围增强配置保护时间
如上所述，从基站的角度需要与小区半径两倍的距离对应的保护时间(GT)以避免从UE接收的随机接入前导码与其相邻的紧接子帧的交叠(例如，参见式7)。如上所述，为了支持100km的小区半径，应该确保至少666.7us的保护时间。表3示出当随机接入前导码的时间长度未与1ms的间隔的子帧边界对准时自然生成的时间间隙。由于增强前导码的长度被假设为6.4ms，与传统情况相同，所以针对重复次数自然生成的时间间隙具有200us、400us、600us和800us当中的一个值。
表3
重复次数 1 2 4 8 16 32 64 128
前导码长度(ms) 6.4 12.8 25.6 51.2 102.4 204.8 409.6 819.2
时间间隙(ms) 0.6 0.2 0.4 0.8 0.6 0.2 0.4 0.8
对于传统前导码，需要266.7us的保护时间以支持40km的小区半径。参照上面的表3，在除了重复次数为2和32的情况之外的所有情况下，存在超出所需保护时间的时间间隙。即使在其它情况下，存在200us的时间间隙，因此传统前导码中可能不需要保护时间。然而，为了增强NPRACH范围，可能需要666.7us或更大的保护时间。因此，提出了考虑保护时间来设计增强前导码。为了确保用于NPRACH范围增强的保护时间，可使用以下方法。
方法4-1：在增强前导码的最后重复之后添加保护时间而不管重复次数如何
例如，将与666.7us对应的保护时间添加到被重复所需次数的随机接入前导码的末尾以支持100km的小区半径。在这种情况下，基站考虑增强前导码的重复次数和保护时间来建立NPRACH资源配置并广播对应信息。UE将前导码长度加所需保护时间(666.7us)的值作为增强前导码的结尾，因此将上行链路发送和下行链路接收推迟或打孔，直至包含包括保护时间的增强前导码结束的点的子帧。为了简单，由于保护时间不足而需要另外推迟或打孔的子帧被称为“保护子帧”。
方法4-2：根据重复次数在增强前导码的最后重复之后选择性地添加保护时间
参照表3，对于与8和128对应的重复，由于存在比所需保护时间(例如，666.7us)更长的时间间隙(800us)，所以不需要附加保护时间并且可能不需要保护子帧。然而，对于与1、2、4、16、32和64对应的重复次数，由于时间间隙小于所需保护时间(例如，666.7us)，所以可能需要附加保护时间，因此可能需要保护子帧。当对保护子帧的需求如上所述取决于特定重复次数时，基站可建立NPRACH资源配置而无需如传统情况一样考虑保护时间，然后广播附加指示信息(例如，1比特标志)以向UE告知需要保护子帧的情况。指示信息(例如，1比特标志)可指示“前导码的最后重复结束的子帧之后的下一子帧是否被分配为NPRACH资源或保护子帧以确保保护时间”。
根据指示是否存在保护子帧的指示信息(例如，1比特标志)的值，UE仅将上行链路发送和/或下行链路接收推迟或打孔直至包含增强前导码的重复结束的点的子帧。另外，其推迟或打孔直至包含增强前导码的重复结束的点的子帧之后的下一子帧。例如，当指示信息的值为1时，其可指示包含前导码的最后重复结束的点的子帧之后的下一子帧被配置为NPRACH资源或保护子帧，并且UE可将对应子帧中的上行链路传输推迟或打孔。另一方面，当指示信息的值为0时，其可指示包含前导码的最后重复结束的点的子帧之后的下一子帧未被配置为NPRACH资源或保护子帧，并且UE可既不推迟也不打孔对应子帧中的上行链路传输。指示信息的值仅是示例，指示信息的值可被配置为具有相反的含义。
另选地，为了降低信令开销，可不用信号通知指示信息(例如，1比特标志)，并且可预先指定是否存在保护子帧基于包括保护时间以将上行链路发送和下行链路接收推迟或打孔的增强前导码的长度来确定。
指示信息(例如，1比特标志)可作为指示由多个比特生成的状态的值之一发送，使得指示信息与其它信息一起发送。此外，指示信息可被广播(通过特定系统信息(或SIB))或通过公共DCI、组公共DCI或UE特定DCI发送到UE。另选地，指示信息可通过用于增强前导码的资源配置信息发送到UE(参见方法3)。
方法4-3：限制增强前导码的重复次数以确保根据重复次数的时间间隙大于保护 时间，因此不需要单独的保护时间
考虑到时间间隙随重复次数变化，因此对保护时间的需求变化，提出了将确切重复次数配置为时间间隙大于或等于最小允许时间间隙的最近似重复次数，同时支持与传统NPRACH相似级别的重复的方法。
图13示出根据方法4-3配置的重复次数和时间间隙。
最小允许时间间隙可被配置为支持100km的小区半径所需的保护时间(例如，666.7us)，并且可配置支持大于或等于最小允许时间间隙的时间间隙的重复次数(此方法将被称为方法4-3-1)。图13的(a)示出根据方法4-3-1的重复次数和对应时间间隙。相比于表3，阴影部分中呈现的重复次数和对应时间间隙不同地配置。对于除了重复次数为1的情况之外的所有重复次数，存在800us的时间间隙，因此可看出不需要任何单独的保护时间配置或相关信令。
另选地，为了支持尽可能接近传统的重复次数以确保与传统覆盖性能相似的覆盖性能，最小允许时间间隙可被配置为600us并且可配置支持大于最小允许时间间隙的时间间隙的重复次数(方法4-3-2)。图13的(b)示出根据方法4-3-2的重复次数和对应时间间隙。
