CN113301661A - 一种随机接入退避方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种执行随机接入流程的方法，包括：从0到随机接入前导单元的指定倍数的退避窗口中随机选择退避时间；一直等到退避时间初始化的时间到期；重新发送随机接入前导。

Description

一种随机接入退避方法和系统
本申请要求于2016年3月14日递交的发明名称为“一种随机接入退避方法和系统”的第62/308,021号美国临时专利申请案的在先申请优先权，以及于2017年3月7日递交的发明名称为“一种随机接入退避方法和系统”的第15/451,983号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文。
技术领域
本发明大体上涉及数字通信方法和系统，并在特定实施例中涉及一种随机接入退避方法和系统。
背景技术
当用户设备(user equipment，简称UE)最初连接到网络或参与小区间切换时，由UE和实体(比如，演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)和低功率节点(low power node，简称LPN)等)进行随机接入流程，其中UE附着到实体以便与实体建立连接。
发明内容
示例性实施例提供了一种随机接入退避方法和系统。
根据一示例性实施例，提供了一种执行随机接入流程的方法。所述方法包括：用户设备(user equipment，简称UE)从0到随机接入前导单元的指定倍数的退避窗口中随机选择退避时间；UE一直等到退避时间初始化的时间到期；UE重新发送随机接入前导。
指定倍数是多个指定倍数中的一个，并且针对不同持续时间的随机接入前导选择不同的指定倍数。存在多个指定倍数集合，并且根据随机接入前导的持续时间从多个指定倍数集合的一个集合中选择指定倍数。随机接入前导最初在第一载波或第一频带中的一个上进行发送，并且随机接入前导在第二载波或第二频带中的一个上进行重新发送。
所述随机选择退避时间包括：在预定义时段的步骤内选择初始退避时间；在初始退避时间内选择退避时间。所述方法还包括：将随机接入前导分成多个块，其中所述重新发送随机接入前导包括分别发送多个块中的每个块。所述分别发送多个块中的每个块包括：将多个块中的至少一部分块与上行数据信道进行交织。
随机接入前导在网络资源中进行传输，所述网络资源还包括插在所述网络资源之后的间隙，以使得所述网络资源的持续时间和与所述间隙相关联的间隙时间等于子帧持续时间的整数倍。
根据一示例性实施例，提供了一种执行随机接入流程的方法。所述方法包括：演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)根据与参与随机接入流程的UE相关联的随机接入前导单元来确定退避参数值；eNB通过信号来发送退避参数值的指示；eNB根据退避参数值接收随机接入前导。
退避参数值指定了随机接入前导单元的倍数。存在多个指定倍数集合，并且根据随机接入前导的持续时间从多个指定倍数集合的一个集合中选择指定倍数。
所述方法还包括：选择预定义时段的步骤；通过信号来发送预定义时段的步骤的指示。将随机接入前导分成多个块，所述接收随机接入前导包括分别接收多个块中的每个块。所述方法还包括：接收上行数据信道，其中所述上行数据信道与多个块中的至少一部分块相交织。
根据一示例性实施例，提供了一种发送随机接入前导的方法。所述方法包括：UE生成随机接入前导；当每次尝试的物理随机接入信道(physical random access channel，简称PRACH)重复数大于阈值时，UE将随机接入前导分成多个块；UE分别发送多个块中的每个块。
所述分别发送多个块中的每个块包括：将多个块中的至少一部分块与上行数据信道进行交织。根据一示例性实施例，提供了一种存储由至少一个处理器执行的程序的非瞬时性计算机可读介质。所述程序包括用于执行以下操作的指令：从0到随机接入前导单元的指定倍数的退避窗口中随机选择退避时间；一直等到退避时间初始化的时间到期；重新发送随机接入前导。
指定倍数是多个指定倍数中的一个，并且程序包括针对不同持续时间的随机接入前导来使用不同的指定倍数的指令。存在多个指定倍数集合，并且程序包括根据随机接入前导的持续时间从多个指定倍数集合的一个集合中选择指定倍数的指令。程序包括在预定义时段的步骤内选择初始退避时间并在初始退避时间内选择退避时间的指令。程序包括将随机接入前导分为多个块并分别发送多个块中每个块的指令。
通过实施上述实施例，使得在竞争解决中使用的退避窗口可以适用以满足窄带通信系统的扩展的前导持续时间。而固定的退避窗口则不能在不牺牲整体效率的前提下而又有效地处理信道竞争。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1示出了物联网(Internet of Things，简称IoT)通信系统的高层图；
图2示出了使用异构网络(heterogeneous network，简称HetNet)实现的IoT通信系统的示例；
图3示出了随机接入流程的示例；
图4示出了两次重复的NB-PRACH传输的时频图；
图5A示出了说明因退避参数值不够小引起冲突的时频图；
图5B示出了突出不同碰撞概率的网络资源的图；
图6示出了根据本文公开的示例性实施例的持续时间是随机接入前导单元的两倍的退避窗口示例；
图7示出了根据本文公开的示例性实施例的具有分配给不同随机接入前导持续时间的不同退避参数值集合的退避参数值示例的表格；
图8A示出了突出显示根据示例性实施例3的第一示例NB-PRACH操作的时频图；
图8B示出了突出显示根据示例性实施例3的第二示例NB-PRACH操作的时频图；
图8C示出了突出显示根据示例性实施例3的第三示例NB-PRACH操作的时频图；
