CN109076500A - 用于建立预定义的物理信道上的传输的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种方法(900a、900b)，用于建立预定义的物理信道上的数据传输，该方法包括：基站广播预定义的物理信道的配置信息，其中，该配置信息(914)包括物理资源分配和发送参数；用户设备UE(101、102)通过下行广播信道(912、913)从该基站BS(103)接收(910，a)该配置信息(914)；该UE(101、102)基于所接收到的配置信息(914)和该UE(101、102)的给定能力，确定(910，b)该UE(101、102)是否有发送资格；以及若该UE(101、102)有发送资格(503)，则该UE(101、102)在该预定义的物理信道(701、702、703、801、803)内选择(920，c)该物理资源的子集，并在所选择的该物理资源的子集上向该BS(103)发送上行数据(921、923)。

Description

用于建立预定义的物理信道上的传输的方法和设备

技术领域

本公开涉及一种用于在移动无线通信网络中建立预定义的物理信道上的传输的方法和设备，尤其用于用户设备(UE)发起的数据连接。本公开还涉及用于免授权和无定时调整(TA)传输的随机接入过程。

背景技术

在如图1所示的移动无线通信网络100中，UE 101、102在向基站(BS)103发送上行数据之前进行所谓的无线接入过程。在此过程中，为了实现同步和/或调度，UE 101、102与BS 103交换若干信令消息。

根据下一代移动网络(NGMN)5G白皮书(2015年2月)，下一波移动通信旨在调动工业和工业进程以使其自动化，这被广泛称为机器类型通信。可以预见，接入移动无线电网络的设备的数量将大幅增加。此外，机器类型设备在功耗、延迟和吞吐量等方面的要求不同。这给下一代移动无线网络带来了新的挑战。

现有技术的随机接入过程旨在建立同步的正交数据传输。首先，使用与信号从UE101、102到达BS 103所花费的时间相对应的定时提前量121、122获得上行同步。BS 103向UE101、102通知其定时提前量121、122，以便调整其定时111、112，使得来自所有UE 101、102的信号在BS 103处对准。图1示出了这一过程。当上行传输定时111、112与BS定时113同步之后，BS 103向每个UE 101、102授予资源201、202的一部分211、212，并确保用于不同UE 101、102的资源211、212是彼此正交的(如图2所示)。最后，可以进行数据传输。

这种随机接入方案存在以下两方面的缺点：对于大数据包的传输，可以忽略随机接入过程所需要的信令开销，然而，对于机器类型设备生成的小数据包的传输，这种信令开销就变得十分重要。此外，随着设备数量的增加，随机接入过程可能会对网络产生巨大的业务负载。因为不同UE的定时失准实际上是电磁信号从基站103传输到UE 101、102的传播时延，且UE以高速移动，所以同步丢失的概率更高。在高速场景中，需要更频繁地进行随机接入过程，这就导致了很大的信令开销。

因此，需要一种允许异步非正交接入(即无TA和免授权)的新的随机接入过程。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于移动无线通信的改进的随机接入过程，具体用于高速通信环境和机器类型通信场景。

该目标通过独立权利要求的特征实现。根据从属权利要求、说明书和附图，进一步的实现方式是显而易见的。

本发明的基本思想是提供一种允许无TA和免授权传输的新型随机接入过程。定时调整是以开环或“应要求(on request)”的方式进行的。新方法简化了现有的随机接入过程，并且可以应用于大规模机器类型通信。

典型的应用包括大规模机器类型通信的移动无线电接入，其被描述为不定时发生的低数据速率业务和具有延迟限制的移动无线电服务。

本文中所描述的设备可用于发送和/或接收无线电信号。无线电信号可以是或者可以包括由无线电载波频率在约为3GHz-300GHz的范围内的无线电发射设备(或无线电发射机或发送器)辐射的射频信号。频率范围可对应于用于产生和检测无线电波的交流电信号的频率。

本文中所描述的设备可应用于OFDM和OFDMA系统。OFDM和OFDMA是用于在多个载波频率上编码数字数据的方案。大量紧密间隔的正交子载波信号可用于携带数据。由于子载波的正交性，因此可以抑制子载波之间的串扰。

本文中所描述的设备可以应用于802.11ax系统中。在802.11ax标准开发中，当接入点(AP)或基站(BS)发送触发帧(TF)后，立即应用诸如随机接入(RA)、肯定确认(ACK)、关联请求等控制机制。因此，站点(STA)或用户设备(UE)等待AP来触发它们。一个触发帧之后可以紧跟一个或多个上行(UL)帧，其中，每个UL帧包括由一个或多个UE发送的控制信号。

本文中所描述的设备可以进行随机接入过程。随机接入(RA)是允许客户端类型通信设备通过使用资源请求从接入点(AP)类型通信设备请求用于传输的资源，以及通过另一过程发起与AP的关联过程的过程。也就是说，这种机制通常由需要请求资源的客户端类型通信设备应用。客户端类型通信设备可以实现与特定AP的关联。目前，在802.11ax标准中，在AP发送触发帧(TF)之后立即应用RA。因此，客户端类型通信设备等待AP来触发它们(指示存在随机接入的机会)。一个TF帧之后可以有若干次RA机会。在每一次机会中，客户端可以尝试接入信道。为此，它们互相竞争。

