用于LTE蜂窝网络中的上行链路通信的方法与流程

本发明涉及一种用于从无线设备到基本节点的数据传输的方法，特别是针对长期演进网络中的低能力无线设备。

本发明还涉及使用所述方法的无线设备。本发明进一步涉及与所述无线设备通信的基本节点。

背景技术：

通常，在无线通信领域中，长期演进（lte）的技术正在被3gpp标准化为允许具有降低的延迟的较高带宽的技术，特别是以便允许引入具有比通过支持2g（gsm、gprs、edge）或3g（umts、hspa）的可用蜂窝网络所提供的更高数据需求的新服务。同时，存在减少所维护的蜂窝网络标准的数量的网络运营商的趋向。长远来看，预期传统蜂窝网络中的至少一个将被关闭。

另一方面，长期演进标准的定义意味着支持标准的无线设备——无论在何种服务中——需要提供要求具有显著的处理能力的无线设备的某些能力。特别地，在一毫秒内支持20mhz频带的需求要求在无线设备侧的大量的硬件资源。

这种情况当然不符合机器对机器（m2m）设备日益增长的趋势。那些m2m设备通常是其中比如自动售货机、销售点设备（pos机）、电表或其他传感器设备或家庭安全设备的机器经由蜂窝网络定期与远程服务器通信的那些，并且它们优选地被设计用于很少发送小量数据。因此，那些m2m设备是低能力无线设备。它们通常配备有无线模块，所述无线模块并入用于与他们操作于其中的蜂窝网络进行所有信令练习的所有必需的组件。

从成本的角度来看，如果将并入lte能力的无线模块，对像提及的示例那样的低能力无线设备来说仅仅是有吸引力的。同时，到目前为止，已经有数百万的低能力无线设备正在现场，并且如果他们切换到lte上，目前的lte能力的蜂窝网络（lte网络）将在容量方面被该负载压倒。即使低能力无线设备本身仅很少发送数据，也是这样的情况，由于在不提供任何有效载荷的情况下，根据当今的标准规范要求显著量的开销信令。

因此，存在对lte标准的适配的需要以便于一方面支持低成本设备，特别是低能力的无线设备，并且另一方面，使lte网络准备好服务于预期量的低能力无线设备。

到目前为止已知的是，将频带减少到需要由低能力无线设备支持的载波（包括上行链路通信）的较小部分将减少无线设备侧的处理资源。到目前为止，这些方法没有导致超出与资源元素的基本单位相对应的1.4mhz的所需量。此外，缺少减轻用于超过仅仅支持的带宽的上行链路通信的低成本设备的处理要求的方法。

因此，本发明的目的是提出一种用于到对应基本节点的上行方向中的lte能力的无线设备的改进的通信协议的解决方案，其允许在对该基本节点的架构的低影响的情况下在无线设备的处理资源方面的显著减少。

技术实现要素：

因此，根据本发明的第一方面，提议了一种根据权利要求1的用于从无线设备到基本节点的数据传输的方法。根据本发明的第二方面，进一步提议了一种根据权利要求8的无线设备。根据本发明的第三方面，提出了根据权利要求11的基本节点。

因此，根据本发明的第一方面，提出了一种用于从无线设备到基本节点的数据传输的方法，该基本节点是蜂窝网络的一部分，并且被配置为支持频分多址方法，由所述基本节点可接收的带宽包括多个副载波，该无线设备驻留（campon）在该基本节点上，

该方法包括以下步骤：

-针对该基本节点，向无线设备分配多个副载波中的副载波，

-仅使用所分配的副载波，在至少一个数据服务会话的时段内，从无线设备向基本节点传输数据，

由此针对所述数据传输，在所分配的副载波上使用第一调制方案，所述第一调制方案不同于由在所述基本节点上驻留的至少一个第二无线设备用于多个副载波中的多于一个副载波的调制方案。

该方法基于蜂窝网络的基本节点，其中基本节点支持频分多址方法。这对于支持lte无线标准的基本节点（所谓的enodeb）特别成立。在lte上行链路中，通信优选使用单载波频分多址进行，这意味着与基本节点一起操作的无线设备正在连同其他无线设备一起在相同的频率范围中提供数据，其中无线设备应当在频带的一个或多个所分配的副载波上传输数据，与lte下行链路相反，其中基本节点可以在所支持的频带的副载波的全范围上发布针对一个接收无线设备的传输符号。