如方法4-3-1和方法4-3-2中一样，重复次数可预定义，使得仅支持具有不需要保护时间的时间间隙的重复次数。在这种情况下，UE基于预定义的重复次数将上行链路发送和下行链路接收推迟或打孔，而无需考虑附加保护时间或保护子帧。
方法4-4：如果不为对应重复次数确保保护时间，则将增强前导码的最后重复打孔 或丢弃
当仅支持传统前导码的传统UE和增强UE共存时，方法4-1、4-2和4-3可引起关于向后兼容性的问题。由于仅支持传统前导码的传统UE不知道是否应用方法4-1、4-2和4-3，所以传统UE可能不知道广播的NPRACH资源之后的保护时间的存在，因此可能不执行诸如推迟或打孔的操作。根据增强前导码操作的UE可能不确保保护时间，因此在增强前导码的最后重复与下一子帧的UL或DL数据之间可能发生冲突。为了解决该问题，增强前导码的最后重复可被丢弃或打孔以确保保护时间。
方法4-4在于当发送增强前导码的UE没有确保所需保护时间时，允许与传统UE中相同的重复次数，同时丢弃增强前导码的最后重复或将其打孔所需保护时间。在方法4-4中，可允许与传统UE中相同的重复次数，并且配置所允许的重复次数之一，并且指示所配置的次数的配置信息被广播给UE。当执行打孔时，考虑所需保护时间和自然生成的时间间隙，增强前导码的最后重复的最后部分被至少打孔(保护时间-时间间隙)。
如果重复足够，则打孔或丢弃最后重复可能在前导码传输性能方面没有差别。然而，如果重复次数较小，则可能影响前导码传输性能。例如，如果重复次数＝{1,2,4}，即，如果重复次数为1、2或4之一，当最后重复被打孔或丢弃时，前导码的符号能量可能没有足够地累积，因此发生传输错误的概率可增加。8也对应于小重复次数。然而，当应用8作为重复次数时，最后重复既不被丢弃也不被打孔，因为自然生成的时间间隙大于保护时间。为了解决如上所述重复次数较小时引起的问题，原始配置的重复次数的次高重复级别(或次数)可被指示和配置给UE，并且UE可将方法4-4应用于所配置的重复级别(或次数)以丢弃或发送增强前导码的最后重复。
例如，参照表3，当重复次数被确定为1时，2可被配置为UE的次高重复次数，并且UE可应用方法4-4以丢弃第二重复或将第二重复中与下一子帧对应的200us部分打孔。作为另一示例，参照表3，当重复次数被确定为2时，4可被配置为UE的次高重复次数，并且UE可应用方法4-4以丢弃第四重复或将第四重复中与下一子帧对应的400us部分打孔。作为另一示例，参照表3，当重复次数被确定为4时，8可被配置为UE的次高重复次数，并且最后重复传输不被丢弃/打孔，因为当重复执行8次时到下一子帧的时间间隙大于所需保护时间。
图14示出根据本公开的随机接入过程。尽管从UE的角度描述图14的方法，但与UE的操作对应的操作可由基站执行。
在步骤S1402中，UE可接收NPRACH配置信息。NPRACH配置信息可通过高层信号(例如，RRC层信号)或系统信息(例如，SIB2)接收。NPRACH配置信息可包括本公开的方法3中提出的信息。UE可如方法3中所述基于所接收的NPRACH配置信息来配置NPRACH资源。另选地，在步骤S1402中，NPRACH配置信息可按照与传统UE相同的方式来配置。
在步骤S1404中，UE可基于所接收的NPRACH配置信息来生成并发送NPRACH前导码或信号。在步骤S1402中，本公开的方法1、2和4可独立地或组合应用。
作为示例，NPRACH前导码或信号可根据本公开的方法1来生成，并且可具有根据结构1-1、结构1-2或结构1-3的前导码格式(例如，参见图8至图10和相关描述)。作为另一示例，NPRACH前导码或信号可根据本公开的方法2来生成并且可具有根据结构2-1、结构2-2或结构2-3的前导码格式(例如，参见图10至图12和相关描述)。
另外地或独立地，可对NPRACH前导码或信号的传输应用保护时间以增强NPRACH范围，并且可基于本公开的方法4-1至4-4中的至少一个来应用保护时间。
在本公开的方法4-4中，提出了增强前导码的最后重复被丢弃或打孔以便确保保护时间。即使当基于符号或符号组执行捕获或打孔时，也可应用方法4-4中所提出的相同原理。当基于符号应用方法4-4时，丢弃或打孔的符号的最小数量可被确定为大于或等于(保护时间-时间间隙)。当基于符号组应用方法4-4时，丢弃或打孔的符号组的最小数量可被确定为大于或等于(保护时间-时间间隙)。
上述方法是本公开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不与其它元素或特征组合的情况下实践。此外，本公开的实施方式可通过将部分元素和/或特征组合来构造。本公开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，所附权利要求中未明确彼此引用的权利要求可作为本公开的实施方式组合呈现，或者在提交申请之后通过后续修改作为新权利要求而被包括。
图15示出适用本公开的基站和用户设备。
参照图15，无线通信系统包括基站(BS，1210)和用户设备(UE，1220)。当无线通信系统包括中继器时，基站或用户设备可由中继器代替。
基站1510包括处理器1512、存储器1514和射频(RF)收发器1516。处理器1512可被配置为具体实现本公开所提出的过程和/或方法。存储器1514连接到处理器1512并存储与处理器1512的操作关联的各种信息。RF收发器1516连接到处理器1512并发送/接收无线电信号。UE 1520包括处理器1522、存储器1524和RF收发器1526。处理器1522可被配置为具体实现本公开所提出的过程和/或方法。存储器1524连接到处理器1522并存储与处理器1522的操作关联的各种信息。RF收发器1526连接到处理器1522并发送/接收无线电信号。