本文中所描述的设备可用于例如根据3GPP TS 36.300(第12版，2014年9月)执行基于竞争300或基于非竞争400的随机接入。LTE中的随机接入过程有两种形式，即允许基于竞争的接入或基于非竞争的接入。在执行这两者中的任一个之前，UE获取与小区的时间和频率同步303，并解码广播信道(BCH)302中的主信息块(MIB)和系统信息块(SIB)301以获得该小区的基本系统信息。

如图3所示，基于竞争300的随机接入过程320包括以下四个步骤：前导码(Preamble)304发送、随机接入响应(RAR)306、层2/层3(L2/L3)消息309和竞争解决消息311。在LTE的前导码发送中，分配专用物理随机接入信道(PRACH)305用于随机接入(RA)前导码304发送。UE选择可用的PRACH基于竞争的前导码中的一个，并在PRACH 305中进行发送。在随机接入响应(RAR)306中，RAR由BS 103在下行共享信道(DL-SCH)307上发送，并通过标识从中检测到前导码的时频隙的ID来寻址。RAR 306还传送定时对准指令，以使来自UE101的后续上行传输321、用于传输步骤3消息的初始上行资源授权和临时小区无线网络临时标识符(C-RNTI)的分配同步。

层2/层3(L2/L3)消息309是上行共享信道(UL-SCH)310上的第一个被调度的上行传输，并使用混合自动重传请求(HARQ)。它传送实际的RA过程消息，例如，RRC连接请求309、跟踪区更新或调度请求。

竞争解决消息311被寻址到C-RNTI或临时的C-RNTI。在接收到该消息312之后，UE101决定是否应该发送肯定确认(ACK)。

当需要低延迟时，例如切换和恢复UE的下行业务时，执行基于非竞争400的随机接入过程420。通过DL中的专用信令402向UE 101分配401专用前导码403，而不是随机选择的RA前导码304。然后，发送305所分配的前导码403。执行基于竞争的(RAR，306)步骤2以获得上行同步407。图4概述了这一过程。

为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩写和标记：

TA：定时调整(Timing Adjustment)

AP：接入点(Access Point)，也称为基站

OFDM：正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

CP-OFDM：循环前缀正交频分复用(Cyclic Prefix Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)

P-OFDM：脉冲整形正交频分复用(Pulse-shaped Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)

TF：触发帧(Trigger Frame)

RA：随机接入(Random Access)

ACK：肯定确认(Acknowledgement)

NACK：否定确认(Non-Acknowledgement)

UL：上行链路(Uplink)

DL：下行链路(Downlink)

MIMO：多输入多输出(Multiple Input Multiple Output)

BS：基站(Base Station)

UE：用户设备(User Equipment)

GF：免授权(Grant-Free)

GFACH：免授权接入信道(Grant-Free Access Channel)

SIB：系统信息块(System Information Block)

MIB：管理信息块(Management Information Block)

LTE：长期演进(Long Term Evolution)

BCH：广播信道(Broadcast Channel)

RAR：随机接入响应(Random Access Response)

ID：标识符(Identifier)

DL-SCH：下行共享信道(Downlink shared channel)

RACH：随机接入信道(Random Access Channel)

PRACH：物理随机接入信道(Physical Random Access Channel)

C-RNTI：小区无线网络临时标识符(Cell Radio Network TemporaryIdentifier)

UL-SCH：上行共享信道(Uplink Shared Channel)

L2/L3：根据OSI模型通信标准的层2/层3

HARQ：混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat Request)

PUSCH：物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel)

BLER：误块率(Block Error Rate)

PRB：物理资源块(Physical Resource Block)，即时频资源

MCS：调制和编码方案(Modulation and Coding Scheme)

SDMA：空分多址接入(Space Division Multiple Access)

SNR：信噪比(Signal to Noise Ratio)

FDD：频分双工(Frequency Division Duplex)

根据第一方面，本发明涉及一种用于建立预定义的物理信道上的数据传输的方法，该方法包括：基站广播预定义的物理信道的配置信息，其中，该配置信息包括物理资源分配和发送参数；用户设备UE通过下行广播信道从该基站BS接收该配置信息；该UE基于所接收到的配置信息和该UE的给定能力，确定该UE是否有发送资格；以及若该UE有发送资格，则该UE在该预定义的物理信道内选择物理资源的子集，并在所选择的该物理资源的子集上向该BS发送上行数据。

通过使用这种传输，可以减少用于在UE和BS之间发起通信的信令消息的数量。因此，该方法提供了一种用于移动无线通信的改进的随机接入过程，并且可被具体应用于高速通信环境和机器类型通信场景。

在根据第一方面的方法的第一种可能的实现方式中，该上行数据包括信令信息和有效载荷数据(payload data)，其中，该有效载荷数据包括该UE的标识符。

这提供了如下优点：当传输信令信息和包括UE标识符的有效载荷数据时，可以减少消息的数量。这可以被有利地应用于高速通信环境和机器类型通信场景中，例如，根据LTE标准。

在同样根据第一方面或根据第一方面的第一种实现方式的方法的第二种可能的实现方式中，该UE确定该UE是否有发送资格包括：对指示该UE是否有发送资格的UE类别标签或UE配置进行评估。

