执行随机接入过程的方法及其设备与流程
本公开涉及一种无线通信系统。更具体地，本公开涉及一种执行用于有效覆盖增强的随机接入过程的方法及其装置。
背景技术：
当引入新的无线电接入技术(rat)系统时，由于越来越多的通信设备需要更大的通信容量，因此与现有rat相比，需要改进的移动宽带通信。另外，连接到多个设备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，已经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，考虑到增强型移动宽带通信(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，并且为方便起见，这种技术被称为新rat(nr)。
技术实现要素：
技术问题
本公开的目的是提供一种用于在无线通信系统中执行用于有效范围增强的随机接入过程的方法及其装置。
本公开的另一个目的是提供一种用于在无线通信系统中最小化具有不同格式的前导码之间的干扰以及具有相同格式的不同前导码之间的干扰的用于随机接入前导码资源分配和跳频的方法及其设备。
本公开的另一个目的是提供一种用于在无线通信系统中的随机接入前导码之间进行有效跳频的方法及其设备。
本公开的另一个目的是提供一种用于在无线通信系统中的传统前导码和增强型前导码之间进行资源映射和/或共享的方法及其设备。
本领域技术人员将理解，本公开可以实现的目的不限于上文已经具体描述的内容，并且从以下详细说明将更加清楚地理解本公开可以实现的其它目的。
技术方案
在本公开的第一方面中，本文提供了一种用于在无线通信系统中由用户设备执行随机接入过程的方法。该方法可以包括：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配置信息来发送随机接入前导码，其中，用于随机接入前导码的子载波间隔可以被设置为3.75/nkhz，其中n可以是大于或等于3的整数，其中，随机接入前导码可以包括多个符号组，基于跳频发送多个符号组，并且其中，多个符号组之间的跳频距离可以包括在3.75/nkhz和6×3.75khz之间的值。
在本公开的第二方面中，本文提供了一种用于在无线通信系统中执行随机接入过程的用户设备。该用户设备可以包括射频(rf)收发器和可操作地连接到rf收发器的处理器。所述处理器可以被配置为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配置信息来发送随机接入前导码，其中，用于随机接入前导码的子载波间隔可以被设置为3.75/nkhz，其中n可以是大于或等于3的整数，其中，随机接入前导码可以包括多个符号组，基于跳频发送多个符号组，并且其中，多个符号组之间的跳频距离可以包括在3.75/nkhz和6×3.75khz之间的值。
用于随机接入前导码的子载波间隔可以被设置为1.25khz。
nprach资源可以包括36个子载波，其中，可以在36个子载波内执行跳频。
该值可以被设置为3×3.75khz。
多个符号组可以包括符号组0、符号组1、符号组2和符号组3，其中，符号组0和符号组1之间的跳频距离可以被设置为3.75/nkhz，可以将符号组1和符号组2之间的跳频距离设置为该值。
用户设备可以被配置为响应于随机接入前导码来接收随机接入响应消息，其中，可以基于用于第一前导码格式和第二前导码格式的不同随机接入无线电网络临时标识符(ra-rnti)来接收随机接入响应消息。
用户设备可以被配置为响应于随机接入前导码来接收随机接入响应消息，其中，该随机接入响应消息可以具有用于第一前导码格式和第二前导码格式的不同随机接入前导码标识符(rapid)。
有益效果
根据本公开，可以在无线通信系统中在执行随机接入过程时有效地扩大范围。
此外，根据本公开，可以在无线通信系统中使具有不同格式的前导码之间的干扰和具有相同格式的不同前导码之间的干扰最小化。
此外，根据本公开，可以在无线通信系统中的随机接入前导码之间有效地执行跳频。
此外，根据本公开，可以在无线通信系统中实现传统前导码和增强型前导码之间的资源映射和/或共享。
本领域技术人员将理解，本公开可以实现的目的不限于上文已经具体描述的内容，并且从以下详细说明将更加清楚地理解本公开可以实现的其它目的。
附图说明
附图被包括进来以提供对本公开的进一步理解，附图示出了本公开的实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1示出了可以在本公开中使用的无线电帧的结构。
图2示出了可以在本公开中使用的下行链路时隙的资源网格。
图3示出了可以在本公开中使用的下行链路子帧结构。
图4示出了可以在本公开中使用的上行链路子帧结构。
图5示出了随机接入过程。
图6示出了nprach前导码发送方法。
图7示出了上行链路-下行链路定时关系。
图8示出了根据本公开的增强型前导码。
图9至图17示出根据本公开的nprach资源分配和跳频方法。
图18至图20示出根据本公开的随机前导码间跳频方法。
图21示出了根据fdm方案划分用于增强型前导码和传统前导码的nprach资源的示例。
图22示出了用于传统ue的rar消息报头。
图23示出了根据本公开的用于执行随机接入过程的方法的流程图。
图24示出了可应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以应用于多种无线接入技术，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可以通过诸如通用陆地无线电接入网(utran)或cdma2000的无线(或无线电)技术来实现。tdma可以通过诸如全球移动通信系统(gsm)/通用分组无线电业务(gprs)/用于gsm演进的增强数据速率(edge)之类的无线(或无线电)技术来具体实现。ofdma可以通过诸如电气和电子工程师协会(ieee)802.11(wi-fi)、ieee802.16(wimax)、ieee802-20和演进utran(e-utran)等无线(或无线电)技术来具体实现。utran是通用移动电信系统(umts)的一部分。第三代合作伙伴计划(3gpp)长期演进(lte)是使用e-utran的e-umts(演进umts)的一部分。3gpplte-advanced(lte-a)系统是3gpplte的演进版本，而lte-apro系统是3gpplte-a的演进版本。
为了清楚地解释，以下描述集中于3gpplte/lte-a/lte-apro系统。然而，本公开的技术原理不限于此。此外，提供了特定术语以更好地理解本公开。然而，可以在不脱离本公开的技术原理的情况下改变这样的特定术语。例如，本公开可以应用于根据3gpplte/lte-a/lte-apro系统的系统以及根据另一3gpp标准、ieee802.xx标准、3gpp2标准或下一代通信系统(诸如3gpp5g或newrat(nr))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)通信的各种设备。ue可以称为终端、移动台(ms)、移动终端(mt)、用户终端(ut)、订阅站(ss)、无线设备、个人数字助理(pda)、无线调制解调器、手持设备等。在本说明书中，ue可互换地称为终端。
在本说明书中，基站(bs)通常是指执行与ue和/或另一bs的通信并且与ue和另一bs交换各种数据和控制信息的固定站。基站(bs)可以被称为高级基站(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)、发送点(tp)等。在本说明书中，基站(bs)可互换地称为enb或gnb。
在无线接入系统中，用户设备(ue)可以在下行链路(dl)中从基站(bs)接收信息并且在上行链路(ul)中发送信息。ue发送或接收的信息可以包括数据和各种控制信息。另外，根据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通过从基站接收主同步信号(pss)和辅同步信号(sss)来将其定时同步至基站并且获取诸如小区标识符(id)之类的信息。然后，ue可以从基站获取通过物理广播信道(pbch)在小区中广播的系统信息。在初始小区搜索期间，ue可以通过接收下行链路参考信号(dlrs)来监视dl信道状态。
在初始小区搜索之后，ue可以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可以与基站执行随机接入过程。为此，ue可以通过物理随机接入信道(prach)发送前导码，并且可以通过pdcch和与pdcch相关联的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可以另外执行竞争解决过程，该过程包括附加prach的发送以及pdcch信号和与pdcch信号相对应的pdsch信号的接收。