图8D示出了突出显示根据示例性实施例3的第四示例NB-PRACH操作的时频图；
图9A示出了突出显示根据示例性实施例4的多步退避的第一时频图；
图9B示出了突出显示根据示例性实施例4的多步退避的第二时频图；
图10A和图10B示出了根据本文公开的示例性实施例的将时频资源分配到随机接入信道的示例；
图11A示出了根据本文公开的示例性实施例的用于复用相同覆盖等级的信道的两个频带或PRB的图；
图11B示出了根据本文公开的示例性实施例的至少一个频带或PRB具有未使用的资源时的两个频带或PRB的图；
图11C示出了根据本文公开的示例性实施例的突出基于优先级分配的两个频带或PRB的图；
图11D示出了根据本文公开的示例性实施例的具有各自频带或PRB分配的两个频带或PRB的图；
图12示出了根据本文公开的示例性实施例的突出将长随机接入前导划分为更短部分的时频图；
图13示出了根据本文公开的示例实施例的参与随机接入流程的UE的示例性操作的流程图；
图14示出了根据本文公开的示例性实施例的参与随机接入流程的eNB的示例性操作的流程图；
图15示出了根据本文公开的示例性实施例的突出使用预定间隙时间来将随机接入前导传输与1ms子帧边界对齐的网络资源的图；
图16A示出了根据本文公开的示例性实施例的突出网络资源连续分配的网络资源的第一个图；
图16B示出了根据本文公开的示例性实施例的突出网络资源混合分配的网络资源的第二个图；
图17示出了执行本文所描述方法的示例性处理系统的框图；
图18示出了用于通过电信网络发送和接收信令的收发器的框图。
具体实施方式
下文详细论述当前示例性实施例的制作和使用。但应了解，本发明提供的许多适用发明概念可实施在多种具体环境中。所讨论的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
图1示出了物联网(Internet of Things，简称IoT)通信系统100的高层图。IoT通信系统100包括网络105，其中所述网络105与各种各样的IoT设备相连接。所述IoT设备包括电气设备、物理对象和其他物品，并涉及消费者、工业、汽车、环境、农业、军事、医疗和零售。网络105允许连接和控制IoT设备。网络105可以是任何现有的通信基础设施，例如互联网、私人或公共数据网络等。
图2示出了使用异构网络(heterogeneous network，简称HetNet)实现的IoT通信系统200的示例。HetNet包括规划的网络基础设施，例如3GPP LTE兼容的通信网络，或任何其他标准或非标准的通信网络，其中通信通过以结构化方式部署的实体进行。如图2所示，规划的网络基础设施包括多个演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)，包括具有覆盖区域206的eNB205，具有覆盖区域208的eNB 207以及具有覆盖区域210的eNB 209。HetNet还包括未规划的网络基础设施。未规划的网络基础设施可能包括由HetNet的运营商或HetNet的用户部署的低功率节点(low power node，简称LPN)，以帮助提高覆盖范围和/或整体通信系统的性能。图2中所示的未规划网络基础设施包括多个LPN，包括具有覆盖区域216的LPN215和具有覆盖区域218的LPN 217。如其名称所暗示的，LPN通常以比规划的网络基础设施的eNB更低的功率水平进行发送。eNB和LPN可以被称为小区或传输点。
HetNet服务移动或不移动的IoT设备，例如IoT设备220、IoT设备222和IoT设备224。IoT设备之间功能可能差异很大。例如，如果IoT设备是智能设备，例如智能电话，则IoT设备可以同时与多种服务进行通信、显示多媒体、创建多媒体、参与交互式会话和提供数据等等。在另一示例中，如果IoT设备是比如安全传感器或天气温度之类的传感器，则IoT设备可能被限制为周期性地将其感知读数报告给数据聚合器。无论IoT设备的功能如何，IoT设备都需要能够与通信基础设施(例如，图2中的HetNet)建立连接。
eNB通常也称为3G基站、基站、通信控制器和接入点等，取决于规划的网络基础设施的类型。根据IoT设备的类型，IoT设备通常也被称为用户设备(user equipment，简称UE)、移动台、移动站、终端、用户、订阅户、站点、设备和智能设备等。
可以理解，HetNet可以采用能够与多个IoT设备进行通信的多个eNB。但为了简单起见，仅示出了三个eNB，两个LPN和三个IoT设备。
如先前所讨论的，随机接入流程由UE在最初附着到通信系统时或在参与小区之间的切换时由UE执行。UE参与与通信系统或小区的实体(例如，eNB和LPN等)的随机接入流程。在符合第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)长期演进(LongTerm Evolution，简称LTE)的通信系统中，随机接入流程通常需要UE从多个随机接入前导中选择一个随机接入前导，并向eNB发送所述随机接入前导(该通信系统实体的示例如上所述)，并且eNB向UE分配网络资源以允许UE发起连接请求。如果随机接入流程失败，则UE必须等一段时间之后才能再次尝试。UE等待的时间则称为退避(backoff，简称BO)。
图3示出了随机接入流程300的示例。随机接入流程300涉及由eNB 305和UE 310执行的处理和传输。随机接入流程300的一部分包括UE 310选择随机接入前导，并且向eNB305发送所述随机接入前导。然而，在不止一个UE参与随机接入流程的情况下，不排除会出现下面这种情况：另一个UE选择相同的随机接入前导。当多个UE发送相同的随机接入前导时，会发生前导冲突(事件315)。eNB 305确定退避(backoff，简称BO)参数(框317)，并向UE310发送具有退避参数的随机接入响应(RAR)(事件319)。UE 310根据由eNB 305提供的BO参数执行退避(框321)。一旦完成退避，UE 310就发送随机接入参数(事件323)。