在同样根据第一方面或根据第一方面的前述实现方式中的任一种的方法的第三种可能的实现方式中，该传输包括免授权和无定时提前TA数据传输。

这提供了如下优点：在不等待授权和/或不等待定时提前的情况下，可以更快地建立数据传输，从而实现更高的数据吞吐量。

在同样根据第一方面或根据第一方面的前述实现方式中的任一种的方法的第四种可能的实现方式中，该方法包括：从该BS接收针对所发送的上行数据的反馈信息；若该反馈信息包括肯定确认(ACK)，指示数据发送成功；若该反馈信息包括否定确认(NACK)或者没有接收到反馈，重复在该预定义的物理信道内选择该物理资源的子集并在所选择的该物理资源的子集上发送该上行数据；重复在该预定义的物理信道内随机选择该物理资源的子集并发送该上行数据，直到接收到包括ACK的反馈信息或达到给定的重传次数，具体是该BS配置的重传次数；以及若达到该给定的重传次数，则触发定时调整和同步过程。

这提供了如下优点：通过反馈信息，重传次数可以被有效地控制。因为只重传错误发送的数据，所以使用反馈信息增加了数据吞吐量。因为只重传否定确认的数据，所以传输效率得以提高。由于定义了停止准则，即最大重传次数，触发了用于改善传输的定时调整和同步过程，所以传输效率得到进一步提高。

在同样根据第一方面或根据第一方面的前述实现方式中的任一种的方法的第五种可能的实现方式中，该方法还包括：若定时调整和同步过程被触发，则通过将用于发送该上行数据至该BS的定时提前预定义的时间量，启动开环定时调整；以及使用提前了的向该BS发送该上行数据的符号定时，重复在该预定义的物理信道内随机选择该物理资源的子集并发送该上行数据。

这提供了如下优点：通过将符号定时提前预定义的时间量，允许UE实现与基站的定时的再同步。这提供了进一步的优点：可以用不同的符号定时再次使用免授权和无TA数据传输，这就允许减少用于在UE和BS之间发起通信的信令消息的数量。

在根据第一方面的第四种或第五种实现方式中的任一种的方法的第六种可能的实现方式中，该方法还包括：若该定时调整和同步过程被触发，则通过启动基于竞争的随机接入过程，启动闭环定时调整。

这提供了如下优点：如果出现错误，即当重传次数超过阈值时，该方法可以变成一个不同的基于竞争的随机接入过程，从而提高数据传输的效率。

在同样根据第一方面或根据第一方面的前述实现方式中的任一种的方法的第七种可能的实现方式中，该预定义的物理信道包括允许免授权和无TA上行数据传输的物理资源。

这提供了如下优点：通过使用免授权和无TA数据传输，可以减少用于在UE和BS之间发起通信的信令消息的数量，这加快了数据传输且增加了吞吐量。

在同样根据第一方面或根据第一方面的前述实现方式中的任一种的方法的第八种可能的实现方式中，该配置信息包括该预定义的物理信道的大小以及分配和传输方案，具体是物理资源、调制和编码方案、最大有效载荷大小和允许的重传次数中的至少一个。

这提供了如下优点：该配置非常灵活并且支持许多不同的配置。

根据第二方面，本发明涉及一种用于用户设备UE建立预定义的物理信道上的传输的数据传输设备，该数据传输设备包括：接收模块，用于通过下行广播信道从基站BS接收配置信息，其中，该配置信息包括该预定义的物理信道的物理资源分配和发送参数；确定模块，用于基于所接收到的配置信息和该UE的给定能力确定该UE是否有发送资格；以及发送模块，用于若该UE有发送资格在该预定义的物理信道内选择该物理资源的子集，并在所选择的该物理资源的子集上向该BS发送上行数据。

通过使用这种传输，可以减少用于在UE和BS之间发起通信的信令消息的数量。因此，这种数据传输设备提供了一种用于异步非正交移动无线通信的改进的随机接入过程，并且可被具体应用于高速通信环境和机器类型通信场景中的数据传输。

在根据第二方面的设备的第一种可能的实现方式中，该传输包括免授权和无定时调整TA数据传输。

这提供了如下优点：在不等待授权和/或不等待定时提前的情况下，可以更快地建立数据传输，从而实现更高的数据吞吐量和更低的延迟。

根据第三方面，本发明涉及一种无线电小区，包括：决定模块，用于确定预定义的物理信道的配置信息，其中，该配置信息包括该预定义的物理信道的物理资源分配和发送参数；以及广播传输模块，用于通过下行广播信道将该配置信息广播给至少一个UE，以建立该预定义的物理信道上的与该至少一个UE的数据传输。

该无线电小区可以是用于支持与UE的通信的基站(BS)。可选的，该无线电小区可以是用于支持与UE的设备到设备通信的另一UE。在设备到设备的情况下，下行和上行操作适用于副链路。

这种无线电小区提供了如下优点：通过使用这一传输，可以减少用于在UE和无线电小区之间发起通信的信令消息的数量。因此，这种无线电小区提供了一种用于移动无线通信的改进的随机接入过程，并且可被具体应用于高速通信环境和机器类型通信场景。