在上述过程之后，在一般ul/dl信号发送过程中，ue可以从基站接收pdcch和/或pdsch，并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包括混合自动重发和请求确认/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通常周期性地通过pucch被发送。但是，如果应该同时发送控制信息和业务数据，则可以通过pusch进行发送。另外，在从网络接收到请求/命令时，可以通过pusch不定期地发送uci。
图1示出了可以在本公开中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，以子帧为单位执行上行链路/下行链路数据分组发送，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示出了类型-1无线电帧的结构。例如，在时域中，下行链路无线电帧包括10个子帧，并且一个子帧包括两个时隙。发送一个子帧所需的时间被称为发送时间间隔(tti)。或者，tti可以指代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。一个时隙包括时域中的多个ofdm符号，并且包括频域中的多个资源块(rb)。在lte(-a)系统中，由于在下行链路中使用ofdm，所以ofdm符号表示一个符号周期。ofdm符号可以被称为sc-fdma符号或符号周期。作为资源分配单元的资源块(rb)可以包括一个时隙中的多个连续子载波。
一个时隙中包括的ofdm符号的数量可以根据循环前缀(cp)的配置而改变。cp包括扩展cp和常规cp。例如，如果ofdm符号由常规cp配置，则一个时隙中包括的ofdm符号的数量可以为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，因此一个时隙中包括的ofdm符号的数量小于在常规cp的情况下的ofdm符号的数量。在扩展cp的情况下，例如，一个时隙中包括的ofdm符号的数量可以是6。在信道状态不稳定的情况下，诸如在ue高速移动的情况下，可以使用扩展cp以便进一步减少符号间干扰。
类型-2无线电帧包括两个半帧，并且每个半帧包括五个子帧、下行链路导频时隙(dwpts)、保护间隔(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的上行链路发送同步。例如，上行链路时隙(例如，uppts)可以用于在基站中发送用于信道估计的探测参考信号(srs)，并且可以发送承载用于上行链路发送同步的随机接入前导码的物理随机接入信道(prach)。gp被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产生的干扰。
上述无线电帧结构仅是示例性的，因此无线电帧中的子帧数量、子帧中的时隙数量或时隙中的符号数量可以以不同的方式变化。
图2示出了可以在本公开中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以包括7个ofdm符号，并且资源块(rb)可以包括在频域中的12个子载波。然而，本公开不限于此。资源网格的每个元素都称为资源元素(re)。一个rb包含12×7个re。dl时隙中的rb的数量ndl取决于下行链路发送带宽。上行链路时隙可以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，因此时隙中包括的符号的数量、资源元素的数量、rb的数量可以以不同的方式变化。
图3示出了可以在本公开中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。其余ofdm符号对应于分配了物理下行链路共享信道(pdsch)的数据区。数据区的基本资源单位是rb。lte(-a)系统中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在子帧的第一个(或起始)ofdm符号上被发送，并且承载与用于在子帧内发送控制信道的ofdm符号的数量有关的信息。pcfich由四个资源元素组(reg)组成，并且每个reg基于小区id均匀地分布在控制区中。一个reg可以包括4个资源元素。pcfich表示1到3(或2到4)的值，并且通过正交相移键控(qpsk)进行调制。phich是上行链路发送的响应，并且承载harqack/nack信号。在由phich持续时间配置的一个或多个ofdm符号中，phich被分配在除了crs和pcfich(第一个ofdm符号)之外的其余reg上。如果可能的话，在频域中，将phich分配给三个reg。以下将在本说明书中提供关于phich的更详细描述。
在子帧的前n个ofdm符号(以下称为控制区)中分配pdcch。在此，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可以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、关于寻呼信道(pch)的寻呼信息、关于dl-sch的系统信息、与上层控制消息的资源分配有关的信息(诸如，在pdsch上发送的随机接入响应)、与任意ue组内的各个ue有关的一组tx功率控制命令、tx功率控制命令、与激活ip语音(voip)有关的信息等。dci格式根据其用途，可选地包括关于如下的信息：跳频标记、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进程数量、已发送的预编码矩阵指示符(tpmi)、预编码矩阵指示符(pmi)确认等。
基站根据要发送到ue的dci来确定pdcch格式，并且将循环冗余校验(crc)附加到控制信息。根据pdcch的所有者或用途，用唯一标识符(称为无线电网络临时标识符(rnti))对crc进行掩蔽。如果pdcch是用于特定ue的，则ue的唯一标识符(例如，小区-rnti(c-rnti))可以被掩蔽至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))可以被掩蔽至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)可以被掩蔽至crc。当pdcch用于随机接入响应时，随机接入rnti(ra-rnti)可以被掩蔽至crc。当pdcch用于上行链路功率控制时，可以使用发送功率控制-rnti(tpc-rnti)，并且tpc-rnti可以包括用于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，可以使用多媒体广播多播服务-rnti(m-rnti)。
将通过pdcch发送的控制信息称为下行链路控制信息(dci)。根据其用途定义各种dci格式。具体而言，定义dci格式0、4(以下称为ul许可)用于上行链路调度，并且dci格式1、1a、1b、1c、1d、2、2a、2b、2c和2d(以下称为dl许可)被定义用于下行链路调度。dci格式根据其用途可选地包括与跳频标志、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进程数、已发送的预编码矩阵指示符(tpmi)、预编码矩阵指示符(pmi)确认等有关的信息。
lte(-a)系统定义了cce位置的有限集合，其中将针对每个ue定位pdcch。ue可以找到ue的pdcch的cce位置的有限集合可以被称为搜索空间(ss)。在lte(-a)系统中，根据每个pdcch格式，搜索空间具有不同的大小。另外，分别定义了ue特定搜索空间和公共搜索空间。基站不向ue提供指示pdcch位于控制区中的哪个位置的信息。因此，ue监视子帧内的一组pdcch候选，并找到其自己的pdcch。术语“监视”是指ue尝试根据各个dci格式对接收到的pdcch进行解码。在搜索空间中对pdcch的监视称为盲解码(或盲检测)。通过盲解码，ue同时执行对发送到ue的pdcch的识别和对通过对应pdcch发送的控制信息的解码。
图4示出了可以在本公开中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)。每个时隙可以包括多个sc-fdma符号，其中，每个时隙中包括的sc-fdma符号的数量根据循环前缀(cp)长度而变化。在一个示例中，在常规cp的情况下，时隙可以包括7个sc-fdma符号。上行链路子帧在频域中被划分为数据区和控制区。数据区包括pusch，并且用于发送包括语音信息的数据信号。控制区包括pucch，并且用于发送上行链路控制信息(uci)。pucch包括位于数据区在频率轴上的两端的rb对(例如，m＝0、1、2、3)，并且在时隙的边界上进行跳频。
图5示出了随机接入过程。