3GPP LTE版本13中引入了3GPP LTE中使用的RACH退避机制，所述RACH退避机制是基于媒体接入控制(media access control，MAC)退避指示(backoff indication，简称BI)。如果需要并且时间允许，则可以考虑对退避机制进行有限的更改，例如将MAC BI大小从4比特位减小到另一个值以及对退避范围作出相应改变。UE从区间[0，退避参数值]中随机均匀地选择退避时间。区间[0，退避参数值]也被称为退避窗口。退避参数值以索引的形式发送到退避参数值表中。表1示出了来自3GPP TS 36.321的退避参数值的表7.2-1，并且表2示出了3GPP LTE物理随机接入信道(physical random access channel，简称PRACH)前导持续时间。
表1：3GPP TS 36.321表7.2-1退避参数值
索引 退避参数值(ms)
0 0
1 10
2 20
3 30
4 40
5 60
6 80
7 120
8 160
9 240
10 320
11 480
12 960
13 预留
14 预留
15 预留
表2：3GPP LTE PRACH前导持续时间
前导格式 持续时间(ms) CP持续时间(μs) 保护时间(μs)
0 1 103.3 96.88
1 2 684.38 515.63
2 2 203.13 196.88
3 3 684.38 715.63
在窄带IoT(narrowband Internet of Things，简称NB-IoT)特别会议和RAN1#84会议上，商定了以下条目：
-在NB-IoT中将使用基于具有3.75kHz子载波间隔的单音传输的NB-PRACH方案；
-每个传输由4个组组成，每个组包括1个循环前缀(cyclic prefix，简称CP)和一个符号组中的5个符号；
-提供了1次，2次，4次，8次，16次，32次，64次和128次NB-PRACH重复，其中eNB能够从8种提供的重复中配置多达3种NB-PRACH重复。表3示出了基于8种提供的重复的可能的前导持续时间。
表3：可能的前导持续时间
Figure BDA0003010047480000061
然而，这些退避参数值和退避时间不再与NB-IoT前导持续时间相匹配。可以看出，在重复的情况下，NB-IoT PRACH前导持续时间甚至比表1中的一些退避参数更长，因此与较长的前导持续时间相比，一些小值是没有意义的。例如，10ms的退避参数值对于有多于一次重复的前导是无用的。
图4示出了两次重复的NB-PRACH传输的时频图400。如前所述，每个NB-PRACH传输由4个组组成，每个组包括1个CP和一个带有5个符号的符号组。在说明性示例中，第一NB-PRACH传输405包括4个组410至416。如图4所示，第二NB-PRACH传输420也包括4个组(420至426)，每个组包括1个CP和具有5个符号的符号组。另外，在NB-PRACH传输之间实现伪随机跳频，其中所述伪随机跳频在图4中表示为第一NB-PRACH传输405与第二NB-PRACH传输420之间的频率差430。然而，每个NB-PRACH传输内的频率资源使用在重复之间保持一致。
应当注意到，与3GPP LTE PRACH前导相比，NB-PRACH前导持续时间可能更长，尤其是在出于提高覆盖的目的而传输大量重复的情况下。此外，NB-PRACH长度也有很大的变化。在一些情况下，例如，重复值较大时，NB-PRACH前导持续时间甚至比3GPP LTE中当前使用的一些退避参数值更长。因此，与较大的NB-PRACH前导持续时间相比，一些较小的后退参数值不具有实际意义。在说明性示例中，对于具有多于1次重复的NB-PRACH前导，10ms的退避参数值是无用的。随机选择的退避时间不匹配当前的NB-PRACH前导持续时间。在另一说明性示例中，根据3GPP LTE退避参数值，如果小区负载不重并且退避参数值被选择为10ms，但随机接入前导具有25.6ms的持续时间(没有间隙时间(gap time，简称GT))，随机接入前导会造成干扰。本文所使用的间隙时间是指没有信号传输时的持续时间。时域中在物理上行共享信道(physical uplink shared channel，简称PUSCH)和PRACH之间插入间隙时间情况下，间隙时间等同于保护时间。
图5A示出了说明因退避参数值不够小引起冲突的时频图500。因退避时间和前导持续时间不匹配而出现RA前导传输之间的冲突。为了讨论，图5A中所示的情况涉及25.6ms的NB-PRACH前导持续时间和10ms的退避参数值。在事件505中，第一UE(UE 1)和第二UE(UE2)在相同的网络资源上发送NB-PRACH前导(UE 1的前导508和UE 2的前导509)，导致前导冲突。两个UE分别随机选择4ms(针对UE 1)和7ms(针对UE 2)的退避时间。因此，在4ms的退避之后，UE 1重新发送其NB-PRACH前导(前导513)(事件510)，并且在7ms的退避之后，UE 2重新发送其NB-PRACH前导(前导514)(事件515)。然而，因为NB-PRACH前导长度是25.6ms，所以在UE2发送其NB-PRACH前导514之前，UE 1不能完成其NB-PRACH前导513的传输，导致另一个前导冲突发生。
使用当前的退避机制，由于前导长度的范围广，长前导持续时间的冲突概率和短前导持续时间的冲突概率之间的差别很大。在说明性示例中，在相同小区负载条件下并且如果退避参数值被设置为960ms，则使用短前导持续时间(例如，12.8ms)的UE接入的机会较多因此冲突概率低，但是使用长前导持续时间(例如，819.2ms)的UE接入的机会较少因此冲突概率高。另外，由于NB-IoT的窄带特性，长前导持续时间可能会阻塞并导致NB PUSCH(NB-PUSCH)传输中的额外延迟。可能需要更改网络资源的分配以减少阻塞问题。