在根据第三方面的无线电小区的第一种可能的实现方式中，该预定义的物理信道包括允许免授权和无TA上行数据传输的物理资源。

这提供了如下优点：这种使用免授权和无TA数据传输的无线电小区允许减少用于在UE和无线电小区之间发起通信的信令消息的数量，这加速了数据传输且增加了吞吐量。

根据第四方面，本发明涉及一种传输系统，包括：用户设备(UE)，该UE包括根据第二方面或第二方面权利要求的实现方式的数据传输设备；以及根据第三方面或第三方面的实现方式的无线电小区，其中该传输系统用于建立该预定义的物理信道上的该UE与该无线电小区之间的数据传输。

这种传输系统提供了如下优点：通过使用这一传输，可以减少用于在UE和无线电小区例如BS或其他UE之间发起通信的信令消息的数量。因此，该传输系统提供了一种用于移动无线通信的改进的传输和随机接入过程，并且可被具体应用于高速通信环境和机器类型通信场景。

根据第五方面，本发明涉及一种计算机程序，包括当被在计算机上执行时用于执行根据第一方面或第一方面的实现方式中的任一种的方法的程序代码。

在根据第二方面的设备的第二种可能的实现方式中，该数据传输设备用于若达到给定的重传次数触发定时调整和同步过程。

由于定义了停止准则，即最大重传次数，触发了用于改善传输的定时调整和同步过程，所以传输效率得到提高。

在同样根据第二方面或根据第二方面的实现方式的设备的第三种可能的实现方式中，该设备还包括开环定时调整模块，用于基于触发模块的触发将用于发送该上行数据至该BS的符号定时提前预定义的时间量。

这提供了如下优点：可以用不同的符号定时再次使用免授权和无TA数据传输，这就允许减少用于在UE和BS之间发起通信的信令消息的数量。

在根据第一方面的第六种实现方式的方法的第九种可能的实现方式中，基于竞争的随机接入过程包括：随机选择对应于物理随机接入信道(PRACH)上的传输的前导码。

这提供了如下优点：如果出现严重错误，可以应用前导码选择，这提高了数据传输的效率。

本发明的其他方面涉及允许免授权接入的传输/物理信道；由同步状态触发的定时调整过程；允许免授权和无TA接入的随机接入过程(上述决定模块和定时调整过程的结合)；指定了小区中允许的最大免授权重传次数的参数；以及允许非正交异步多址接入传输的脉冲整形设计。

附图说明

本发明的其他实施例将参照以下附图进行描述，其中：

图1示出了使用定时提前的上行同步100的示意图；

图2示出了正交多址接入200的示例的示意图；

图3示出了基于竞争的随机接入过程300的示意图；

图4示出了基于非竞争的随机接入过程400的示意图；

图5示出了根据一种实现方式的用于建立预定义的物理信道上的传输的方法500的示意图；

图6示出了根据一种实现方式的用于建立预定义的物理信道上的传输的数据传输设备600的框图；

图7示出了根据一种实现方式的包括分配给固定的物理资源701、701、703的免授权接入信道(GFACH)的物理资源700的示意图；

图8示出了根据一种实现方式的包括通过使用动态资源分配被分配给物理资源801、803的GFACH(免授权接入信道)的物理资源800的示意图；

图9示出了根据第一变形的用于执行随机接入过程900a的方法的示意图；

图10示出了根据第二变形的用于执行随机接入过程900b的方法的示意图；

图11示出了用于测试随机接入过程900a和900b的不同示例性脉冲整形的振幅随时间变化的关系图；

图12示出了针对不同OFDM配置的针对SNR的BLER的性能图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了可以实施本公开的具体方面。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它方面并且可以进行结构或逻辑变化。因此，下面的详细描述不应被理解为限制性的，且本公开的范围由所附权利要求限定。

应当理解，结合所描述的方法所做出的论述对于用于执行该方法的对应的设备或系统也可以适用，反之亦然。例如，若描述了特定的方法步骤，则相应的设备可包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使这种单元没有在附图中被明确地描述或示出。此外，应该理解，除非另有特别注明，否则本文中所描述的各种示例性方面的特征可以彼此结合。

图5示出了根据一种实现方式的用于建立预定义的物理信道上的传输的方法500的示意图。

该方法500包括：501，基站广播预定义的物理信道的配置信息，其中，该配置信息包括物理资源分配和发送参数，例如以下结合图9所述。

该方法还包括：502，用户设备UE 101、102通过下行广播信道从基站BS 103接收配置信息。

该方法还包括：503，该UE 101、102基于所接收到的配置信息和UE 101、102的给定能力，确定UE 101、102是否有发送资格。

该方法还包括：504，若该UE 101、102有发送资格503，则该UE 101、102在该预定义的物理信道内选择物理资源的子集，并在所选择的该物理资源的子集上向该BS 103发送上行数据。

该物理资源700、800的子集可以是如下结合图7所述的分配给固定的物理资源的GFACH信道701、702、703，或如下结合图8所述的动态分配给物理资源的GFACH信道801、803。

该传输可以是免授权和/或无定时调整TA数据传输。

该上行数据可包括上行传输块，该上行传输块可包括信令信息和上行有效载荷数据。上行有效载荷数据可包括UE的标识符(ID)。该方法500还可以包括：从该BS接收针对所发送的上行数据的反馈信息；该方法500还可以包括：若该反馈信息包括肯定确认(ACK)，指示数据发送成功；若没有接收到反馈信息或者该反馈信息包括否定确认(NACK)，重复在该预定义的物理信道内选择该物理资源的子集，并重复在所选择的该物理资源的子集上发送该上行数据。