副载波表示频带的15khz部分。

作为上行链路数据传输的一部分，基本节点向无线设备分配相应副载波，其预期用于后续数据传输。

这优选地结合来自无线设备的用于建立数据服务会话的请求发生。这特别是其中无线设备应当向基本节点传输数据和/或向基本节点传输以及从基本节点接收数据的时段。这样的数据服务会话特别是数据连接、一次传输时段或无线设备驻留在基本节点上的时间。尽管如此，还涵盖开始和/或结束数据服务会话的其他事件。

作为响应，无线设备正在借助于与于调制方案在所分配的副载波上传输数据，所分配的副载波在15khz的频率范围内，所述调制方案不同于与该基本节点一起操作的其他无线设备所使用的调制方案。所使用的第一调制方案特别是窄带调制方案，其特征在于它仅使用一个副载波，因此是单副载波调制方案。

特别提议，第一调制方案是窄带传输方案，其出自以下的组：

-连续波（cw），和

-高斯最小频移键控（gmsk）。

这些窄带传输方案特别是在gsm能力的蜂窝网络内使用的那些。

因此，无线设备利用sc-fdma的信令结构，但是在所分配的副载波内嵌入与在lte中使用的常见调制方案（特别是bspk、qpsk、16qam、64-qam，其均是宽​​带调制方案）不同的调制方案，特别是覆盖由12个副载波组成的至少一个资源块的频率复用传输方案。

这导致在用于传输数据的无线设备处需要少得多的资源的情形：

-一次只寻址一个副载波，

-针对调制方案，需要较少的处理能力，特别是不需要执行快速傅里叶变换（fft）、相应地反快速傅里叶变换（ifft）。

代替地，利用更简单的调制方案，其传输中的无线设备利用sc-fdma结构，特别是保护间隔以及副载波间距、相应地分离副载波的保护带，以确保传输不被其他发射无线设备干扰，但是不需要对于支持完全成熟的lte、相应地sc-fdma的无线设备所预期的复杂性。

在这种意义上，使用第一调制方案的数据传输被嵌入在sc-fdma结构中。

根据进一步有利的实施例，第一无线设备和第二无线设备被分配给蜂窝网络的不同设备域。

利用该实施例，利用蜂窝网络内的域的定义。特别地，机器类型通信（mtc）设备优选被作为与移动手机不同的域来处置。利用域的概念——无论蜂窝网络中的具体实现如何——蜂窝网络具有不同地处理这样的无线设备的手段。这导致以下可能性：仅操作在第一域中的那些无线设备（特别是针对mtc设备）根据发明的方法并且使用不同的调制方案用于上行链路传输来操作。

这是特别有利的，由于mtc设备在数据传输速率方面优选地具有与移动手机不同的需求。虽然常见的完全配备的无线设备以最大数据传输速率为目标，但mtc设备通常具有相当相反的要求。对于像电表这样的无线设备，传输时间是次要的。因此，不太有效的调制方案对于传输是适当的。

根据本发明的另一优选实施例，提议了一种方法，其包括以下步骤：针对基本节点，向无线设备指示支持所指示的第一调制方案的能力，以及随后使用所设想的第一调制方案接收来自无线设备的传输。

利用该实施例，无线设备从基本节点接收是否基本节点能够支持第一调制方案的指示。

该指示特别地利用广播从基本节点提交给多个无线设备，特别是被分配给第一域、优选地mtc域的那些。该广播优选地是作为bcch的一部分而提交的系统信息块（sib）的一部分。对于系统信息，特别预见将某些系统信息仅保留给mtc设备。因此，支持第一调制方案的指示优选地被集成在m-sib之一中。

当无线设备接收到该信息时，作为响应，将使用第一调制方案开始下一个数据传输。

对于特别在物理上仅能够借助于第一调制方案传输数据的那些无线设备，特别是因为没有用于由基本节点支持的其他调制方案的足够的资源可用，所以来自基本节点的所述指示特别地被使用作为适用性准则。这特别意味着，如果无线设备想要驻留在基本节点上，并且基本节点指示它不支持第一调制方案，则无线设备需要找到另一个基本节点，如果可用的话。