图5B示出了突出不同碰撞概率的网络资源的图550。由于前导长度的范围广，在给定同样的资源单元的情况下，长前导持续时间的冲突概率和短前导持续时间的冲突概率差别很大。图550示出了三种随机接入前导持续时间，其中每种随机接入前导持续时间已经分配了相同大小的资源。在上述机制中，对于相同的小区负载，如果退避窗口的大小固定比如960ms，具有12.8ms等短前导持续时间的UE接入的机会更多，因此冲突概率低；而具有819.2ms等长前导持续时间的UE接入的机会更少，因此冲突概率高。应当注意到，在退避后，冲突和干扰仍然可能发生，因为NB-PRACH前导持续时间变得比对LTE定义的一些退避参数值更长，特别是对于大量的重复。在一些情况下，NB-PRACH前导长度变化很大并且对于不同的前导长度碰撞概率可能不同。
根据一示例性实施例，退避参数值被定义为随机接入前导持续时间(随机接入前导单元)的倍数，以将退避时间与前导持续时间对齐。将退避参数值定义为随机接入前导单元的倍数使得接入机会和冲突概率在不同的随机接入前导持续时间基本保持不变，而不是在时间值中定义退避参数值导致接入机会和冲突概率随着不同的随机接入前导持续时间而变化。示例性实施例包括：
-示例性实施例1：相同的退避参数值集合用于不同的随机接入前导持续时间；
-示例性实施例2：不同的退避参数值集合用于不同的随机接入前导持续时间或重复；
-示例性实施例3：退避参数值和跳频相组合以增加接入机会并降低冲突概率。应当注意到，跳频可以在相同的NB-PRACH频带或物理资源块(physical resource block，简称PRB)内或在不同的NB-PRACH频带或PRB执行；
-示例性实施例4：执行多步退避：
步骤1：退避一段时间；
步骤2：在一段时间内的随机偏移。
下面提供这些示例性实施例的详细讨论。根据一示例性实施例，eNB根据对应的随机接入信道上的负载确定退避参数值。通信系统的技术标准或运营商可以定义可能的退避参数值，例如可能的退避参数值的表格。然而，eNB选择实际退避参数值并基于随机接入信道上的负载来发送给UE。根据一示例性实施例，半静态地执行网络资源分配，基于随机接入负载为NB-PRACH分配网络资源。可以为不同的NB-PRACH信道分配不同数量的网络资源，其中每个随机接入信道与一个NB-PRACH前导格式(例如，持续时间和重复等等)相关。为了减少到NB-PUSCH的时延，长的随机接入前导可能被分成多个部分。根据示例实施例1，退避参数值被指定为随机接入前导单元的倍数，并且不同的随机接入参数持续时间使用相同的退避参数值。UE的退避窗口被定义为退避参数值与随机接入前导单元的乘积，其中随机接入前导单元等于UE的随机接入前导持续时间。因此，不同的UE因随机接入前导持续时间的不同有着不同的随机接入窗口。对于不同的随机接入前导持续时间使用相同的退避参数值使用统一的参数会非常简单。但是，在负载较重的情况下，长随机接入前导持续时间的延迟可能会非常大。退避参数值可以由技术标准或通信系统的操作员来定义。表4显示了一个示例性的退避参数值表。表5示出了单位为毫秒的退避参数值示例和前导持续时间的倍数。
表4：退避参数值示例
Figure BDA0003010047480000081
表5：单位为毫秒的退避参数值示例和前导持续时间的倍数
Figure BDA0003010047480000082
Figure BDA0003010047480000091
退避窗口可以按照与3GPP LTE兼容的通信系统中的退避窗口相同的方式使用，UE从退避窗口内随机选择时间，并且UE等时间到期才重新发送其NB-PRACH前导。
退避窗口可以按照与3GPP LTE兼容的通信系统中的退避窗口相似的方式使用，UE从退避窗口内随机选择一个数，并且UE等这个数乘以随机接入前导单元到期才重新发送其NB-PRACH前导。图6示出了持续时间是随机接入前导单元的两倍的退避窗口示例600。表6示出了具有不同随机接入前导单元的两个UE的退避时间示例。
表6：具有不同随机接入前导单元的两个UE的退避时间示例
前导持续时间(不包含GT) UE选择的退避值 退避时间
UE 1：12.8ms 2 25.6ms
UE 2：25.6ms 3 76.8ms
根据示例性实施例2，退避参数值被指定为随机接入前导单元的倍数，并且不同的退避参数值集合被用于不同的随机接入前导重复。针对不同的随机接入前导重复使用不同的退避前导值集合，从而能够针对不同的随机接入前导持续时间调整不同的退避窗口大小。在一示例中，向长随机接入前导持续时间分配具有小数值的退避参数值集合，而向短随机接入前导持续时间分配具有大数值的退避参数值集合。图7示出了具有分配给不同随机接入前导持续时间的不同退避参数值集合的退避参数值示例的表格700。如图7所示，将包括较小退避参数值的第一退避参数集合705分配给高随机接入前导重复，将包括中等退避参数值的第二退避参数集合710分配给中等随机接入前导重复，并且将包括广范围的退避参数值的第三退避参数集合715分配给低随机接入前导重复。
根据示例性实施例3，将退避参数值指定为随机接入前导单元的倍数，并且基于随机接入前导重复数使用退避窗口大小和跳频的组合。在说明性示例中，非零退避窗口大小和跳频用在具有较小的随机接入前导重复数的情况。在另一说明性示例中，在具有较大的随机接入前导重复数的情况下，不使用退避窗口而使用跳频。
图8A示出了突出显示根据示例性实施例3的第一示例NB-PRACH操作的时频图800。如图8A所示，退避窗口是随机接入前导持续时间的倍数，并且跳频发生在同一频率NB-PRACH频带或PRB内。在NB-IoT中，PRB可能包含多个NB-PRACH频段。图8B示出了突出显示根据示例性实施例3的第二示例NB-PRACH操作的时频图820。如图8B所示，退避窗口是随机接入前导持续时间的倍数，并且跳频发生在不同频率NB-PRACH频段或PRB内。图8A和8B所示的例子可以优选用于具有较小随机接入前导重复数的情况。