本公开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，本公开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，根据本公开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，可对本公开进行各种修改和变化。因此，本公开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
本公开适用于诸如用户设备(UE)、基站(BS)等的无线通信设备。

Claims (15)

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：
从基站接收窄带物理随机接入信道NPRACH配置信息；以及
基于所接收的NPRACH配置信息来重复地发送NPRACH前导码，
其中，当所述NPRACH前导码的最后重复传输完成的时间与下一子帧之间的时间间隙小于保护时间时，所述NPRACH前导码的所述最后重复传输被丢弃或者被打孔所述NPRACH前导码的所述最后重复传输中的所述保护时间与所述时间间隙之差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述保护时间通过所述NPRACH配置信息来配置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述NPRACH前导码的重复传输次数通过所述NPRACH配置信息来配置。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述重复传输次数被配置为1、2、4、8、16、32、64或128之一，并且
其中，当所述重复传输次数为1、2或4之一时，所述NPRACH前导码的所述重复传输次数被配置为次高重复传输次数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述NPRACH前导码包括四个符号组，并且所述四个符号组中的每一个符号组包括与三个符号对应的循环前缀部分以及与三个符号对应的序列部分。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，对所述四个符号组中的每一个符号组应用符号级加扰。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，对所述四个符号组应用符号组级加扰。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述NPRACH前导码包括四个符号组，并且所述四个符号组中的每一个符号组包括具有三符号持续时间的循环前缀部分以及具有五符号持续时间的序列部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，对所述四个符号组中的每一个符号组应用符号级加扰。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，对所述四个符号组应用符号组级加扰。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述NPRACH前导码的子载波间距被配置为小于或等于1.5千赫兹kHz。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述NPRACH前导码包括四个符号组，并且所述四个符号组中的每一个符号组包括与一个符号对应的循环前缀部分以及与一个符号对应的序列部分。
13.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
接收指示是否对所述NPRACH前导码的所述最后重复传输应用所述保护时间的信息，
其中，当所述信息指示不对所述NPRACH前导码的所述最后重复传输应用所述保护时间并且所述时间间隙小于所述保护时间时，所述NPRACH前导码的所述最后重复传输既不被丢弃也不被打孔。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，当所述信息指示对所述NPRACH前导码的所述最后重复传输应用所述保护时间并且所述时间间隙小于所述保护时间时，所述NPRACH前导码的所述最后重复传输被丢弃或者被打孔所述保护时间与所述时间间隙之差。
15.一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：
从基站接收窄带物理随机接入信道NPRACH配置信息，并且
基于所接收的NPRACH配置信息来重复地发送NPRACH前导码，
其中，当所述NPRACH前导码的最后重复传输完成的时间与下一子帧之间的时间间隙小于保护时间时，所述NPRACH前导码的所述最后重复传输被丢弃或者被打孔所述NPRACH前导码的所述最后重复传输中的所述保护时间与所述时间间隙之差。
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