支持NB-IOT的随机接入过程的制作方法

本发明涉及对支持nb-iot(窄带物联网)的网络的随机接入过程。具体地，本发明提供了用于在支持nb-iot的网络中的随机接入失败的机制。

背景技术：

作为可应用本发明的移动通信系统的示例，简要描述第三代合作伙伴计划长期演进(以下称为lte)通信系统。

图1是例示演进的通用移动电信系统(e-umts)的网络结构的框图。e-umts也可以称为lte系统。通信网络被广泛部署以提供各种各样的通信服务，诸如通过ims和分组数据的语音(voip)等。

如图1所示，e-umts网络包括演进的umts陆地无线电接入网络(e-utran)、演进分组核心(epc)和一个或更多个用户设备。e-utran可以包括一个或更多个演进节点b(enodeb)20，并且多个用户设备(ue)10可以位于一个小区中。一个或更多个e-utran移动性管理实体(mme)/系统架构演进(sae)网关30可以位于网络的端部并连接到外部网络。

如本文所使用的，“下行链路”指的是从enodeb20到ue10的通信，“上行链路”指的是从ue到enodeb的通信。ue10指的是由用户携带的通信设备，并且还可以被称为移动站(ms)、用户终端(ut)、订户站(ss)或无线设备。

对于上行链路信号传输，ue必须考虑定时提前值。

作为版本13的一部分，3gpp已经指定了一个新的无线电接口，即窄带物联网(nb-iot)。nb-iot是针对机器型业务进行了优化的。它保持尽可能简单，以降低设备成本并使电池消耗最小化。此外，它还适于在作为某些机器型通信设备的频繁操作区域的艰难的无线电条件下工作。虽然nb-iot是一个独立的无线电接口，但它与lte紧密相连，它也在当前lte规范中展示了其集成性。

nb-iot技术占用与lte传输中的一个资源块相对应的180khz带宽的频带。利用该选择，以下操作模式是可能的：

图2示出了nb-iot的3种操作模式。

独立操作，可能的情况是利用当前使用的gsm频率。利用它们的200khz带宽，在频谱的两侧仍然保留10khz的保护间隔。

保护频带操作，其利用lte载波的保护频带内的未使用的资源块。

带内操作，其利用lte载波内的资源块。

依次将这些模式在图2中可视化。

在nb-iot中，选择用于接收npss(窄带主同步信号)和nsss(窄带辅同步信号)以及npbch(窄带物理广播信道)的载波被称为锚定载波。但是，rrcconnectionreconfiguration(rrc连接重配置)可以包含针对ul和dl的附加载波、非锚定载波的设置。

当在dl中提供非锚定载波时，ue将接收该频率上的所有数据。这排除了仅在锚定载波上接收的同步、广播信息和寻呼。可以提供指示允许的dlsf的位图。非锚定载波可以包含远远更多的用于数据的sf，因为它不需要同步和广播信息。

一旦配置了非锚定载波，ue就在它处于rrc_connected状态时单独监听该非锚定载波。因此，ue仅需要一个接收器链。

在ul中，同样的原则适用。如果配置了附加的ul载波，则ue仅将该ul载波用于数据传输，在该载波和锚定载波中不存在同时传输。对于dl和ul两者，当ue被释放到rrc_idle状态时，ue返回到其锚定载波。

图3示出了在nb-iot通信中使用多载波的示例。

在图3的示例中，假设ue1配置有锚定载波，ue2配置有dl和ul中的其他载波，并且ue3配置有仅在dl上的不同载波。为简单起见，该图既不考虑npdcch时段，也不考虑针对dl数据不被允许的sf。图3只能被解释为示例性的。

在版本13nb-iot中，ue仅可以在锚定载波上执行随机接入。具体地，如果ue配置有非锚定载波，则需要在锚定载波上执行随机接入过程。

然而，为了实现多个载波之间的接入和拥塞控制，讨论了针对非锚定载波的使用的一些增强。

技术实现要素：

技术问题

设计用于解决问题的本发明的目的在于传统的移动通信系统。本发明所解决的技术问题不限于上述技术问题，本领域技术人员可以从以下描述中理解其他技术问题。

问题的解决方案

为了实现本发明的目的，一方面，提供了一种用户设备ue执行对支持窄带物联网nb-iot的网络的随机接入的方法，该方法包括以下步骤：在第一载波上进行操作；从所述第一载波移动至第二载波；在所述第二载波上执行随机接入过程；并且当在所述第二载波上的所述随机接入过程不成功并且当所述随机接入过程为基于竞争的随机接入过程时，返回至所述第一载波，其中，如果所述ue处于rrc_idle状态，则所述第一载波是锚定载波，并且其中，如果所述ue处于rrc_connected状态，则所述第一载波是配置的载波。