图8C示出了突出显示根据示例性实施例3的第三示例NB-PRACH操作的时频图840。如图8C所示，退避窗口持续时间为零(即没有退避)，并且跳频发生在同一频率NB-PRACH频带或PRB内。图8D示出了突出显示根据示例性实施例3的第四示例NB-PRACH操作的时频图860。如图8D所示，退避窗口的持续时间为零，并且跳频发生在不同频率NB-PRACH频带或PRB内。图8C和8D所示的例子可以优选用于具有较大随机接入前导重复数的情况。
根据示例性实施例4，将退避参数值指定为随机接入前导单元的倍数，并且执行多步退避。在说明性示例中，在周期性地分配NB-PRACH资源且每个周期包括分配用于随机接入前导传输的多个时频资源的情况下，两步退避包括：在第一个步骤中，以预定义时段的各个步骤执行退避(时段和时段的各个步骤由eNB或UE确定)。在第二个步骤中，在该时段内选择随机偏移(随机偏移由UE确定)。也可以使用跳频。
图9A示出了突出显示根据示例性实施例4的多步退避的第一时频图900。如图9A所示，分配一些时频资源用于随机接入前导传输，而分配另一些时频资源用于PUSCH传输和间隙时间等。将不同的UE分配在不同的NB-PRACH时段中。在一示例中，分配UE 1具有一个时段的NB-PRACH退避表示UE 1可以在下一个时段内在UE选择的时频资源上重新发送NB-PRACH前导，而分配UE 2具有两个时段的NB-PRACH退避则表示UE2可以在第一次传输之后的第二个时段内在UE选择的时频资源上重新发送NB-PRACH前导。如图9A所示，当随机接入前导较短时，有更多的传输机会，因此UE可以随机选择接入机会用于随机接入前导传输，而对于较长的随机接入前导，机会则较少。图9B示出了突出显示根据示例实施例4的多步退避的第二时频图950。如图9B所示，没有分配资源用于PUSCH传输，分配其他资源用于随机接入前导传输和间隙时间等。
在另一示例性实施例中，将NB-PRACH与LTE的1毫秒子帧边界对齐是有益的。或者，可以在NB-PRACH的末尾插入不同的间隙时间。表7列出了可以在NB-PRACH前导末尾插入的示例性间隙时间。表7中列出的间隙时间仅用于说明。实际的间隙时间可能不同，取决于预期的小区覆盖范围和/或前导持续时间。例如，128次NB-PRACH重复的间隙时间可能分别为266.7μs CP的0.8ms，66.7μs CP的0.2ms。例如，间隙时间可以用于对齐，比如1ms子帧边界。
表7：间隙时间示例
Figure BDA0003010047480000101
或者，在另一示例性实施例中，多个NB-PRACH资源可在TDM复用。每个资源专用于具有相同前导持续时间的一种类型的NB-PRACH。多个分配的NB-PRACH持续时间在时间上聚合并且随后是间隙时间，从而将整个PRACH资源对齐1ms子帧边界。
或者，在另一示例性实施例中，多个NB-PRACH资源可在TDM复用。每个资源专用于具有相同前导持续时间的一种类型的NB-PRACH。多个分配的NB-PRACH持续时间在时间上聚合从而将整个PRACH资源对齐1ms子帧边界。在这种情况下，PRACH后没有间隙时间。例如，持续时间为6.4ms的五个前导可以对齐1ms子帧边界。
根据一示例性实施例，eNB基于随机接入负载来分配用于NB-PRACH的时频资源。eNB可以使用系统信息块(system information block，简称SIB)来发信号通知分配。在说明性示例中，eNB可以为不同的随机接入信道分配不同数量的时频资源，其中每个随机接入信道与随机接入前导格式相关。随机接入信道(即，分配的时频资源)可以在一个NB-PRACH频带或PRB内被时分复用(time division multiplexing，简称TDM)和/或频分复用(frequency division multiplexing，简称FDM)。或者，随机接入信道可以分配在不同的NB-PRACH频带或PRB中。负载可以基于随机接入信道而不是基于小区进行分配。当负载较高时，可能会分配更多的时频资源。
图10A和图10B示出了将时频资源分配到随机接入信道的示例。图10A示出了以FDM方式向随机接入信道分配时频资源的示例1000。图10B示出了以TDM方式向随机接入信道分配时频资源的示例1010。
根据示例实施例，分配给随机接入信道的时频资源与为NB-PUSCH分配的时频资源复用。NB-PUSCH和随机接入信道的复用可以有助于减少长NB-PRACH前导导致的NB-PUSCH的时延。
根据一示例性实施例，在复用NB-PRACH和NB-PUSCH时使用多个频带或PRB。图11A示出了用于复用相同覆盖等级的信道的两个频带或PRB的图1100。在NB-PUSCH和NB-PRACH具有相同覆盖水平(即，它们具有相同的前导持续时间)的情况下，使用例如TDM的方式将信道复用到相同的频带或PRB中。图11B示出了当至少一个频带或PRB具有未使用的资源时两个频带或PRB的图1120。在一个或多个频带或PRB中存在未使用的资源的情况下，可以将未使用的资源分配给NB-PUSCH。图11C示出了突出基于优先级的分配的两个频带或PRB的图1140。在混合复用的情况下，可以根据前导的优先级来进行资源的分配。举例来说，长前导的优先级比短前导的优先级高。图11D示出了具有各自频带或PRB分配的两个频带或PRB的图1160。可以将频带或PRB分别分配给NB-PUSCH和NB-PRACH。如果多于两个频带或PRB可用，则多于一个频带或PRB可以分配给NB-PUSCH或NB-PRACH中的每一个。