根据另一个优选实施例，所提议的方法包括以下步骤：针对基本节点，向无线设备指示出自多个副载波的为第一调制方案保留的副载波。

利用该实施例，基本节点另外地或替代地向无线设备指示哪个副载波将被用于借助于第一调制方案的数据传输。

优选地，是否基本节点能够支持第一调制方案的先前指示与该指示组合。如果基本节点向无线设备指示哪个副载波将用于借助于第一调制方案的数据传输，则这另外是用于无线设备的信息，这意味着基本节点支持第一调制方案。如果没有指示副载波，则无线设备优选地寻找另一个基本节点。

在另外的优选实施例中，提出了一种方法，其中所分配的副载波是边缘副载波，其特征在于，副载波位于由基本节点支持的频带的一端。

结合所分配的副载波，根据该实施例，有利的是在频率范围的边缘处保留（如果可用的话）副载波用于借助于第一调制方案的数据传输。这减少了与其他副载波的干扰。

替代地或另外，窄带rf滤波器适合于单个副载波，其减少与相邻副载波的干扰。这也使保护带无线电频谱可用于这样的数据传输。

根据另外的有利的实施例，提议了一种方法，其中所分配的副载波基于所支持的频带的侧面（flank）的频率，并且所述副载波仅可用于支持第一调制方案的无线设备。

此外，本实施例提出，使用超过针对用于频带的专用数量的副载波而分配的频率范围的副载波。通常，基本节点的接收机能够接收比其用于解码更大的频率带宽。特别地，在相应频带中，低于2的幂的副载波的数目是可用的。对于快速傅里叶变换（fft），当输入值对应于2的幂时，剩余的副载波被很好地配备用于以未分配用于副载波的调制方案来传输数据。因此，提议将该保护带中的那些副载波分配用于根据第一调制方案的数据传输。

根据本发明的第二方面，提出了一种无线设备，其被配置为驻留在基本节点上，所述基本节点是蜂窝网络的一部分并且被配置为支持频分多址方法，并且该基本节点被配置为接收包括多个副载波的带宽，

其中该无线设备被配置为：

-从基本节点接收来自所述多个副载波的副载波，以及

-仅使用所分配的副载波，在至少一个数据服务会话的时段内向基本节点传输数据，

-其中所述无线设备被配置为针对所述数据传输，在所分配的副载波上使用第一调制方案，该第一调制方案不同于由在所述基站上驻留的至少一个第二无线设备用于所述多个副载波中的多于一个副载波的调制方案。

无线设备特别至少包括处理单元、存储单元和无线收发器。无线设备能够支持第一调制方案，特别地它仅能够使用该第一调制方案用于数据传输。特别地，无线设备包括无线收发器，所述无线收发器包括rf单元，其中收发器能够在足以寻址一个副载波的频率范围内传输数据。这特别有利，由于它为受影响的低成本无线设备节省硬件资源。

第二方面共享本发明的第一方面的优点。

根据本发明的第三方面，提出了基本节点是蜂窝网络一部分，所述基本节点被配置为支持频分多址方法，并且还被配置为从驻留在基本节点上的至少一个无线设备接收包括多个副载波的带宽，

其中该基本节点还被配置为：

-向所述无线设备分配多个副载波中的副载波，

-仅使用所分配的副载波，在数据服务会话的时段内接收来自无线设备的数据传输，其中所述数据传输是在所分配的副载波上的以第一调制方案接收的，该第一调制方案不同于由驻留在所述基本节点上的至少一个第二无线设备用于多个副载波中的多于一个副载波的调制方案。

总的来说，该方面共享本发明第一方面的优点。

此外，有利的是，现有的基本节点实现、特别是在当今lte实现中使用的enodeb从物理前提条件来看已经适合于根据本发明被配置。特别地，rf部分不需要改变，因为预期接收到相同的频带。因此，只有软件更新将足以适配上行链路资源调度器和优选地下行链路传输，特别是在系统信息的广播中指示支持第一调制方案的能力。

如所示出的，本发明有利地解决了所描述的问题，并允许具有低资源的无线设备根据其数据传输需求在lte网络内操作。

附图说明

以下描述和附图详细阐述了某些说明性的方面，并且指明了其中可以采用实施例的原理的少数的各种变型。当阅读作为说明而非限制的示例给出的有利实施例的以下描述和附图时，本发明的特性和优点将出现。