该方法500还可以包括：重复在该预定义的物理信道内随机选择该物理资源的子集并发送该上行数据，直到接收到包括ACK的反馈信息或达到给定的重传次数，具体是该BS配置的重传次数；以及若达到该给定的重传次数，则触发定时调整和同步过程。

该方法500还可以包括：若定时调整和同步过程被触发，则通过将用于发送该上行数据至该BS的符号定时提前预定义的时间量，启动开环定时调整。

该方法500还可以包括：使用提前了的、向该BS发送该上行数据的符号定时，重复在该预定义的物理信道内随机选择该物理资源的子集并发送该上行数据。

该方法500还可以包括：如果该定时调整和同步过程被触发，则通过启动基于竞争的随机接入过程，启动闭环定时调整。该基于竞争的随机接入过程可以包括：随机选择一个对应于物理随机接入信道(PRACH)上传输的前导码。

该预定义的物理信道可以包括允许免授权和无TA上行数据传输的物理资源。该预定义的物理信道可以是如本公开中所介绍的免授权接入信道(GFACH)。该配置信息可以包括该预定义的物理信道的大小或传输方案，具体是物理资源、调制和编码方案、最大有效载荷大小以及允许的重传次数中的至少一个。

图6示出了根据一种实现方式的用于用户设备(UE)建立预定义的物理信道上的传输的数据传输设备600的示意图。该数据传输设备600包括接收模块601、确定模块603以及发送模块605。

接收模块601通过下行广播信道602从基站(BS)接收配置信息604。该配置信息604包括该预定义的物理信道的物理资源分配和发送参数。确定模块603基于所接收到的配置信息604和该UE的给定能力确定该UE是否有发送资格。若该UE有发送资格606，发送模块605在该预定义的物理信道内选择该物理资源的子集，并在所选择的该物理资源的子集上向该BS发送上行数据608。

该传输可以是免授权和/或无TA数据传输。

该数据传输设备600还可以包括触发模块，若达到给定的重传次数，该触发模块可以触发定时调整和同步过程。该数据传输设备600还可以包括开环定时调整模块，该开环定时调整模块可以基于触发模块的触发将用于发送该上行数据至该BS的符号定时提前预定义的时间量。

该数据传输设备600可以执行以上结合图5所述的方法500和以下结合图9和图10所述的方法900a、900b。

该配置信息可以由基站例如以上结合图1所述的BS 103确定。这种基站包括决定模块和广播传输模块。该决定模块确定预定义的物理信道的配置信息604，其中，该配置信息604包括该预定义的物理信道的物理资源分配和发送参数。该广播传输模块通过下行广播信道将该配置信息广播给至少一个UE 101、102，以建立该预定义的物理信道上的与该至少一个UE 101、102的数据传输。该预定义的物理信道可以包括允许免授权和无TA上行数据传输的物理资源。

一种传输系统，例如，如图1所示，包括用户设备UE，该用户设备UE包括如上所述的数据传输设备600和基站103。该传输系统用于建立该预定义的物理信道上的该UE与该BS之间的数据传输。

图7示出了根据一种实现方式的包括分配给固定的物理资源701、701、703的GFACH(免授权接入信道)的物理资源700的示意图。图8示出了根据一种实现方式的、包括通过使用动态资源分配被分配给物理资源801、803的GFACH的物理资源800的示意图。

本公开介绍一种专门用于无TA和免授权传输的传输信道或物理信道。这种信道定义了如何以及使用什么特性通过无线接口传输信息。本文以免授权接入信道(GFACH)这一名称为例。类似GFACH的信道是所提出的随机接入过程的前提条件，且可被定义为系统规范的一部分。被广播给小区中的所有UE的主信息块(MIB)或系统信息块(SIB)可包括小区中的GFACH的配置。

GFACH的配置由以下方面组成：a)资源分配：GFACH的配置在物理资源方面可以是固定的或动态的，如图7和图8所示。对于动态情况，该基站可以根据网络业务确定GFACH的大小或分配。b)发送参数，即调制/编码方案、允许的最大有效载荷大小、最大重传次数R、定时调整间隔等。这些参数可以是半静态的，或基站根据资源分配动态确定的。

如下所述的图9和图10示出了两个随机接入过程900a、900b，其可被应用于实现免授权和无TA上行传输。过程900a、900b均是以上结合图5所述的一般方法500的实现方式。

图9示出了根据第一变形的用于执行随机接入过程900a的方法的示意图。方法900a是以上结合图5所述的方法500的实现方式。该方法900a建立预定义的物理信道701、702、703、801、803上的免授权和无TA数据传输。

该方法900a包括：910，a，用户设备UE 101、102通过下行广播信道912、913从基站BS 103接收配置信息914。该配置信息914包括该预定义的物理信道701、702、703、801、803的物理资源分配和发送参数。

该方法900a还包括：910，b，该UE 101、102基于所接收到的配置信息914和UE 101、102的给定能力，确定UE 101、102是否有免授权和无TA数据传输资格。

该方法900a还包括：920，c，若该UE 101、102有免授权和无TA数据传输资格，则该UE 101、102在该预定义的物理信道701、702、703、801、803内选择物理资源的子集，例如，以上结合图7和图8所述的物理资源701、702、703、801、803的子集，并在所选择的该物理资源的子集上向该BS 103发送上行数据921、923。