根据一示例性实施例，长随机接入前导(具有长持续时间的前导)被分成多个部分。每个部分可以分开调度和传输。由于网络资源未被分配延长的时间量，因此减少随机接入前导的持续时间减少了NB-PUSCH的延迟。每个较短部分可以利用分配给与较短部分具有相同持续时间的整个随机接入前导的退避参数值。图12示出了突出显示将长随机接入前导划分为更短部分的时频图1200。如图1200所示，长随机接入前导被分成两个部分，并且在资源1205和资源1210中被发送。应当注意，为了对齐边界(例如，2ms时隙或4ms子帧边界)，可以在随机访问前导后插入间隙时间。
图13示出了参与随机接入流程的UE的示例性操作1300的流程图。操作1300可以指示当UE参与随机接入流程时UE的操作。
操作1300从UE确定随机接入流程已失败(框1305)开始。例如，如果eNB不对UE发送的随机接入前导作出随机接入响应，则随机接入流程已失败。或者，如果UE从eNB接收到随机接入响应，但所述随机接入响应不是针对所述UE，而是针对发送了相同随机接入前导的另一个UE，则随机接入流程失败。UE从[0，随机接入参数值*随机接入前导单元]范围的退避窗口中选择退避时间(框1310)。随机接入参数值由eNB用信号通知。在一说明性示例中，eNB用信号通知从通信系统的技术标准或运营商规定的随机接入参数值表中使用哪个随机接入参数值的指示。UE一直等到退避时间到期(框1315)。当退避时间到期时，UE重新发送随机接入前导(框1320)。在一些示例性实施例中，随机接入前导被分割成多个块，并且UE发送多个块中的每个块。在一些示例性实施例中，UE将PUSCH与至少一些块交织。
在第一方面，本申请提供了一种执行随机接入流程的方法和系统。所述方法包括：UE从0到随机接入前导单元的指定倍数的退避窗口中随机选择退避时间；UE一直等到退避时间初始化的时间到期；UE重新发送随机接入前导。
根据第一方面的第一个方法实施例，指定倍数是多个指定倍数中的一个，并且针对不同持续时间的随机接入前导选择不同的指定倍数。根据第一方面或第一方面的任一实施例的第二个方法实施例，存在多个指定倍数集合，并且根据随机接入前导的持续时间从多个指定倍数集合的一个集合中选择指定倍数。根据第一方面或第一方面的任一实施例的第三个方法实施例，随机接入前导最初在第一载波或第一频带中的一个上进行发送，并且随机接入前导在第二载波或第二频带中的一个上进行重新发送。
根据第一方面或第一方面的任一实施例的第四个方法实施例，所述随机选择退避时间包括在预定义时段的步骤内选择初始退避时间，并在初始退避时间内选择退避时间。根据第一方面或第一方面的任一实施例的第五个方法实施例，所述方法还包括：将随机接入前导分成多个块，其中所述重新发送随机接入前导包括分别发送多个块中的每个块。根据第一方面或第一方面的任一实施例的第六个方法实施例，所述分别发送多个块中的每个块包括：将多个块中的至少一部分块与上行数据信道进行交织。根据第一方面或第一方面的任一实施例的第七个方法实施例，随机接入前导在网络资源中进行传输，所述网络资源还包括插在所述网络资源之后的间隙，以使得所述网络资源的持续时间和与所述间隙相关联的间隙时间等于子帧持续时间的整数倍。
在第二方面，本申请提供了一种发送随机接入前导的方法和系统。所述方法包括：UE生成随机接入前导；当每次尝试的物理随机接入信道(physical random accesschannel，简称PRACH)重复数大于阈值时，UE将随机接入前导分成多个块；UE分别发送多个块中的每个块。根据第二方面的第一个方法实施例，所述分别发送多个块中的每个块包括：将多个块中的至少一部分块与上行数据信道进行交织。
图14示出了参与随机接入流程的eNB的示例性操作1400的流程图。操作1400可以指示当eNB参与随机接入流程时eNB的操作。
操作1400从eNB确定退避参数值(框1405)开始。退避参数值被指定为UE的随机接入前导单元(例如，随机接入前导持续时间)的倍数。在一说明性示例中，同一退避参数值集合被用于所有随机接入前导单元。在另一个说明性示例中，针对不同的随机接入前导持续时间使用不同的退避参数值集合。在又一个说明性示例中，除了基于随机接入参数单元的退避参数值之外，还使用了跳频。再又一个说明性示例中，使用了多步退避，其中指定退避的时段，并且该时段内的偏移是指定的或者可由UE选择的。eNB向UE发送退避参数值或其指示(框1410)。eNB根据退避参数值接收随机接入前导(框1415)。
在第三方面，本申请提供了一种执行随机接入流程的方法和系统。所述方法包括：eNB根据与参与随机接入流程的UE相关联的随机接入前导单元来确定退避参数值；eNB通过信号来发送退避参数值的指示；eNB根据退避参数值接收随机接入前导。
根据第三方面的第一个方法实施例，退避参数值指定了随机接入前导单元的倍数。根据第三方面或第三方面的任何一个实施例的第二个方法实施例，存在多个指定倍数集合，并且根据随机接入前导的持续时间从多个指定倍数集合的一个集合中选择指定倍数。根据第三方面或第三方面的任一实施例的第三个方法实施例，该方法还包括：选择预定义时段的步骤；通过信号来发送预定义时段的步骤的指示。
根据第三方面或第三方面的任一实施例的第四个方法实施例，将随机接入前导分成多个块，所述接收随机接入前导包括分别接收多个块中的每个块。根据第三方面或第三方面的任一实施例的第五个方法实施例，所述方法还包括接收与所述多个块中的至少一部分块交织的上行数据信道。
为了处理由不匹配的退避参数值所引起的可能的冲突问题，将退避时间定义为基本时间单位的倍数，其中所述单位可以等于前导持续时间。从RAN1方面来看，问题在于前导持续时间(不考虑GT)不与15kHz子载波间隔的1ms子帧的子帧边界和3.75kHz子载波间隔的4ms子帧的子帧边界对齐，这可能增加调度复杂度。根据一示例性实施例，一种解决方案是插入间隙时间。以下是两个例子：
-示例A：在随机接入前导后添加可变长度的间隙时间，以将每个随机接入前导传输资源与子帧边界对齐。如上表3所示，随机接入前导的持续时间和子帧边界之间的间隙是不同的。可能存在有四种间隙时间，例如{0.2ms，0.4ms，0.6ms，0.8ms}，这些间隙时间可以用于将随机接入前导与1ms子帧边界对齐。但是，其中一些间隙时间会导致不必要的开销。