所述配置的载波可以是处于rrc_connected状态的ue在其上操作的载波。

所述锚定载波可以是ue在其上接收同步信号和广播信号的载波。

可以在非锚定载波上允许所述随机接入过程。

这里，在所述第一载波上进行操作可以包括以下步骤：ue监视从所述网络发送的物理下行链路控制信道pdcch。

如果所述随机接入过程是无竞争随机接入过程，则所述第二载波可以是由所述网络指示的被指示载波并且该方法还可以包括以下步骤：当在所述第二载波上的所述随机接入过程不成功时，保持在所述第二载波上。

在本发明的另一方面，一种执行对支持窄带物联网nb-iot的网络的随机接入的用户设备ue，该ue包括：处理器，所述处理器被配置为在第一载波上操作，从所述第一载波移动到第二载波，以及在所述第二载波上执行随机接入过程；和收发器，所述收发器连接至所述处理器并且被配置为发送和接收信号，其中，所述处理器还被配置为：当在所述第二载波上的随机接入过程不成功并且当所述随机接入过程是基于竞争的随机接入过程时，返回至所述第一载波，其中，如果所述ue处于rrc_idle状态，则所述第一载波是锚定载波，并且其中，如果所述ue处于rrc_connected状态，则所述第一载波是配置的载波。

所述配置的载波可以是处于rrc_connected状态的ue在其上操作的载波。

所述锚定载波可以是ue在其上接收同步信号和广播信号的载波。

可以在非锚定载波上允许所述随机接入过程。

所述处理器可以在所述第一载波上监视从所述网络发送的物理下行链路控制信道pdcch以在所述第一载波上操作。

如果所述随机接入过程是无竞争随机接入过程，则所述第二载波可以是由所述网络指示的被指示载波并且所述处理器可以被配置为当在所述第二载波上的无竞争随机接入过程不成功时，保持在所述第二载波上。

应理解，本发明的前述一般描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对要求保护的本发明的进一步说明。

发明的有益效果

根据本发明，ue可以在ue和网络之间没有任何不匹配的情况下执行随机接入。

本领域技术人员将理解，本发明实现的效果不限于上文特别描述的内容，并且从结合附图理解的以下详细描述中将更清楚地理解本发明的其他优点。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且被并入且构成本申请的一部分，附图例示了本发明的(一个或多个)实施方式并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是例示演进的通用移动电信系统(e-umts)的网络结构的框图；

图2示出了用于nb-iot的3种操作模式；

图3示出了在nb-iot通信中使用多载波的示例；

图4是例示在基于非竞争的随机接入过程期间用户设备和基站的操作过程的图；

图5是例示在基于竞争的随机接入过程期间用户设备和基站的操作过程的图；

图6示出了用于本发明的随机接入失败的实施方式的概念；以及

图7是根据本发明的实施方式的通信设备的框图。

具体实施方式

通过参考附图描述的本发明的实施方式，将理解本发明的配置、操作和其他特征。以下实施方式是将本发明的技术特征应用于第三代合作伙伴计划(3gpp)系统的示例。

尽管在本说明书中使用长期演进(lte)系统和lte高级(lte-a)系统来描述本发明的实施方式，但是它们仅是示例性的。因此，本发明的实施方式可应用于与上述定义对应的任何其他通信系统。

如上所述，本发明涉及对支持nb-iot(窄带物联网)的网络的随机接入过程。存在两种类型的随机接入过程。

图4是例示在基于非竞争的随机接入过程期间用户设备和基站的操作过程的图。

(1)随机接入前导码分配

可以针对两种情况执行基于非竞争的随机接入过程，即，(1)当执行切换过程时，以及(2)当被基站的命令请求时。当然，也可以针对这两种情况执行基于竞争的随机接入过程。

首先，对于基于非竞争的随机接入过程，重要的是用户设备从基站接收不可能有竞争的指定随机接入前导码。接收随机接入前导码的方法的示例包括通过切换命令的方法和通过pdcch命令的方法。通过接收随机接入前导码的方法将随机接入前导码分配给用户设备(s401)。