该上行数据921、923可以包括上行传输块，该上行传输块包括上行有效载荷数据。

该方法900a还可以包括：从该BS 103接收针对所发送的上行数据921、923的反馈信息927、928。该方法900a还可以包括：若该反馈信息包括肯定确认(ACK)927，指示数据发送成功；以及若该反馈信息包括否定确认(NACK)928或者没有接收到反馈信息，重复920，c，在该预定义的物理信道701、702、703、801、803内随机选择该物理资源的子集，并在所选择的该物理资源的子集上发送该上行数据921、923。

该方法900a还可以包括：930，f，重复920，c，在该预定义的物理信道701、702、703、801、803内随机选择该物理资源的子集并发送该上行数据923，直到接收到包括ACK 927的反馈信息或达到给定的重传次数，具体是该BS 103配置的重传次数。

该方法900a还可以包括：若达到该给定的重传次数，则触发939、959定时调整和同步过程940、960。

该方法900a还可以包括：若定时调整和同步过程940被触发939，则通过将用于发送该上行数据923至该BS 103的符号定时951提前预定义的时间量τ，启动开环定时调整940。

该方法900a还可以包括：930，g，使用提前了的向该BS 103发送该上行数据923的符号定时，重复在该预定义的物理信道701、702、703、801、803内随机选择该物理资源的子集并发送该上行数据923。

初始符号定时951可以是最大重传次数R与传输时间间隔(TTI，即一次传输所需的时间间隔)的乘积。提前了的符号定时951可以是减少了预定义的时间量τ后的初始符号定时951。

该预定义的物理信道701、702、703、801、803可以包括物理资源，例如以下结合图7和图8所述的、允许免授权和无TA上行数据传输的物理时频资源。该预定义的物理信道701、702、703、801、803可以是如本公开所介绍的免授权接入信道(GFACH)。

该配置信息914可以包括该预定义的物理信道701、702、703、801、803的大小或传输方案，例如物理资源，如以上结合图7和图8所述的物理时频资源、调制和编码方案、最大有效载荷大小以及允许的重传次数等。

在下面的部分中描述了方法900a的另一种实现方式。针对这种实现方式，可以假设下行同步和上行定时之间存在失准的情况。

在随机接入过程900a开始之前，建立下行(DL)同步。这包括两个方面，即根据基站的载波频率来调谐UE的载波频率，以及在UE处获取下行定时。由于信号到达小区中不同位置处的所有UE所需的传播时延，UE各自的定时未对准。小区中的UE各自的定时的最大偏差可由小区半径r确定，更精确地，可由θ_max＝r/c确定，其中c表示光速。

在无TA传输中，UE 101、102不调整其上行定时，仅根据其各自的定时开始上行传输。因此，基站103处的上行定时失准(又称上行异步)之和可为2θ_max。

在第一步骤910，a中，UE 101、102建立到主小区的下行同步，并通过解码广播信道912、913获得GFACH配置信息914。该配置信息914可以包括GFACH资源分配和发送参数。

在第二步骤910，b中，在UL数据到达时，UE 101、102检查诸如UE能力、服务类型、业务延迟要求、有效载荷大小和GFACH在当前小区中的可用性等条件，并确定是否可以进行无TA和免授权传输。如果UE支持具有某种预定义要求的单一服务类型(例如传感器)，可以直接开始无TA和免授权传输。

在第三步骤920，c中，UE 101、102在所选择的资源，例如在GFACH 701、702、703、801、803中随机选择的资源上启动无TA免授权传输。传输块921、923由数据有效载荷组成。假定某个UE标识符包括在有效载荷中。

在第四步骤920，d中，BS 103解码物理HARQ指示信道(PHICH)上的所接收到的GFACH传输块921、923和反馈ACK 927或NACK 928。如果BS不能解码，则不发送反馈消息。

在第五步骤930，f中，如果UE 102接收到ACK 927，则成功完成无TA和免授权传输。如果UE接收到NACK 928，930，重复步骤910，b和920，c，直到接收到ACK 927或达到最大重传次数R。

当免授权传输失败R次时，UE 101假定自己不同步，并通过将其符号定时951提前预定义的量τ，触发939开环定时调整940。再次执行步骤920，c和步骤920，d。

图10示出了说明根据第二变形的用于执行随机接入过程900b的方法的示意图。

步骤910，a、步骤910，b、步骤920，c、步骤920，d、步骤920，e和步骤930，f在结合图9所述的变形1中保持不变。然而，当GF传输失败R次时，激活闭环TA过程960。

因此，该方法900b还可以包括：若该定时调整和同步过程960被触发959，则通过启动基于竞争的随机接入过程960，g，启动闭环定时调整960。该基于竞争的随机接入过程960，g可以包括：随机选择一个对应于物理随机接入信道(PRACH)962上的传输的前导码961。基于竞争的随机接入过程960可以对应于如上结合图3所述的过程300。

针对变形900a和900b，重传次数R可以是由基站确定的参数。该基站可以根据其GFACH上的业务负载调整该参数。

图11示出了说明用于测试随机接入过程900a和900b的不同示例性脉冲整形的振幅随时间变化的关系图1100。第一脉冲1101是长脉冲示例。第二脉冲1102是CP-OFDM发射脉冲。第三脉冲1103是CP-OFDM接收脉冲。