随机接入过程用于在上行链路中发送(短长度)数据。例如，随机接入过程是在rrc_idle状态下的初始接入时、在无线链路故障之后的初始接入时、在要求随机接入过程的切换时、以及在rrc_connected状态期间出现要求随机接入过程的上行链路/下行链路数据时来执行的。使用随机接入过程来发送一些无线电资源控制(rrc)消息，诸如rrc连接请求消息、小区更新消息和ura更新消息。诸如公共控制信道(ccch)、专用控制信道(dcch)或专用业务信道(dtch)之类的逻辑信道可以被映射到传输信道(rach)。传输信道(rach)可以被映射到物理信道(例如，物理随机接入信道(prach))。当uemac层指示ue物理层发送prach时，ue物理层首先选择接入时隙和签名，并在上行链路中发送prach前导码。随机接入过程被划分为基于竞争的过程和基于非竞争的过程。
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)。当从ue接收到随机接入前导码之后，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以用随机接入rnti进行crc掩蔽，并且可以通过l1/l2控制信道(pdcch)被发送。在接收到被ra-rnti掩蔽的下行链路调度信号时，ue可以从物理下行链路共享信道(pdsch)接收和解码随机接入响应消息。此后，ue检查在接收到的随机接入响应消息中是否存在与该ue相对应的随机接入响应信息。可以基于是否存在用于ue已经发送的前导码的随机接入前导码id(raid)来确定是否存在与ue相对应的随机接入响应信息。随机接入响应信息包括指示用于同步的定时偏移信息的定时提前(ta)、在上行链路中使用的无线电资源的分配信息、以及用于用户标识的临时标识(例如，t-crnti)。当接收到随机接入响应信息时，ue根据响应信息中包括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以被称为竞争解决消息，并且可以包括rrc连接建立消息。在ue接收到竞争解决消息之后，ue将连接建立完成消息(称为消息5或msg5)发送到基站(s550)。
在基于非竞争的过程的情况下，基站可以在ue发送随机接入前导码之前向ue分配非竞争随机接入前导码(s510)。可以通过诸如切换命令或pdcch的专用信令来分配非竞争随机接入前导码。在向ue分配了非竞争随机接入前导码的情况下，ue可以以与s510类似的方式将所分配的非竞争随机接入前导码发送至基站。如果基站从ue接收到非竞争随机接入前导码，则基站可以以与s520类似的方式向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，harq可以不被应用于随机接入响应(s520)，但是harq可以被应用至用于随机接入响应的上行链路发送或者用于竞争解决的消息。因此，ue不必须响应于随机接入响应而发送ack/nack。
下一代lte-a系统正在考虑以低成本/低规格配置用户设备(ue)，主要集中于数据通信，诸如测厚仪的计量、水位的测量、监视摄像机的利用、自动售货机的库存报告等。这样的ue即使具有低复杂性并且消耗低功率，也在连接的设备之间提供适当的吞吐量，并且为了方便起见，该ue被称为机器型通信(mtc)ue或物联网(iot)ue，并且ue可以简称为用户设备(ue)。
此外，当下一代系统利用蜂窝网络或第三方网络时，下一代系统可以使用窄带执行通信(或nb-iot通信)。例如，窄带可以是180khz。ue(或nb-iotue)或enb通过在相应区域中复用一个或多个信道来发送单个信道或多个物理信道。另外，即使在桥梁、海底、海上等的信道环境较差的区域中，nb-iotue也可以执行通信。在这种情况下，为了补偿较差的信道环境，nb-iotue可以在特定信道上执行重复发送(例如，在多个tti期间的重复发送)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的区域被更多地减小，以每小时将功率集中在特定资源上。例如，当经由由12个re组成的rb(资源块)发送特定信道时，可以通过将功率分配给特定re而不是以rb为单位的re分配，来将经由整个rb分配的功率集中在特定re上。特别地，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发送方案。nb-iot可以互换地称为蜂窝iot(ciot)。
图6示出了nprach前导码发送方法。nprach前导码是指由lte-apro系统支持的用于nb-iot的prach前导码，并且可以被统称为prach前导码。图6的随机接入符号组可以被称为(n)prach符号组，或者简称为符号组。
nprach前导码可以由四个符号组(符号组0至符号组3)组成，并且每个符号组可以由循环前缀(cp)和序列部分组成，如图6所示。序列部分可以由五个子块组成，每个子块包括相同的符号。例如，同一符号可以具有为1的固定符号值。
可以基于指定时间/频率资源来发送nprach前导码。可以通过nprach配置信息来配置用于发送nprach前导码的时间/频率资源。nprach配置信息可以通过较高层信号(例如，rrc层信号)或系统信息(例如，sib2)被发送到用户设备。nprach配置信息可以包括以下信息：
-指示nprach资源在时域中的周期性的信息(例如，
-指示nprach资源在频域中的第一个子载波的信息(例如，
-指示分配给nprach的子载波的数量的信息(例如，
-指示分配给基于竞争的随机接入的起始子载波的数量的信息(例如，
-指示nprach重复次数的信息(例如，
-指示nprach开始时间的信息(例如，
在时域中，nprach前导码发送可以在满足
可以通过子载波偏移(例如，
[等式1]
在等式1中，nstart表示nprach前导码的开始子载波索引并且由等式2确定。在等式1中，
[等式2]
[等式3]
f(-1)＝0
在等式3中，
[等式4]
[等式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
在等式5中，可以给出nc＝1600并且x1(0)＝1，x1(n)＝0，n＝1，2，..，30。
为了覆盖增强或覆盖扩展，可以重复发送nprach前导码特定次数(例如，图6中为n次)。可以通过较高层信号(例如，rrc层信号)或系统信息(例如，sib2)来配置特定的重复次数。发送组成nprach前导码的四个符号组(符号组0到符号组3)，同时使用等式1至等式5跳到为每个符号组确定的频率位置。以这种方式发送第一nprach前导码之后，可以基于等式1至等式5通过跳频来发送第二nprach前导码的符号组中的每个符号组。使用相同方法，可以将nprach前导码重复发送特定次数(例如，n次)。可以随机地确定被重复发送的每个nprach前导码的第一符号组(即，符号组0)的频率位置。
由于无间隙地发送图6中所示的nprach前导码的符号组，所以保护间隔不应用于nprach前导码。因此，对于图6中所示的nprach前导码，可以考虑cp持续时间而不是保护时间来确定所支持的小区半径。通常，小区半径与往返延迟(rtd)之间的关系可以由(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以由等式6表示。
[等式6]
(小区半径)＝(光速)×(cp持续时间/2)
表1示例性地示出了根据nprach前导码格式的cp持续时间和小区半径的近似值。如表1中示例性地示出的，nprach前导码格式可以包括格式0和格式1。nprach前导码格式可以具有相同的序列长度和不同的cp持续时间。可以通过较高层信号(例如，rrc层信号)或系统信息(例如，sib2)来配置cp持续时间，并且可以根据cp持续时间来确定对应nprach前导码格式。在表1中，“us”表示微秒，“km”表示千米。
[表1]
此外，可以根据小区半径考虑rtd来给出保护时间(gt)。例如，当小区边缘处的ue和小区中心处的ue在同一tti(例如，子帧或时隙)中发送prach前导码时，可以给出保护时间以确保基站可以在相应tti内接收每个ue的prach前导码。通常，由于小区半径与rtd之间的关系可以由(小区半径)＝(光速)×(rtd/2)表示，并且rtd对应于gt，因此小区半径与gt之间的关系可以由等式7表示。
[等式7]
(小区半径)＝(光速)×(gt/2)
表2示例性地示出了根据传统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可以在一个tti(例如，1ms)中被发送，前导码格式1和2可以在两个tti(例如，2ms)中被发送，并且前导码格式3可以在三个tti(例如3ms)中被发送。在这里，“ms”表示毫秒。在表2中，“us”表示微秒，并且“km”表示千米。
[表2]