(2)第一消息发送

如上所述，在接收到仅针对用户设备指定的随机接入前导码之后，用户设备将前导码发送到基站(s402)。

(3)第二消息接收

在用户设备在步骤s402中发送随机接入前导码之后，基站尝试在通过系统信息或切换命令指示的随机接入响应接收窗口内接收其随机接入响应(s403)。更详细地，可以以mac协议数据单元(macpdu)的形式发送随机接入响应，并且可以通过物理下行链路共享信道(pdsch)来传送macpdu。此外，优选地，用户设备监视物理下行链路控制信道(pdcch)以适当地接收传送到pdsch的信息。即，优选地，pdcch包括应当接收pdsch的用户设备的信息、pdsch的无线电资源的频率和时间信息、以及pdsch的传输格式。如果用户设备成功接收发送到其的pdcch，则用户设备可以根据pdcch的信息适当地接收发送到pdsch的随机接入响应。随机接入响应可以包括随机接入前导码标识符(id)(例如，随机接入前导码标识符(ra-rnti))、指示上行链路无线电资源的上行链路许可、临时c-rnti和定时提前命令(tac)值。

如上所述，随机接入前导码标识符对于随机接入响应指示上行链路许可、临时c-rnti和tac值对什么用户设备是否有效而言是必需的，这是因为一个或更多个用户设备的随机接入响应信息可以被包括在一个随机接入响应中。在这种情况下，假设用户设备选择与在步骤s402中选择的随机接入前导码相对应的随机接入前导码标识符。

在基于非竞争的随机接入过程中，用户设备可以在通过接收随机接入响应信息确定已经正常执行随机接入过程之后终止随机接入过程。

图5是例示在基于竞争的随机接入过程期间用户设备和基站的操作过程的图。

(1)第一消息发送

首先，用户设备从通过系统信息或切换命令指示的一组随机接入前导码中随机选择一个随机接入前导码，并选择可以发送随机接入前导码的物理rach(prach)资源(s501)。

(2)第二消息接收

接收随机接入响应信息的方法类似于上述基于非竞争的随机接入过程的方法。即，在用户设备在步骤s402中发送随机接入前导码之后，基站尝试在通过系统信息或切换命令指示的随机接入响应接收窗口内接收其随机接入响应，并通过对应的随机接入标识符信息接收pdsch(s502)。在这种情况下，基站可以接收上行链路许可、临时c-rnti和定时提前命令(tac)值。

(3)第三消息发送

如果用户设备接收到其有效随机接入响应，则用户设备相应地处理随机接入响应中包括的信息。即，用户设备应用tac并存储临时c-rnti。此外，用户设备使用ul许可将数据(即，第三消息)发送到基站(s503)。第三消息应当包括用户设备标识符。这是因为基站需要识别执行基于竞争的随机接入过程的用户设备，从而在稍后避免竞争。

已经讨论了两种方法以在第三消息中包括用户设备标识符。在第一方法中，如果用户设备具有先前在随机接入过程之前从对应小区分配的有效小区标识符，则用户设备通过对应于ul许可的上行链路传输信号发送其小区标识符。另一方面，如果用户设备没有先前在随机接入过程之前从对应小区分配的有效小区标识符，则用户设备发送其小区标识符，该小区标识符包括其唯一标识符(例如，s-tmsi或随机id)。通常，唯一标识符比小区标识符长。如果用户设备发送与ul许可相对应的数据，则用户设备启动竞争解决定时器。

(4)第四消息接收

在通过随机接入响应中包括的ul许可发送包括其标识符的数据之后，用户设备等待基站的命令以解决竞争。即，用户设备尝试接收pdcch以接收特定消息(504)。已经讨论了两种方法来接收pdcch。如上所述，如果使用用户设备标识符发送第三消息以对应于ul许可，则用户设备尝试使用其小区标识符来接收pdcch。如果用户设备标识符是用户设备的唯一标识符，则用户设备尝试使用随机接入响应中包括的临时小区标识符来接收pdcch。之后，在第一种方法的情况下，如果用户设备在竞争解决定时器到期之前通过其小区标识符接收到pdcch，则用户设备确定已正常执行随机接入过程，并终止随机接入过程。在第二种方法的情况下，如果用户设备在竞争解决定时器到期之前通过临时小区标识符接收到pdcch，则用户设备识别从pdsch传送的数据。如果数据中包括用户设备的唯一标识符，则用户设备确定已正常执行随机接入过程，并终止随机接入过程。

如上所述，对于nb-iot，支持多载波操作。在版本13nb-iot中，ue(即，nb-iotue)仅能够在锚定载波上执行随机接入(ra)。具体地，如果ue配置有非锚定载波，则需要在锚定载波上执行随机接入过程。

为了实现多个载波之间的接入和拥塞控制，申请人认为非锚定载波ra是有必要的。因此，本发明的一个实施方式从非锚定载波上的随机接入将被支持开始。

在先前的版本13方法中，虽然ue未在锚定载波上成功完成ra过程，但是不需要重新选择其他载波。相反，当ue在非锚定载波上执行ra过程时，在ra不成功时应当考虑另一载波(例如，锚定载波或非锚定载波)选择。