LTE中上行同步的要求是由物理层采用的波形设计实际确定的，即循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)。CP-OFDM系统能够适应CP范围内的时间失准，尽管CP被设计为主要用于对抗信道时间扩散。由于CP越长，系统频谱效率越低，所以设计了典型的CP-OFDM系统，使得最大过度延迟扩展可以被CP完全覆盖，同时使得在传输开始前获取精确的符号定时。

为了支持免授权和无TA接入，就需要允许异步上行传输的新的波形。在这个示例中，脉冲整形OFDM(P-OFDM)被认为是物理层技术。给定脉冲整形作为附加的自由度，该系统可以适应相应的场景。例如，通过在时域中延长脉冲持续时间，脉冲整形OFDM系统变得更为稳健，从而防止定时同步误差。在这个示例中，采用了脉冲整形，并通过使用所公开的随机接入过程评估链路级性能和系统级性能。

图12示出了说明针对不同OFDM配置的针对SNR的误块率(BLER)的性能图1200。第一曲线1201示出了脉冲整形OFDM MCS25配置的BLER与SNR的性能。第二曲线1202示出了OFDM MCS25配置的BLER与SNR的性能。第三曲线1203示出了脉冲整形OFDM MCS16配置的BLER与SNR的性能。第四曲线1204示出了OFDM MCS16配置的BLER与SNR的性能。第五曲线1205示出了脉冲整形OFDM MCS9配置的BLER与SNR的性能。第六曲线1206示出了OFDM MCS9配置的BLER与SNR的性能。第七曲线1207示出了脉冲整形OFDM MCS4配置的BLER与SNR的性能。第八曲线1208示出了OFDM MCS4配置的BLER与SNR的性能。

用于CP-OFDM的LTE的数字方案被使用，且其针对脉冲整形OFDM具有相同频谱效率。同时，用于均衡和信道估计的导频结构、收发器算法对于两个OFDM方案保持相同。详细的模拟参数设置在表1中给出。

表1：模拟参数

考虑两个UE同时访问相同的频率资源的非正交多址接入场景。在UE侧使用单个天线并在BS站点侧使用两个天线，即空分多址(SDMA)配置。误块率(BLER)结果在图12中示出。

给定CP长度为4.7μs，则不能完全适应高达13.3μs的定时失准。由于脉冲整形OFDM系统中的符号是用图11中所示的长脉冲1101整形的，所以每个符号的长度延伸为CP-OFDM中符号的四倍。这就导致所有模拟的MCS对抗定时失准的鲁棒性更强。

作为性能基线，考虑使用正交设计，即仅允许单个UE访问一个资源块的5MHz带宽的现有技术中的LET FDD设置。为了比较，考虑基于CP-OFDM和P-OFDM的物理层。对于这两种情况，都允许免授权和无TA传输。在接收器侧，采用允许四次过载的增强型接收机设计。模拟了三种移动设置，即3km/h、12km/h和30km/h。对最大连接次数、首次免授权连接成功率以及网络连接次数的结果进行评估。

表2一次免授权接入的系统级模拟结果

在表2中，可以观察到具有非正交接入的P-OFDM为所有三种移动场景提供了更高的一次成功率。在中高速(30km/h)情况下，增益更加明显。相应的，首次连接成功的次数是现有技术中的正交设计的近4倍。进一步的分析表明，与LTE相比，由于有了免授权随机接入，接入延迟可被减少18ms。

本公开还支持一种计算机程序产品，包括当被执行时使至少一个计算机执行本文中所述的执行和计算步骤的计算机可执行代码或计算机可执行指令，具体是上述方法500、900a和900b的步骤。这种计算机程序产品可以包括其上存储有供计算机使用的程序代码的可读非临时性存储介质。该程序代码可以执行本文中所述的执行和计算步骤，具体是上述方法500、900a和900b。一种计算机程序可以包括当被在计算机上执行时用于执行如上结合图5和图9所述的方法500、900a、900b的程序代码。

虽然本公开的特定特征或方面可能已经仅结合几种实现方式中的一种被公开，这些特征和方面可以与其他实现方式的一个或多个其他特征或方面组合，并且也可以是任何给定或特定的应用所期望和对其有利的。此外，对于具体描述或权利要求中使用的词语：“包括”、“具有”、“有”或它们的其他变形，这些词语旨在以与词语“包括”类似的方式表达包含性意味。同样，词语“示例性”、“例如”和“如”仅仅是作为一种示例，而不是最好或最佳的。可能使用了词语“耦合”和“连接”以及派生词。应当理解，这些词语可以用于指示两个元件彼此合作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。

尽管本文已经图示和描述了特定方面，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，各种可选的和/或同等的实现方式可以替代所示出和描述的具体方面。本申请旨在涵盖本文中所讨论的具体方面的任何修改或变形。

尽管以下权利要求中的元件是通过相应标记按特定的顺序列举的，但除非权利要求陈述还暗示了用于实现部分或全部这些元件的特定顺序，不然这些元件不一定旨在被限制为按该特定的顺序实施。