如表2所示，当前lte系统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需要支持至少相同水平的小区半径。
图7示出了上行链路-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整每个ue的上行链路发送定时。由基站执行的发送定时的管理或调整可以被称为定时提前或定时对齐。
可以通过如上所述的随机接入过程来执行定时提前或定时对齐。在随机接入过程期间，基站可以从ue接收随机接入前导码，并且使用接收到的随机接入前导码来计算定时提前值。可以通过随机接入响应将计算出的定时提前值发送给ue，并且ue可以基于接收到的定时提前值来更新信号发送定时。另选地，基站可以接收从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))并且计算定时提前，并且ue可以基于所计算的定时提前值更新信号发送定时。
如上所述，基站可以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，并且可以向ue通知用于定时对齐的调整值。在这种情况下，用于定时对齐的调整值可以被称为定时提前命令(tac)或定时提前(ta)值。
参照图7，从ue发送上行链路无线电帧i可以在对应下行链路无线电帧开始之前开始(nta+ntaoffset)×ts秒，其中nta可以是0≤nta≤20512，并且对于fdd帧结构，ntaoffset可以是0(ntaoffset＝0)，对于tdd帧结构，ntaoffset是624(ntaoffset＝624)。nta可以由tac指示。ts表示采样时间。可以以16ts的倍数为单位调整上行链路发送定时。tac可以在随机接入响应中以11比特给出，并且可以指示从0到1282的值。可以将nta给出为ta×16。另选地，tac可以以6比特给出并且指示从0到63的值。在这种情况下，nta可以被给出为nta,old+(ta-31)×16。可以将在子帧n中接收到的tac应用于从子帧n+6开始的子帧。
如上所述，传统nb-iot系统是基于支持35km的小区半径的gsmedge无线接入网络(geran)设计的，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，为了在lte网络中支持带内操作(这是nb-iot系统的典型部署方案之一)，必须支持高达100km的小区半径。另外，nb-iot系统在人类稀少的地方(即，没有很好地装配lte网络的地方)包括移动自主报告系统，因此期望扩展可支持小区半径。
为了扩展随机接入前导码的最大可支持小区半径，可以扩展(nprach)前导码的cp。例如，可以如基于等式6的等式8中那样计算用于支持100km的小区半径的cp的最小持续时间。
[等式8]
cp持续时间(us)＝200km/(3e8m/s)＝666.7us
如上所述，被扩展以支持扩展小区半径的cp被称为扩展cp(e-cp)。另外，考虑到延迟扩展，可以将e-cp的持续时间设计为具有一定余量。在这种情况下，可能需要与e-cp具有相同持续时间(例如666.7us)的时间间隙，以避免从基站的角度来看从ue接收的随机接入前导码与下一个相邻子帧交叠的情况。该时间间隔被称为保护时间(gt)。
cp和gt两者均已被添加，以避免符号之间的干扰。换句话说，由于cp和gt是在性能方面添加的附加信号，因此就系统吞吐量而言，它们可以被分类为开销。因此，为了确保更有效的前导码发送，可以考虑减小cp的百分比开销(％开销)，并增加与除了cp和gt之外的前导码信息相对应的部分(例如，符号或符号组部分)。
此外，为了支持小区半径扩展，除了cp扩展之外，还需要解决用于定时提前(ta)操作的定时估计歧义。如参考图7所描述的，基站必须单独地控制每个ue的上行链路发送定时以进行上行链路正交发送和接收。此过程被称为定时提前(ta)或定时对齐。初始定时提前是通过随机接入过程执行的。在nb-iot系统中，当ue发送随机接入前导码时，基站根据接收到的前导码估计上行链路发送延迟，并通过随机接入响应(rar)消息以定时提前命令的形式向ue发送上行链路发送延迟。ue使用通过rar消息接收的ta命令来调整发送定时。
如参照图6所描述的，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被发送，并且在考虑定时估计获取范围和精度的情况下被设计。传统随机接入前导码(或nprach前导码)的子载波间隔被设计为能够以3.75khz在40km小区半径内进行定时估计而不会产生歧义。当要使用两个子载波之间的间隔来执行定时估计时，可以如下计算可支持小区半径，而无歧义。在使用两个子载波之间的间隔进行估计时，在两个子载波上发送的信号之间的相位差可以被表示为2×pi×delta_f，并且delta_f表示以hz(赫兹)为单位的子载波间隔。另外，考虑到往返延迟，在两个子载波上发送的信号之间的相位差可以被表示为2×pi×delta_f×tau_rtt，其中tau_rtt表示往返延迟。为了使相位差和小区半径具有满足一一对应关系的值，应满足2×pi×delta_f×tau_rtt<2×pi。因此，为了确保没有歧义的估计，应满足tau_rtt<1/delta_f的关系。往返距离为tau_rtt×(光速)/2，其中，光速＝3e8m/s。因此，当子载波间隔为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子载波间隔处允许无歧义的定时估计的小区半径为40km，因此子载波间隔应变窄至1.5khz或更小，以便支持100km的小区半径。另选地，可以通过应用分数跳频(fractionalfrequencyhopping)同时将子载波间隔保持在3.75khz来解决定时估计歧义的问题，这与传统前导码相同。
简而言之，为了支持100km的小区半径，随机接入前导码的循环前缀应扩展到至少666.7us。随机接入前导码的子载波间隔应变窄到1.5khz或更小，以便执行定时估计而没有歧义。另选地，应通过应用分数跳频同时保持3.75khz的子载波间隔来解决定时估计歧义。
本公开旨在使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，本文提出了一种用于nb-iotnprach的资源分配和跳频的方法。
为了简单起见，将本公开中提出的支持扩展小区半径(例如100km)的随机接入前导码定义为“增强型”前导码，并且将常规随机接入前导码称为“传统”前导码。在本说明书中，传统前导码可以被称为第一前导码格式，而增强型前导码可以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”可以互换使用，并且可以简称为前导码。在本公开中，术语“prach符号组”和“随机接入符号组”可以互换使用，并且可以被简称为符号组。此外，支持传统nb-iot(或传统前导码)的ue可以被称为传统ue，而支持增强型前导码(或传统前导码和增强型前导码)的ue可以被称为增强型ue。
基于支持nb-iot的ue/基站/系统来描述本公开，但是本公开不限于此。本公开还可以以相同方式应用于不支持nb-iot通信的ue/基站/系统。例如，本公开不仅可以应用于支持大规模机器类型通信(mmtc)的ue/基站/系统，而且可以应用于典型ue/基站/系统(例如，lte/lte-a/lte-apro/5g系统和系统中可操作的ue/基站)。在本说明书中，ue/基站/系统可以统称为支持nb-iot的ue/基站/系统和不支持nb-iot的典型ue/基站/系统。
增强型前导码格式
在本说明书中，增强型前导码是指如下前导码：该前导码被设计成通过增加cp持续时间来支持比用于nprach范围增强的传统前导码更大的小区半径，从而使该前导码与常规前导码相比对应于将子载波间隔变窄到3.75/nkhz(其中，n是大于1的整数)的多个符号等。增强型前导码可以是添加到现有传统前导码的新型prach格式。
作为增强型前导码的示例，用于cp的符号的数量可以在构成用于常规nb-iot的随机接入前导码(或nprach前导码)的符号组内增加(例如，参见图6和相关描述)。在本公开中，与符号组中的多个符号相对应的cp被称为增强型cp(e-cp)。例如，为了支持e-cp(>666.7us)，可以将传统前导码的六个符号中的前三个符号用作cp，并且可以将五个符号用作序列部分(例如，参见图8)。在该示例中，ue以包括与5-符号持续时间相对应的cp部分和与3-符号持续时间相对应的序列部分的格式发送随机接入前导码，并且基站将前三个符号视为增强型cp(e-cp)，并使用除前三个符号以外的其余五个符号执行前导码检测和定时估计。图8的随机接入前导码格式仅是示例，并且本公开不限于图8的随机接入前导码格式。