图1表示根据现有技术的来自发射用户设备和接收基本节点的操作步骤的框图；

图2表示根据本发明的优选实施例的来自发射用户设备和接收基本节点的操作步骤的框图；

图3示出了根据本发明的优选实施例的上行链路中的频率时间图；

图4示出了使用的和未使用的频带以及作为本发明优选实施例的一部分的保护带的使用。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于根据单载波频分多址的上行链路传输的根据现有技术的分别为作为lte网络的一部分的基本节点（bs）和用户设备（ue）的无线设备的操作步骤。该过程被示出为通过ue到bs的处理队列。

在本示例中，一对有效载荷数据被放入该处理中，例如作为一个ue的数据服务会话的一部分。以下步骤通常由协议栈内的ue并且结合射频单元（rf）执行。

首先，使用常见lte调制方案gpsk、16-qam或64-qam来调制有效载荷数据，这取决于数据量和用bs配置的方案。然后调制数据被并行化，也就是说在一时间，调制数据的部分在多个路径上被分离。

然后借助于频域中的正向快速傅里叶变换（fft）来转换时域中的这些路径。基于频域中的数据，在分离的副载波上的映射是可能的。由于副载波均覆盖1,4khz，所以一个或多个副载波取决于从基本节点分配的可用于特定ue的数据传输的资源。通常，映射特别地在资源块上完成，所述资源块实际上本身由12个副载波组成。

然后需要对到副载波的映射进行变换，以用于较低层上的模拟串行传输。对于地，首先在时域中执行反向fft，并且然后可以将结果用于串行化。

对lte特定的是循环前缀的添加。这意味着在执行通过空中接口s1到基本节点的模拟传输之前，通过所谓的保护时段来增强特定副载波的频率上的串行化传输。

在bs中，需要执行反向操作，由此预期在需要整理的相应频率范围内接收来自不同ue的数据。

首先，执行对ue中的最后操作的精确反向操作：通过空中接口接收模拟传输的数据，然后去除作为循环前缀处置的一部分的保护时段、使数据并行化并从在频域中从时域正向fft。

在副载波选择步骤中，来自均分配了其用于数据传输的副载波的不同ue的数据传输被发射ue分离。在该示例中，对于用于所示的ue的副载波，最左侧的四个副载波被相应地保留和处置。比如在ofdma中，然后完成了均衡和信道估计的步骤，其是指相对于传入传输上的幅度变化和相移的数据传输中的接收参考符号的使用。

最后，借助于逆fft在时域中对副载波上的数据进行变换，并在之后对其串行化。最终，需要执行复原来自开始的调制的解调，以便接收原始传输的有效载荷。解调需要使用相同的调制方案，只是被复原，如它在ue中在调制步骤处完成的那样。

相比之下，图2示出了用于本发明的示例性实施例的相同的过程。如可以看出的那样，简化主要影响ue，这是本发明的目标。

这在ue侧的步骤us1中以将从ue传输到bs的有效载荷开始。实际上，示出了来自多个ue之一（这里指示为ue（1））的传输。

在下一步骤中，执行使用单副载波窄带调制方案、特别是gmsk或cw的调制us2。

这些调制数据仅需要移位到相应的副载波频率。频率是指在较早的步骤中（特别是在注册、建立数据连接或数据服务会话的不同开始处）用于数据传输的从bs分配的副载波。

作为对符合lte协议结构的适配，也在步骤us3中添加了处置，即在调制数据流中添加保护时段，这只不过是在恒定时间段内插入安静阶段。

最后，在步骤us4中在空中接口s1上经由模拟rf发射机发射所得到的输出。

如可以看出的那样，串行化/并行化步骤和正向或反向fft都不被用于根据本发明的从ue到bs的数据传输。如果模拟发射机只能够支持窄带调制方案，则甚至rf发射机只有足以发射一个副载波的范围。

在bs侧，实际上执行与根据现有技术相同的步骤bs1至bs10。bs5中的副载波选择导致与ue用窄带调制方案传输数据的一样多的副载波。这里用两个箭头指示，至少在时间方面对于使用窄带调制方案的这样的mtc-ue，保留两个副载波，特别是相应频率范围的边缘副载波，从而产生来自不同的ue（1）、ue（n）的分离的有效载荷bs10。