根据上述教导，许多可选方案、修改和变形对本领域技术人员将是显而易见的。当然，本领域技术人员容易认识到，除了本文所描述的之外，本发明还有许多应用。尽管已经结合一个或多个具体实施例描述了本发明，但本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下可以对其做出很多改变。因此，应当理解，在所附权利要求和其同等形式的范围内，本发明可以通过与本文具体描述的不同的方式实施。

Claims (15)

1.一种用于建立预定义的物理信道上的数据传输的方法(900a、900b)，所述方法包括：

基站BS(103)广播预定义的物理信道的配置信息，其中，所述配置信息(914)包括物理资源分配和发送参数；

用户设备UE(101、102)通过下行广播信道(912、913)从所述基站BS(103)接收(910，a)所述配置信息(914)；

所述UE(101、102)基于所接收到的配置信息(914)和所述UE(101、102)的给定能力，确定(910，b)所述UE(101、102)是否有发送资格；以及

若所述UE(101、102)有发送资格，则所述UE(101、102)在所述预定义的物理信道内选择(920，c)物理资源(701、702、703、801、803)的子集，并在所选择的所述物理资源的子集上向所述BS(103)发送上行数据(921、923)。

2.如权利要求1所述的方法(900a、900b)，

其中，所述上行数据(921、923)包括信令信息和有效载荷数据，其中，所述有效载荷数据包括所述UE的标识符。

3.如权利要求1或2所述的方法(900a、900b)，

其中，所述UE(101、102)确定(910，b)所述UE(101、102)是否有发送资格包括：对指示所述UE是否有发送资格的UE类别标签或UE配置进行评估。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法(900a、900b)，

其中，所述传输包括免授权和无定时调整TA数据传输。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法(900a、900b)，包括：

从所述BS(103)接收针对所发送的上行数据(921、923)的反馈信息(927、928)；

若所述反馈信息包括肯定确认(ACK)(927)，指示数据发送成功；

若所述反馈信息包括否定确认(NACK)(928)或者没有接收到反馈，重复在所述预定义的物理信道(701、702、703、801、803)内选择(920，c)所述物理资源(700、800)的子集并在所选择的所述物理资源的子集上发送所述上行数据(923)；重复(930，f)在所述预定义的物理信道(701、702、703、801、803)内随机选择(920，c)所述物理资源的子集并发送所述上行数据(923)，直到接收到包括ACK(927)的反馈信息或达到给定的重传次数，具体是所述BS(103)配置的重传次数；以及

若达到所述给定的重传次数，则触发(939、959)定时调整和同步过程(940、960)。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法(900a、900b)，包括：

若定时调整和同步过程(940)被触发(939)，则通过将用于发送所述上行数据(923)至所述BS(103)的定时(950)提前预定义的时间量(τ)，启动开环定时调整(940)；以及

使用提前了的向所述BS(103)发送所述上行数据(923)的符号定时，重复(930，f)在所述预定义的物理信道(701、702、703、801、803)内随机选择所述物理资源的子集并发送所述上行数据(923)。

7.如权利要求5或6所述的方法(900a、900b)，包括：

若所述定时调整和同步过程(960)被触发(959)，则通过启动基于竞争的随机接入过程(960，g)，启动闭环定时调整(960)。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法(900a、900b)，

其中，所述预定义的物理信道(701、702、703、801、803)包括允许免授权和无TA上行数据传输的物理资源。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法(900a、900b)，

其中，所述配置信息(914)包括所述预定义的物理信道的大小以及分配和传输方案，具体是物理资源(700、800)、调制和编码方案、最大有效载荷大小和允许的重传次数中的至少一个。

10.一种用于用户设备(UE)建立预定义的物理信道上的传输的数据传输设备(600)，所述数据传输设备(600)包括：

接收模块(601)，用于通过下行广播信道(602)从基站BS接收配置信息(604)，其中，所述配置信息(604)包括所述预定义的物理信道的物理资源分配和发送参数；

确定模块(603)，用于基于所接收到的配置信息(604)和所述UE的给定能力确定所述UE是否有发送资格；以及

发送模块(605)，用于若所述UE有发送资格(606)在所述预定义的物理信道内选择所述物理资源的子集，并在所选择的所述物理资源的子集上向所述BS发送上行数据(608)。

11.如权利要求10所述的数据传输设备(600)，

其中，所述传输包括免授权和无定时调整TA数据传输。

12.一种无线电小区，包括：

决定模块，用于确定预定义的物理信道的配置信息(604)，其中，所述配置信息(604)包括所述预定义的物理信道的物理资源分配和发送参数；以及

广播传输模块，用于通过下行广播信道(912、913)将所述配置信息广播给至少一个UE，以建立所述预定义的物理信道(701、702、703、801、803)上的与所述至少一个UE的数据传输。

13.如权利要求12所述的无线电小区，

其中，所述预定义的物理信道(701、702、703、801、803)包括允许免授权和无TA上行数据传输的物理资源。

14.一种传输系统，包括：

用户设备UE，所述UE包括如权利要求10或11所述的数据传输设备；以及

如权利要求12或13所述的无线电小区，

其中，所述传输系统用于建立所述预定义的物理信道上的所述UE与所述无线电小区之间的数据传输。

15.一种计算机程序，包括当被在计算机上执行时用于执行如权利要求1至9中任一项所述的方法(900a、900b)的程序代码。