作为增强型前导码的另一示例，为了在定时估计时支持100km的小区半径而没有歧义，可以将随机接入前导码(或nprach前导码)的子载波间隔变窄到1.5khz或更小。例如，考虑到fdm期间的附加延迟扩展和干扰，可以将增强型前导码的子载波间隔设置为3.75/nkhz(其中，n是大于3的整数)。更具体地，可以将子载波间隔设置为1.25khz(且，n＝3)以支持多达120km的小区半径。这样，通过将小子载波间隔用于随机接入前导码(或nprach前导码)发送，可以实现范围增强而没有定时估计的歧义。
nprach资源分配和跳频
在传统前导码和增强型前导码共存的系统中，可以共享传统前导码的nprach资源，或者可以在发送增强型前导码时使用与传统前导码相同的nprach资源配置方法，以确保nprach时间/频率资源的有效利用和/或向后兼容性。为此，增强型前导码的持续时间(在时域中)可以被设计为与传统前导码的持续时间相同。这种操作被称为传统前导码和增强型前导码的前导码边界对齐。
可以调整每符号组的符号数量和/或每前导码的符号组数量，以用于前导码边界对齐。例如，在传统前导码的情况下，由于一个前导码由四个符号组组成并且一个符号组由六个符号组成(例如，参见图6)，所以每前导码的符号数量是4×6＝24。另一方面，在增强型前导码中，例如，当8个符号构成一个符号组时(例如，参见图8)，每前导码的符号数量是8×4＝32(即，每前导码的符号＝8个符号/符号组×4个符号组/前导码＝32个符号/前导码)。在该示例中，当将增强型前导码的每前导码的符号组的数量调整为3时，增强型前导码的每前导码的符号数量是8×3＝24(即，每前导码的符号＝8个符号/符号组×3个符号组/前导码＝24个符号/前导码)。因此，在该示例中，可以通过将构成增强型前导码的符号组的数量调整为3来实现与传统前导码的前导码边界对齐。
除了或独立于前导码边界对齐，可以考虑符号组边界对齐。对于基于分数跳频的增强型前导码，子载波间隔为3.75khz(与传统前导码的子载波间隔相同)，因此可以通过给一个符号组配置六个符号来实现符号组边界对齐。对于基于1.25khz的子载波的增强型前导码，一个符号的持续时间是传统前导码的三倍。因此，当符号组由增强型前导码中的两个符号组成时，可以建立与传统前导码的符号组边界对齐。
除了上述前导码边界对齐和/或符号组边界对齐之外，可以考虑以fdm方式共享nprach资源的方法。更具体地，在基于fdm的nprach资源共享方法中，可以将nprach频率资源的一部分分配给传统前导码，并且可以将其剩余部分分配给增强型前导码，使得增强型前导码和传统前导码可以在传统nprach资源配置区域中共存，而不会影响传统ue的操作。
基于此，在本公开中提出了用于增强型前导码的nprach资源分配和跳频方法。为了简单起见，在一个前导码中，第一符号组被称为符号组0或第一符号组，第二符号组被称为符号组1或第二符号组，第三符号组被称为符号组2或第三符号组，并且第4符号组被称为符号组3或第四符号组。
用于nprach资源分配和跳频的方法1-1
在本公开的方法1-1中，用于传统前导码的方法被最小程度地改变，并应用于增强型前导码。具体地，根据本公开的方法1-1，可以基于较高层(例如，mac层)选择的值来确定用于前导码的符号组0的子载波索引信息(例如，
本公开的方法1-1假设最小跳频距离是3.75khz/n。n可以被称为传统前导码和增强型前导码之间的最小跳频距离或子载波间隔的比率。n可以被设置为大于1的整数。如上所述，当n大于或等于3时，可以无歧义地执行用于精确ta命令生成的定时估计。
可以通过等式9来实现本公开的方法1-1。从等式9可以看出，在获得用于符号组1和符号组3的子载波索引信息时应用1/n。具体地，当用于符号组0或2的子载波索引信息为偶数(即，模-2的值为0)时，用于符号组1或符号组3的子载波索引信息可以通过将1/n加到用于符号组0或2的子载波索引信息来确定。当用于符号组0或2的子载波索引信息为奇数(即，模2的值为1)时，用于符号组1或3的子载波索引信息可以通过从用于符号组0或2的子载波索引信息减去1/n来确定。
[等式9]
f(-1)＝0
图9示出了根据本公开的方法1-1的nprach资源分配和跳频方法。虽然在图9中假设n＝3(例如，子载波间隔＝1.25khz)，但是本公开甚至可以以相同/相似的方式应用于n不是3的情况。虽然在图9中假设开始子载波索引(例如，nstart)为0，但是在起始子载波索引不为0的情况下，也可以以相同/相似的方式来应用本公开。在这种情况下，可以通过将起始子载波索引加到对应子载波索引来估计实际频率位置。
图9示出了前导码重复的基本单元。基于3.75khz的子载波间隔，前导码重复的基本单元由12个子载波和4个符号组组成。符号组由多个符号组成。构成符号组的符号的数量可以取决于所配置符号的子载波间隔。另外，在图9中，假设符号组中的符号是具有相同中心频率的单音。另外，在图9中，前导码由不同模式表示以区分不同的前导码。
例如，以子载波索引2(的中心频率)发送前导码910的符号组0，并且使符号组1分数跳频+1/3。在符号索引2处使子载波间隔整数跳频+6，然后在符号索引3处执行分数跳频-1/3。虽然为了简单起见，在从符号索引0开始的前导码跳频模式中仅示出子载波索引0到5，但是可以看出，以图9中示例性示出的模式的镜像图像的形式对其它较高子载波索引6至11执行操作。
用于nprach资源分配和跳频的方法1-2
从图9的模式可以看出，利用本公开的方法1-1，符号组1和2中的不同前导码之间的最小频率间隔比在符号组0和3的情况下更窄。例如，当如图9中那样应用1/n(例如，n＝3)时，在符号组0和3中，不同前导码之间的间隔是3.75khz，而在符号组1和2中，不同前导码之间的间隔是2，并且2从3.75khz变窄到1.25khz。因此，根据本公开的方法1-1，操作可能变得容易受到前导码之间的干扰影响。
本公开的方法1-2允许不同前导码之间的最小频率间隔是恒定的。具体地，本公开的方法1-2与本公开的方法1-1的不同之处在于，用于前导码的符号组1的子载波索引信息(例如，
根据本公开的方法1-2，不同前导码之间的最小频率间隔在3.75khz保持恒定。因此，就不同的前导码之间的干扰而言，该方法具有优于本公开的方法1-1的优点。
本公开的方法1-2假设最小跳频距离是3.75khz/n。n可以被称为传统前导码和增强型前导码之间的最小跳频距离或子载波间隔的比率。n可以被设置为大于1的整数。如上所述，当n大于或等于3时，可以无歧义地执行用于精确ta命令生成的定时估计。
可以通过等式10来实现本公开的方法1-2。从等式10可以看出，与等式9不同地获得用于符号组1和3(i＝1、3)的子载波索引信息，并且以与等式9相同的方式获得用于符号组0和2(i＝0、2)的子载波索引信息。
[等式10]
f(-1)＝0
图10示出了根据本公开的方法1-2的nprach资源分配和跳频方法。虽然在图1中假设n＝3(例如，子载波间隔＝1.25khz)，但是本公开甚至可以以相同/相似的方式应用于n不是3的情况。虽然在图10中假设起始子载波索引(例如，nstart)为0，但是在起始子载波索引不为0的情况下，也可以以相同/相似的方式来应用本公开。在这种情况下，可以通过将起始子载波索引加到对应的子载波索引来估计实际频率位置。
与图9相比，在图10的前导码模式中，不同前导码之间的最小频率间隔可以被给定为3.75khz的常数。例如，在图9中，在子载波索引0和1处的符号组0和3之间的间隔是3.75khz，并且将符号组1和2之间的间隔缩窄到1.25khz。另一方面，在图10中，符号组之间的间隔保持在3.75khz。因此，本公开的方法1-2在不同前导码之间的干扰方面具有优势。
图10示出了前导码重复的基本单位，并且前导码由不同模式表示以区分不同前导码。尽管为了简单起见，在开始于符号索引0的前导码跳频模式中仅示出子载波索引0至5，但是可以看到，针对其余的较高子载波索引6到11执行相同的操作。
根据本公开的方法1-1或方法1-2的增强型前导码可以以与传统前导码的频分复用(fdm)的方式操作。fdm是指一种方法，通过该方法，将传统前导码和增强型前导码分类到连续的不同频率区域中，并且进行操作以免彼此冲突。
用于nprach资源分配和跳频的方法1-3
将前导码分类为连续的频率区域的fdm方法是划分nprach资源的方法。为了确保增强型前导码和传统前导码的更有效共存，可以考虑在相同频率区域(例如，相同子载波)中操作增强型前导码和传统前导码的方法。当增强型前导码和传统前导码在相同的频率区域中操作时，传统前导码的符号组0和3可以在每个子载波的中心频率处被发送，并且增强型前导码的符号组0和3也可以在相同中心频率处被发送。结果，在传统前导码和增强型前导码之间可能发生冲突。因此，当本公开的方法1-1和方法1-2在与传统前导码的频率区域相同的频率区域(例如，相同的子载波)中操作时，由于增强型前导码和传统前导码可能相互冲突，所以期望发生由于相互干扰导致的性能降低。本公开的方法1-3旨在解决该技术问题。