-示例B：在若干随机接入前导传输资源后添加预定长度的间隔时间，以将若干随机接入前导传输资源与子帧边界对齐。这种方法是通过TDM复用不同前导持续时间的资源；可以在若干随机接入前导传输资源后添加预定间隔时间(例如，0.2ms)。因此累计时间可以与1ms子帧边界对齐。图15示出了突出使用预定间隙时间来将随机接入前导传输与1ms子帧边界对齐的网络资源的图1500。
根据另一示例性实施例，一种解决方案是在没有间隙时间的情况下捆绑多个随机接入前导传输，并使用资源模式来调度随机接入前导传输。在该解决方案中，假设存在用于随机接入传输的专用频带，并且eNB不会在该频带中调度NB-PUSCH。因此不需要GT。通过TDM对与不同前导持续时间相对应的多个随机接入前导传输资源进行复用。图16A示出了突出网络资源连续分配的网络资源的第一个图1600。图16B示出了突出显示网络资源混合分配的网络资源的第二个图1650。
提议1：考虑以上解决方案将PRACH信道与NB-IoT子帧边界对齐。为了处理不同PRACH前导格式之间可能的不平衡冲突概率，可以采用PRACH的半静态资源分配。首先，可以定义随机接入信道负载指示而不是当前小区负载。也就是说，负载是基于每个随机接入信道。每个随机接入信道与一个前导格式有关。当负载很重时，可能会分配更多的资源。因此，eNB可以基于随机接入信道负载为不同的随机接入信道分配不同数量的资源，其中可以由SIB携带资源分配信息。
提议2：考虑基于随机接入信道负载进行半静态资源分配，以平衡针对不同前导格式的不同随机接入信道中的冲突概率。
图17示出了用于执行本文所描述方法的示例处理系统1700的框图，其中所述处理系统1700可以安装在主机设备中。如图所示，处理系统1700包括处理器1704、存储器1706和接口1710至1714，它们可以(或可以不)如图17所示排列。处理器1704可以是用于执行计算和/或其它处理相关任务的任何组件或组件的集合，存储器1706可以是用于存储程序和/或指令以供处理器1704执行的任何组件或组件的集合。在一实施例中，存储器1706包括非瞬时性计算机可读介质。接口1710、1712和1714可以是任何允许处理系统1700与其它设备/组件和/或用户通信的组件或组件的集合。例如，接口1710、1712和1714中的一个或多个可以用于将数据、控制或管理消息从处理器1704传送到安装在主机设备和/或远端设备上的应用。作为另一示例，接口1710、1712和1714中的一个或多个可以用于允许用户或用户设备(例如，个人计算机(personal computer，简称PC)等)与处理系统1700进行交互/通信。处理系统1700可以包括图17中未示出的附加组件，例如，长期存储器(例如，非易失性存储器等)。
在一些实施例中，处理系统1700包括在接入电信网络或另外作为电信网络的部件的网络设备中。在一个实例中，处理系统1700处于无线或有线电信网络中的网络侧设备中，例如基站、中继站、调度器、控制器、网关、路由器、应用程序服务器，或电信网络中的任何其它设备。在其它实施例中，处理系统1700处于接入无线或有线电信网络的用户侧设备中，例如，用于接入电信网络的移动台、用户设备(user equipment，简称UE)、个人计算机(personal computer，简称PC)、平板电脑、可穿戴通信设备(例如，智能手表等)或任意其它设备。
在一些实施例中，接口1710、1712和1714中的一个或多个连接处理系统1700和用于通过电信网络传输和接收信令的收发器。图18示出了用于通过电信网络发送和接收信令的收发器1800的框图。收发器1800可以安装在主机设备中。如图所示，收发器1800包括网络侧接口1802、耦合器1804、发送器1806、接收器1808、信号处理器1810以及设备侧接口1812。网络侧接口1802可以包括任何用于通过无线或有线电信网络传输或接收信令的组件或组件的集合。耦合器1804可以包括任何有利于通过网络侧接口1802进行双向通信的组件或组件的集合。发送器1806可以包括任何用于将基带信号转化为可通过网络侧接口1802传输的调制载波信号的组件(例如上变频器和功率放大器等)或组件的集合。接收器1808可以包括任何用于将通过网络侧接口1802接收的载波信号转化为基带信号的组件(例如下变频器和低噪声放大器等)或组件的集合。信号处理器1810可以包括任何用于将基带信号转换成适合通过设备侧接口1812传送的数据信号或将数据信号转换成适合通过设备侧接口1812传送的基带信号的组件或组件的集合。设备侧接口1812可以包括任何用于在信号处理器1810和主机设备内的组件(例如，处理系统1700、局域网(local area network，简称LAN)端口等)之间传送数据信号的组件或组件的集合。
收发器1800可通过任意类型的通信媒介传输和接收信令。在一些实施例中，收发器1800通过无线媒介传输和接收信令。例如，收发器1800可以为用于根据无线电信协议进行通信的无线收发器，比如蜂窝协议(例如长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)协议等)、无线局域网(wireless local area network，简称WLAN)协议(例如Wi-Fi协议等)或任意其它类型的无线协议(例如蓝牙协议、近距离通讯(near field communication，简称NFC)协议等)。在此类实施例中，网络侧接口1802包括一个或多个天线/辐射元件。例如，网络侧接口1802可以包括单个天线，多个单独的天线，或用于多层通信，例如单收多发(single-input multiple-output，简称SIMO)、多输入单输出(multiple-input-single-output，简称MISO)、多输入多输出(multiple-input multiple-output，简称MIMO)等的多天线阵列。在其他实施例中，收发器1600通过有线介质例如双绞线电缆、同轴电缆、光纤等传输和接收信令。具体的处理系统和/或收发器可以使用示出的全部组件或使用组件的子集，设备的集成程度可能互不相同。