因此，对于每个发射ue（n），执行接下来的步骤bs6至bs10。只有解调步骤bs9与根据现有技术的解调不同，因为这里需要选择相应的解调方案。

在bs侧的该处理队列示出，在支持发明的方法的基本节点上，材料改变不是必要的。这对于硬件部件、特别是接收机特别成立，而且一般过程也没有在材料上改变，其因此仅需要轻微的软件修改以便支持发明的方法。

图3在频率和时间上的图中示出具有所提出的发明的实施例的增强的支持频分多址方法的结构。该图是在频率1和时间2上，并且示出了相应频率带宽4中的副载波3的信令。

在频率轴1上，示出了在相邻副载波3上传输的信号的幅度8。这示出了幅度8的最大值的按15khz的副载波的间隔的ofdma典型分布，其具有幅度的重叠，然而所述重叠在没有附加保护频率的情况下允许充足的信令质量。这种设计是用于利用lte而不是在以前的技术标准中实现更高传输速率的基础之一。

此外，每个单个ofdm符号6按循环保护时段5间隔，这导致整个数据传输的同步。这种结构对于副载波的时域9是共同的。

该概念通常影响上行链路和下行链路传输。

根据本发明的优选实施例，对于表示一个特定副载波3的特定频率4.1，代替sd-fdma信令，另一个窄带调制方案被嵌入在频率带宽中。在特定实施例中，这被示出为边缘副载波，其作为本发明的特定实施例的一部分是有利的。特定调制方案中的该副载波上的传输7沿着时间轴持续，并且还包括保护时段5。

借助于利用副载波的常见幅度结构，在特定副载波的频率上的干扰被忽略。利用调制方案的窄带结构，不引入附加干扰，因此该调制方案可以嵌入在副载波的幅度结构的其余部分中。这归因于以下事实：数据传输的容量要求的增加仅在时域而不是在频域中被请求。这意味着附加数据传输简单地花费更长的时间，这对于所设想的ue来说应当不是关键的。另外，当要求更多的容量并且资源在ue和空中接口二者上都可用时，另一个副载波（优选地与第一副载波相邻的）被预见为被ue使用。

图4作为本发明的另外的优选实施例的一部分示出了根据lte标准的ue与bs之间的频带。示例性地示出15mhz的频带。对于该频带，根据lte标准预见到900个副载波的量，其总共覆盖13,5mhz。在频带的边缘上添加保护带14。

此外，当计算的数据点（在这种情况下为副载波）的数量等于2的幂时，fft执行得最好。对于900mhz频带来说，这将等于1024个副载波。因此，虽然仅声明900个副载波，但是每个bs能够接收至少1024个副载波并在所接收的副载波上执行fft。

除了bs可实际读取的支持的频率范围之外，这留下侧面12。

根据已知的lte标准操作的常见ue11b根据分配的副载波、相应地分布在13,5mhz的频率上的资源块来使用区域10用于数据提交。

能够支持发明的方法的低成本ue11a特别地仅被配置为一次在较小的范围中传输数据。在由虚线指示的频带的全区域上，ue能够支持指定的传输频率，即用于根据第一调制方案的数据传输的副载波。

在可读取频率范围的侧面12上，ue11a因此能够在频率区域10之外、优选地在保护带14之外的副载波15上传输数据。

该选项特别有利，因为这样，不分配其它高性能无线设备的频率。特别是当某些低成本ue可能由于所使用的窄带调制方案的低传输速率而对于相对低数据量花费更长的时间时，分配用于低成本ue的副载波将一段非常长的时间内被阻塞。在常见lte设备的可寻址频带之外的专用副载波的情况下，此处不发生空中接口中的资源冲突。此外，由于所使用的频带仍然在对于bs而言无论如何必须可读取的频率范围内，所以bs侧的硬件修改不是必要的。

在上面的详细描述中，参考附图，其通过说明的方式示出了其中可以实践本发明的特定实施例。充分详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够实践本发明。应当理解，本发明的各种实施例尽管不同但也不一定相互排斥。例如，在不脱离本发明范围的情况下，可以在其他实施例内实现本文结合一个实施例描述的特定特征、结构或特性。此外，应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以修改每个公开实施例内的各个元件的位置或布置。因此，上述详细描述不应被认为是限制含义的，并且本发明的范围仅由适当解释的所附权利要求以及权利要求所赋予的等同物的完整范围来限定。