本公开的方法1-3通过将增强型前导码定位在传统前导码的子载波间隔的边界部分处，在同时操作增强型前导码和传统前导码的系统中更高效地操作nprach资源，使得相互干扰最小化。
图11示出了根据本公开的方法1-3的nprach资源分配和跳频方法。虽然在图11中假设n＝3(例如，子载波间隔＝1.25khz)，但是本公开甚至可以以相同/相似的方式应用于n不是3的情况。虽然在图11中假设起始子载波索引(例如，nstart)为0，但是甚至在起始子载波索引不为0的情况下，也可以以相同/相似的方式来应用本公开。在这种情况下，可以通过将起始子载波索引加到对应的子载波索引来估计实际频率位置。另外，图11中示出了前导码重复的基本单位，并且前导码由不同模式表示，以区分不同的前导码。为了简单起见，虽然在开始于符号索引0的前导码跳频模式中仅示出子载波索引0至5和11，但是可以看出，对其余的较高子载波索引6至10执行了相同的操作。
如参照图9至图10所示的，在本公开的方法1-1和方法1-2中，前导码的符号组0被映射到每个子载波的中心频率以便被发送，因此可能发生对传统前导码的干扰。相比之下，参考图11，根据本公开的方法1-3，前导码的符号组0被映射到每个子载波的边界部分以便被发送，因此可以使对传统前导码的干扰最小化。
根据本公开的方法1-3，可以在分配给nprach的频率区域之外确定子载波索引。在图11的示例中，将前导码1110的符号组0映射到子载波索引11的边界部分，并且通过将1/n(例如，其中n＝3)加到其来确定符号组1的子载波索引。因此，可以在所分配的频率区域之外执行映射。在本公开的方法1-3中，为了防止出现这样的问题，通过模m运算将超出所分配的频率区域的部分分配给所分配的频率区域的相反侧。在此，m可以是分配为nprach资源区域的子载波的数量(例如，
再来参照图11，将模m应用于前导码1110的符号组1的子载波索引可以将前导码1110的符号组1映射到所分配的频率区域的相反侧。以类似的方式，将模m应用于前导码1130的符号组2的子载波索引可以将前导码1130的符号组2映射到所分配的频率区域的相反侧。
对于在所分配的频率区域的边界处通过模m移动到相反侧的增强型前导码，接收器可以不同地执行定时估计。例如，在前导码1120的情况下，当符号组0/1/2/3的相位分别为p0/p1/p2/p3时，可以利用针对p1和p0的相位差信息和针对p2和p3的相位差信息的组合来进行粗略定时估计，并且可以利用针对p2和p1的相位差信息和针对p3和p0的相位差信息来执行精细定时估计。相反，在超过所分配的nprach频率区域应用模m的前导码1110的情况下，仅可以利用针对p2和p3的相位差信息的组合来执行粗略定时估计，并且可以利用针对p2和p1的相位差信息和针对p0和p3的相位差信息来执行精细定时估计。然后，可以将针对p0和p1的相位差信息用于精细定时估计。由此，可以提高精细定时估计的精度。类似地，在前导码1130的情况下，可以仅利用针对p0和p1的相位差信息的组合来执行粗略定时估计，并且可以利用针对p2和p1的相位差信息和针对p0和p3的相位差信息来进行精细定时估计。然后，可以将针对p2和p3的相位差信息用于精细定时估计。由此，可以提高精细定时估计的精度。
用于nprach资源分配和跳频的方法1-3-1
在本公开的方法1-3中，在所分配的nprach频率区域之外应用模m的前导码1110或前导码1130的情况下，仅可以利用针对p2和p3的相位差信息的组合或者针对p1和p0的相位差信息的组合来执行粗略定时估计。在这种情况下，粗略定时估计性能可能低于在使用针对p1和p0的相位差信息和针对p2和p3的相位差信息两者的所分配的nprach频率区域中完全存在的前导码的情况。本公开的方法1-3-1是一种用于防止前导码资源的选择引起性能差异的方法。在该方法中，从可选nprach资源中排除在所分配的nprach频率区域之外应用模m的前导码(前导码1110或前导码1130)。
图12示出了根据本公开的方法1-3-1的nprach资源分配和跳频方法。与图11相比，相同的假设被应用于图12，但是从可用nprach资源中排除了用于前导码1110和前导码1130的子载波索引，并且不以相应频率发送nprach前导码。
用于nprach资源分配和跳频的方法1-4
增强型前导码可以被设计为满足3.75/nkhz的最小跳频距离(例如，n≥3)，以便解决定时估计歧义的问题。本公开的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1可应用于以这种方式设计的增强型前导码。为了比所提出的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1更高效地使用有限的nprach频率资源，可以以3.75/nkhz为单位分配增强型前导码。作为用于以3.75/nkhz为单位分配增强型前导码的方法，可以在将子载波间隔保持为3.75khz或者可以将子载波间隔减小到3.75/nkhz的同时，执行分数跳频。在本公开的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1中，在保持子载波间隔为3.75khz的同时，应用分数跳频。在本公开的方法1-4中，通过将子载波间隔减小到3.75/nkhz来应用方法1-1/1-2/1-3/1-3-1。
图13示出了根据本公开的方法1-4的nprach资源分配和跳频方法。虽然在图13中假设n＝3，但是本发明甚至可以以相同或相似的方式被应用到n不是3的情况。
参照图13，纵轴表示基于3.75khz的子载波索引。在图13中，假设n＝3，基于1.25khz的子载波，存在12×3＝36个子载波。因此，利用方法1-4，用于nprach发送的频率资源的数量(在常规情况下为12)从12增加n倍到12×n。图13示例性地示出了0至35的跳频模式。该图示例性地示出了两个前导码1310和1320的跳频模式。类似于本公开的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1，本公开的方法1-4确保为3.75/nkhz的最小跳频距离(例如，符号组0和1之间的跳频距离以及符号组2和3之间的跳频距离)，并基于3.75khz的子载波提供6个子载波间隔的跳频(例如，符号组1和符号组2之间的跳频距离)。
当将在方法1-4中以3.75/nkhz为单位定义的nprach资源定义为增强型nprach资源时，出于与方法1-3/1-3-1相同的目的，甚至在增强型nprach资源中也可以将增强型前导码定位在传统前导码的子载波间隔的边界部分。
图14示出基于本公开的方法1-3应用的本公开的方法1-4。
本公开的方法1-4用于使用增强型nprach资源来扩展增强型前导码的复用能力，或者可以用于在与增强型前导码和传统前导码共存的情况下使相互干扰最小化并提高效率，如图14所示。另选地，可以将区域划分为fdm方式，使得通过应用如图14所示的方法，使用一些时间/频率区域来提高与传统前导码的共存效率，并且使用一些其它时间/频率区域来扩展增强型ue的nprach资源。
尽管基于图10所示的资源分配和跳频模式的类型示出了本公开的所有方法1-2/1-3/1-3-1/1-4，但是实施方式不限于此。该方法可以以相同的方式/相似的方式应用于各种模式。图15至图17示出了本公开的方法1-2/1-3/1-3-1/1-4可应用到的各种基本模式。
nprach前导码间跳频
上述方法1-1/1-2/1-3/1-3-1/1-4是用于在前导码内进行资源分配和跳频的方法。因此，上述方法1-1/1-2/1-3/1-3-1/1-4涉及前导码内跳频或符号组间跳频。在下文中，将描述当重复发送增强型前导码时操作的前导码之间的跳频模式。具体地，将描述用于前导码间跳频的方法。
用于nprach前导码间跳频的方法2-1
本公开的方法2-1是随机前导码间跳频方法。随机前导码间跳频可以应用于小区间或ue间干扰随机化或频率分集。本公开的方法2-1可以减轻小区间或ue间干扰并且改善频率分集性能。可以基于小区id、ueid、开始时间/频率位置等来初始化用于随机前导码间跳频的随机序列。
图18示出了根据本公开的方法2-1的随机前导码间跳频。尽管假设重复三个前导码以描述前导码之间的跳频，但是本公开还可以以相同/相似的方式应用于其它数量的前导码重复。另外，虽然示出了在前导码重复索引0中根据本公开的方法1-4执行符号组间跳频，但是也可以应用本公开的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1。本公开的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1/1-4可以应用于其它前导码重复索引。
参照图18，根据本公开的方法1-4在特定前导码重复索引中执行符号组间跳频，并且在前导码重复之间执行随机跳频。r不表示跳频间隔是常数，而是随机生成的整数。因此，根据本公开的方法2-1，前导码重复之间的跳频距离可以被确定为r×3.75khz。