应当理解，此处提供的实施例方法的一个或多个步骤可以由相应的单元或模块执行。例如，信号可以由发送单元或发送模块进行发送。信号可以由接收单元或接收模块进行接收。信号可以由处理单元或处理模块进行处理。其它步骤可以由选择单元/模块、等待单元/模块、确定单元/模块和/或信号单元/模块执行。各个单元/模块可以是硬件、软件或其组合。例如，一个或多个单元/模块可以是集成电路，比如现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，简称FPGA)或专用集成电路(application-specificintegrated circuit，简称ASIC)。
虽然已详细地描述了本发明及其优点，但是应理解，可以在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种改变、替代和更改。

Claims (18)

1.一种执行随机接入流程的方法，应用于用户设备，其特征在于，所述方法包括：
传输随机接入前导作为随机接入流程的一部分；
所述用户设备确定随机接入过程失败之后，从0到随机接入前导单元的指定倍数的退避窗口中随机选择退避时间，所述随机接入前导单元是随机接入前导持续时间；
一直等到退避时间到期；
在所述退避时间到期后发送随机接入前导。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，指定倍数是多个指定倍数中的一个，并且针对不同持续时间的随机接入前导选择不同的指定倍数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，存在多个指定倍数集合，并且根据随机接入前导的持续时间从多个指定倍数集合的一个集合中选择指定倍数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，随机接入前导最初在第一载波或第一频带中的一个上进行发送，并且随机接入前导在第二载波或第二频带中的一个上进行重新发送。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机选择退避时间包括：
在预定义时段的步骤内选择初始退避时间；
在初始退避时间内选择退避时间。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将第二随机接入前导分成多个块，其中所述发送第二随机接入前导包括分别发送多个块中的每个块。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分别发送多个块中的每个块包括：将多个块中的至少一部分块与上行数据信道进行交织。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个随机接入前导在网络资源中进行传输，所述网络资源还包括插在所述网络资源之后的间隙，以使得所述网络资源的持续时间和与所述间隙相关联的间隙时间等于子帧持续时间的整数倍。
9.一种执行随机接入流程的方法，应用于基站，其特征在于，所述方法包括：
根据与参与随机接入流程的用户设备相关联的随机接入前导单元的倍数来确定退避参数值，所述随机接入前导单元是随机接入前导持续时间；
通过信号来发送退避参数值的指示；
根据退避参数值接收随机接入前导。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，退避参数值指定了随机接入前导单元的倍数。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，存在多个指定倍数集合，并且根据随机接入前导的持续时间从多个指定倍数集合的一个集合中选择指定倍数。
12.如权利要求9所述的方法，还包括：
选择预定义时段的步骤；
通过信号来发送预定义时段的步骤的指示。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将随机接入前导分成多个块，所述接收随机接入前导包括分别接收多个块中的每个块。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：接收上行数据信道，其中所述上行数据信道与多个块中的至少一部分块相交织。
15.一种存储由至少一个处理器执行的程序的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述程序包括用于执行如权利要求1-8任一所述的方法的指令。
16.一种存储由至少一个处理器执行的程序的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述程序包括用于执行如权利要求9-14任一所述的方法的指令。
17.一种用户设备，其特征在于，包括：
包括指令的存储器，与存储器通信的一个或多个处理器，其中，所述一个或多个处理器执行所述指令来执行如权利要求1-8任一所述的方法。
18.演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)，其特征在于，包括：
包括指令的存储器，与存储器通信的一个或多个处理器，其中，所述一个或多个处理器执行所述指令来执行如权利要求9-14任一所述的方法。
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