用于nprach前导码间跳频的方法2-2
本公开的方法2-2将解决在最小跳频距离减小到3.75/nkhz时可能发生的定时估计问题。如上所述，定时估计基于子载波之间的相位差。当最小跳频距离减小时，在粗略定时估计时使可以无歧义地估计的获取范围变宽，但是在估计之后残留误差增加。结果，由于过多残留误差，该范围可能超出精细定时估计的范围。
为了解决这个问题，方法2-2不随机生成前导码间跳频值，而是被设计为具有最小跳频距离(例如3.75/nkhz)和最大跳频距离(例如，基于3.75khz或6×3.75khz的6个子载波)之间的值。最小跳频距离和最大跳频距离之间的值被称为中间跳频，并且使用中间跳频的跳频方法被称为中间跳频。
图19示出根据本公开的方法2-2的前导码间跳频方法。在图19的示例中，示出了被设置为基于3.75khz的3个子载波的中间跳频，但是本公开不限于此。尽管假设重复三个前导码以描述前导码之间的跳频，但是本公开还可以以相同/相似的方式应用于其它数量的前导码重复。另外，尽管示出了在前导码中根据本公开的方法1-4执行符号组间跳频，但是也可以应用本公开的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1。本公开的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1/1-4可以应用于其它前导码重复索引。
参照图19，根据本公开的方法1-4，在每个前导码中执行符号组间跳频，并且以中间值(即，中间跳频)执行前导码重复之间的跳频。如图19中所示，将中间值设置为具有基于3.75khz的3个子载波(或3×3.75khz)，因此在前导码重复索引0和1之间执行基于3.75khz的3个子载波(或3×3.75khz)的跳频。
接收器按照粗略定时估计→中等定时估计(使用例如3×3.75khz的中间值)→精细定时估计的顺序执行定时估计。使用中间值的中等定时估计可以用于使得残留误差小到在执行精细定时估计之前在精细定时估计中不引起任何问题。
图20比较本公开的方法2-1和方法2-2。在图20中，假定nprach前导码被重复发送8次。然而，本公开不限于此。
参照图20的(a)，根据本公开的方法2-1，基于随机跳频在前导码之间执行跳频。因此，在发送前一前导码的最后一个符号组(例如，符号组3)的子载波索引与发送当前前导码的第一符号组(例如，符号组0)的子载波索引之间的跳频距离可以随机地确定。例如，可以根据基于小区id、ueid、开始时间/频率位置等初始化的随机序列来确定前导码之间的跳频距离。
参照图20的(b)，与随机前导码间跳频相比，在执行跳频以在两个前导码之间具有中间值(即，中间跳频)的前导码被称为配对前导码。可以在配对前导码之间执行随机跳频，并且随机跳频的目的以及生成用于配对前导码的随机跳频的方法可以与方法2-1中的相同。例如，在图20的(b)的示例中，可以在前导码0与1之间、在前导码2与3之间、在前导码4与5之间或者在前导码6与7之间执行跳频，以具有中间值(例如，在3.75/nkhz至3.75×6khz之间的值)，其中，前导码0和1、前导码2和3、前导码4和5或前导码6和7对应于配对前导码。然而，在配对前导码之间(例如，在前导码1和2之间、在前导码3和4之间以及在前导码5和6之间)执行随机跳频。
在图20的(b)的示例中，配对前导码由两个前导码组成，但是配对前导码可以配置有多于两个前导码的组合，并且可以将不同中间值应用于配对前导码内的前导码之间的跳频。
当应用本公开的方法2-1和方法2-2时，可以根据方法1-1/1-2/1-3/1-3-1/1-4中的一个或两个或更多个的组合来执行每个前导码中的符号组之间的跳频。
方法3：传统nprach资源中的增强型前导码和传统前导码的fdm
本公开中提出的nprach资源分配和跳频方法(方法1-1/1-2/1-3/1-3-1/1-4)和nprach前导码间跳频方法(方法2-1/2-2)可以被应用在以下情形中：增强型前导码和传统前导码以fdm形式共存于传统nprach资源中。更具体地，在本公开的方法中，nprach频率资源被划分为使得一些资源被分配给传统前导码，而其它资源被分配给增强型前导码。因而，这些方法可以同时支持增强型前导码和传统前导码，而不会影响传统nprach资源配置区域中的传统ue的操作。
图21示出了根据fdm方案划分用于增强型前导码和传统前导码的nprach资源的示例。尽管在图21的示例中假设将48个子载波分配给nprach(例如，
参照图21，针对增强型前导码发送，可以分配从分配给nprach的子载波索引中的最高索引开始的12个子载波索引(例如，子载波索引36至47)，并且将剩余子载波(例如，子载波索引0至35)分配给传统前导码发送，以便可以在fdm方案中划分传统nprach资源配置区域。在这种情况下，由于增强型前导码和传统前导码不在相同的时间/频率资源中被发送，因此干扰的影响可以被最小化。
图21仅是示例。在本公开的方法3中，可以基于另一fdm方案来区分用于传统前导码的子载波和用于增强型前导码的子载波。
方法4：用于在增强型前导码和传统前导码之间共享nprach资源的方法
在本公开的方法4中，提出了一种用于增强型前导码的资源映射方法。当增强型前导码和传统型前导码共享nprach资源时，可以按照以下步骤或顺序执行增强型前导码的nprach资源分配：
4-i)首先执行边界映射，以避免与传统前导码冲突；
4-ii)当资源不足时，允许与增强型前导码冲突；以及
4-iii)当资源仍然不足时，最终允许与传统前导码冲突。
在步骤4-i)中，执行方法1-3/1-3-1/1-4中描述的边界映射，以避免与传统前导码冲突。在边界映射时，可以分配资源以避免增强型前导码之间的冲突，或者可以分配资源以允许增强型前导码之间的冲突。另选地，可以顺序地执行资源分配以避免增强型前导码之间的冲突，然后可以仅在资源不足时才执行资源分配，以允许增强型前导码之间的冲突(步骤4-ii)。可以通过基于竞争的随机接入过程的竞争解决方法来处理增强型前导码之间的冲突。另外，为了提高前导码检测性能，可以将不同的跳频模式和/或跳频距离或符号/符号组级加扰应用于各个ue。
当即使在允许增强型前导码之间的冲突之后资源仍然不足时，也允许与传统前导码发生冲突(步骤4-iii)。增强型前导码和传统前导码之间的冲突基本上可以通过基于竞争的随机接入过程的竞争解决方法来处理。
另外地或另选地，可以考虑一种用于通过msg2(或rar消息)来区分增强型前导码和传统前导码之间的冲突的方法。作为用于通过msg2来区分冲突的方法，可以使用与传统ue不同的ra-rnti值，或者可以为增强型ue定义与传统ue不同的mac子报头的rapid值。
方法4-1：传统ue和增强型ue使用不同的ra-rnti
方法4-1是将不同的ra-rnti分配给传统ue(或传统前导码)和增强型ue(或增强型前导码)，使得可以识别rar消息打算用于哪个ue。
对于传统ue(或传统前导码)，可以基于与随机接入前导码的重复发送开始的第一(或开始)无线电帧有关的索引信息来确定ra-rnti。作为特定示例，传统ue可以基于等式11来确定ra-rnti。在等式11中，sfn_id表示随机接入前导码的重复发送开始的第一(或开始)无线电帧的索引信息，并且floor()表示通过删除小数点以后的内容将数取整为整数的取整函数(floorfunction)。传统ue使用以此方式确定的ra-rnti来检测pdcch，并且基于检测到的pdcch来接收rar消息。
[等式11]
ra-rnti＝1+floor(sfn_id/4)
可以通过将特定偏移(例如，大于1的整数)加到基于等式11获得的ra-rnti来确定增强型ue的ra-rnti，从而与传统ue的ra-rnti区别开来。在这种情况下，为传统ue和增强型ue确定不同ra-rnti值。因此，当传统前导码与增强型前导码冲突时，可以有效地执行竞争解决。
方法4-2：通过随机接入前导码标识符(rapid)进行区分
图22的(a)和图22的(b)示出了用于传统ue的rar消息报头。图22的(a)示出了包括随机接入前导码标识符(rapid)的rar消息报头，并且图22的(b)示出了包括回退指示符(bi)的类型的rar消息。在图22的(a)和图22的(b)中，e表示扩展字段，并且指示其后是否存在另一个字段，并且可以具有为1的值。t表示类型字段。如果其值为1，则指示图22的(a)的rar报头。如果该值为0，则指示图22的(b)的rar报头。bi表示回退指示符字段，并且指示小区的过载状况。rapid表示随机接入前导码标识符字段，并且标识由ue发送的随机接入前导码。r表示保留位，并且被设置为0。
在方法4-2中，可以通过将增强型ue的rapid(增强型前导码)设置为通过将特定偏移(例如，大于1的整数)和与开始随机接入前导码发送的子载波索引相对应的值相加而获得的值，将增强型ue与传统型ue区分开。
当应用通过msg2进行区分的方法(方法4-1或4-2)时，增强型ue可以在msg2步骤中检查增强型前导码发送并执行诸如早期数据发送之类的操作，或者可以尽早确认基站已经接收到传统前导码并执行下一个操作。因此，与传统的基于竞争的随机接入过程的竞争解决方法相比，该方法具有优势。
传统前导码和增强型前导码具有不同的最小跳频距离。因此，即使指定了相同的开始频率，冲突被避免，或者在下一个符号组中发生与另一个前导码的冲突。因此，在步骤4-iii)中，传统前导码和增强型前导码都不可避免地经历某种程度的性能下降。为了克服这个问题，可以应用诸如符号或符号组级别加扰的干扰随机化方法。
除了干扰随机化方法之外，或者与干扰随机化方法分开，为了提高检测性能同时允许与传统前导码的冲突(如步骤4-iii)，可以将增强型前导码中的符号组之间的跳频距离设置为除了最小跳频距离之外的不同于传统前导码的最大跳频距离(例如6×3.75khz)的值。例如，不同值可以是上述中间跳频距离(例如，在3.75/nkhz和6×3.75khz之间的值)或者是通过将微小偏移加到最大或中间跳频距离而确定的值。这里，偏移可以是避免与传统前导码连续冲突的固定值，或者可以是针对用于干扰随机化的每个符号或符号组而改变的值。
图23示出了根据本公开的用于执行随机接入过程的方法的流程图。为了简单起见，下面的描述将基于ue，但是相应操作可以由基站执行。
参照图23，在步骤s2302中，ue接收nprach配置信息。例如，如参考图6所述，可以通过较高层信号(例如，rrc层信号)或系统信息(例如，sib2)接收nprach配置信息，并且可以包括指示频域中的nprach资源的第一子载波的信息(例如，
ue可以基于接收到的nprach配置信息来确定分配给nprach发送的频率区域。例如，如参考图6所述，ue可以基于通过nprach配置信息接收的信息，确定要发送随机接入前导码的子载波区域(例如，参见等式2)。例如，所确定的频率区域可以包括在分配给nprach的子载波(例如，
在操作s2304中，ue可以基于接收到的nprach配置信息来发送随机接入前导码。在操作s2304中发送的随机接入前导码可以包括增强型前导码。如关于增强型前导码格式所描述的(参见图8和相关描述)，增强型前导码可以指代包括e-cp的前导码(参见等式8和相关描述)，和/或子载波间隔设置为3.75khz/n(其中n是满足n>3的整数)的前导码。
例如，当应用本公开的方法1-3/1-3-1/1-4时，每个子载波可以被划分为中心频率区域和边界频率区域。当随机接入前导码是传统前导码时，该前导码可以被映射到中心频率区域/在中心频率区域中被发送。当随机接入前导码是增强型前导码时，该前导码可以被映射到边界频率区域/在边界频率区域中被发送。另选地，当应用本公开的方法1-3/1-3-1/1-4时，每个子载波可以被划分为中心频率区域和边界频率区域。当ue是传统ue时，随机接入前导码可以被映射到中心频率区域/在中心频率区域中被发送。当ue是增强型ue时，随机接入前导码可以被映射到边界频率区域/在边界频率区域中被发送。
另外，例如，当应用本公开的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1/1-4时，用于增强型前导码的最小跳频距离可以被设置为3.75/nkhz，其中n可以是大于或等于3的整数。相反，用于传统前导码的最小跳频距离可以被设置为3.75khz。用于增强型前导码的最大跳频距离可以被设置为6×3.75khz，并且用于传统前导码的最大跳频距离也可以被设置为6×3.75khz。
当假设增强型前导码包括符号组0至3，应用本公开的方法1-1/1-2/1-3/1-3-1/1-4时，符号组0和符号组1之间的跳频距离和/或符号组2和符号组3之间的跳频距离可以被设置为3.75/nkhz，并且符号组1和符号组2之间的跳频距离可以被设置为6×3.75khz。另选地，如本公开的方法4中所述，可以将符号组0和符号组1之间的跳频距离和/或符号组2和符号组3之间的跳频距离设置为3.75/nkhz，但是可以将符号组1和符号组2之间的跳频距离设置为除了6×3.75khz以外的值。例如，可以将除6×3.75khz之外的值设置为中间跳频距离值(例如，在3.75/nkhz和6×3.75khz之间的值)，或者可以是通过将特定偏移(例如，一个或多个子载波的间隔或作为子载波索引的大于1的整数)加到最大或中间跳频距离而确定的值。
当在图23的方法中重复发送随机接入前导码时，则根据本公开的方法2-1和/或方法2-2，基于前导码之间的跳频来发送随机接入前导码。例如，当应用本公开的方法2-1时，可以随机地确定重复发送的随机接入前导码之间的跳频距离。作为另一示例，当应用本公开的方法2-2时，可以将重复发送的随机接入前导码之间的跳频距离确定为在3.75/nkhz和6×3.75khz之间的值。另选地，当随机接入前导码包括由至少两个前导码组成的配对前导码时(例如，参见图20和相关描述)，可以随机地确定配对前导码之间的跳频距离，并且可以将配对前导码的随机接入前导码之间的跳频距离确定为3.75/nkhz和6×3.75khz之间的值。
当通过相同的nprach资源发送增强型前导码和传统前导码时，可以通过应用本公开的方法4-1和/或方法4-2来区分它们。例如，当应用本公开的方法4-1时，ue可以响应于随机接入前导码，使用针对增强型前导码和传统前导码的不同ra-rnti接收随机接入响应消息。作为另一示例，当应用本公开的方法4-2时，随机接入响应消息可以具有用于增强型前导码和传统前导码的不同随机接入前导码标识符(rapid)。
此外，本公开中提出的其它方法可以应用于图23的方法。例如，基站可以根据本公开的方法中描述的方法(例如，方法1-3/1-3-1/2-2)执行定时估计。
图24示出了可应用本公开的基站和用户设备。
参照图24，无线通信系统包括基站(bs)2410和用户设备(ue)2420。如果无线通信系统包括中继，则基站或ue可以用中继代替。
基站2410包括处理器2412、存储器2414和射频(rf)收发器2416。处理器2412可以被配置为实现本公开中提出的过程和/或方法。存储器2414连接到处理器2412，并且存储与处理器2412的操作有关的各种信息。rf收发器2416连接到处理器2412，并且发送和/或接收无线信号。ue2420包括处理器2422、存储器2424和rf收发器2426。处理器2422可以被配置为实现本公开中提出的过程和/或方法。存储器2424连接到处理器2422，并且存储与处理器2422的操作有关的各种信息。rf收发器2426连接到处理器2422，并且发送和/或接收无线信号。
上述实施方式是以预定形式的本公开的元件和特征的组合。除非另有说明，否则每个元件或特征均应视为可选的。每个元件或特征可以在不与其它元件或特征组合的情况下被具体实现。也可以组合一些元件和/或特征以形成本公开的实施方式。本公开的实施方式中描述的操作顺序可以改变。一个实施方式的一些元件或特征可以被包括在另一实施方式中，或者可以被另一实施方式的对应元件或特征代替。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在所附权利要求中彼此未明确引用的权利要求可以作为本公开的实施方式被组合提出，或者在提交本申请后通过随后修改被包括作为新的权利要求。
被描述为由基站执行的特定操作可以由基站的上层节点执行。即，显而易见的是，在由包括基站的多个网络节点组成的网络中，可以由基站或除基站之外的网络节点来执行为与ue通信而执行的各种操作。
可以通过各种手段来实现本公开的实施方式，例如，硬件、固件、软件或其组合。在硬件实现时，本公开的实施方式可以通过一个或更多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(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。
在固件或软件实现时，可以以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、功能等的形式来实现根据本公开的方法。软件代码可以以指令和/或数据的形式被存储在计算机可读介质中，并且可以由处理器执行。计算机可读介质位于处理器的内部或外部，并且可以经由各种已知的方式向处理器发送数据和从处理器接收数据。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在本公开中进行各种修改和变型。因此，本公开旨在覆盖本发明的修改和变型，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内即可。
工业实用性
本公开适用于诸如用户设备、基站等的无线通信装置。
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