为了避免在ra失败之后ue和enb之间关于ue操作载波(即，ue正在其上操作的载波)的不匹配，建议当ue的ra过程失败时，ue回退到在执行ra过程之前ue在其上操作的载波。

更具体地，如果在ue处于rrc_idle状态时发起的ra过程失败，则ue回退到锚定载波，并且如果在ue处于rrc_connected状态时发起的ra过程失败，则ue回退到配置的载波。

回退意味着ue将操作载波从在其上执行ra过程的载波改变为在执行ra过程之前使用的载波。

图6示出了用于本发明的随机接入失败的实施方式的概念。

ue可以在第一载波上操作(s610)。ue在其上操作的载波意味着ue在该载波上监视从enb发送的pdcch。载波意味着特定频率或频带。

如上所述，nb-iotue不仅可以在锚定载波上执行随机接入，而且还可以在非锚定载波上执行随机接入。因此，基于各种原因，ue可以从第一载波移动到第二载波(s620)并且在第二载波上执行随机接入过程(s630)。

如上所述，可以将第二载波上的随机接入确定为不成功(s640)。在优选实施方式中，当第二载波上的随机接入过程不成功时(s640)，并且当随机接入过程是基于竞争的随机接入(cbra)过程时(s650)，ue可以回退到第一载波(s660)。

这里，如果ue处于rrc_idle状态，则第一载波可以是锚定载波。并且，如果ue处于rrc_connected状态，则第一载波可以是配置的载波。

配置的载波可以是处于rrc_connected状态的ue在其上操作的载波。

另一方面，如果随机接入过程是无竞争随机接入过程(cfra)，则第二载波可以是由网络指示的被指示载波。因此，本发明的优选实施方式建议当在第二载波上的随机接入过程不成功时，ue保持在第二载波上(s670)。

如所解释的，可以基于ue的连接状态和随机接入过程的类型来限定ue的操作。在下文中，根据ue的状态来解释ue的示例性操作。

示例1：处于rrc_idle状态的ra过程

在rrc_idle状态下，ue搜索具有更好无线电质量的载波，并驻留在该载波上。该载波被称为锚定载波。锚定载波的下行链路频率和上行链路频率可以不同。在驻留在锚定载波上之后，ue接收在锚定载波上广播的系统信息。

根据该系统信息，ue获取关于锚定载波以及一个或更多个非锚定载波的信息。关于锚定载波或非锚定载波的信息包括关于prach资源的信息，该prach资源用于对应载波上的ra过程。

在rrc_idle状态下，当(例如，通过ul数据到达或寻呼的接收)触发ra过程时，ue在载波中选择其prach资源在系统信息中被提供的载波。在载波选择期间，ue可以考虑其他因素，例如，覆盖增强水平、接收信号质量、载波优先级、载波负载状态等。

一旦选择了载波，ue就在所选载波上执行基于竞争的ra(cbra)过程。所选择的载波是锚定载波或非锚定载波。一旦进行了选择，ue可以仅在所选择的载波上监视pdcch，并且可以不在其他载波上监视pdcch。

执行cbra过程包括如下行为的步骤，例如，ra前导码的发送、ra响应的接收和竞争解决。所有这些步骤都会经历失败，即，ra前导码发送可能失败、rar接收可能失败以及竞争解决可能失败。在cbra过程期间的任何失败都会导致cbra失败，并且ue会认为cbra不成功。在确定cbra失败之前，ue可以执行多次cbra过程。

当所选择的载波上的cbra失败发生时，ue重新选择在cbra过程之前ue在其上进行操作的载波(即，锚定载波)。换句话说，当所选择的载波上的cbra失败发生时，ue停止在所选择的在其上执行cbra过程的载波上监视pdcch，并开始在锚定载波上监视pdcch。如果触发了另一个cbra过程，则ue再次执行上述过程，即，载波选择、在所选载波上的cbra过程以及如果cbra过程失败则回退到锚定载波。

如果所选载波上的cbra过程成功，则ue保持在所选载波上进行操作，直到由于其他原因改变载波。enb可以在cbra过程期间指示操作载波，在这种情况下，ue在cbra过程之后在指示的载波上操作。

该实施方式的另一方法是当所选载波上的cbra失败发生时，ue在载波当中重新选择一个已经从系统信息获取了其rach资源的载波。

示例2：处于rrc_connected状态的ra过程

在rrc_connected状态下，ue在载波上操作。我们称之为“配置的载波”。在rrc_connected期间，ue在配置的载波上监视pdcch。配置的载波可以与锚定载波相同或不同。enb可以通过专用信令来改变ue的配置的载波。

在rrc_connected状态下，ue可以以两种方式(即，基于竞争和无竞争)来执行ra过程。

当(例如，通过ul数据到达)触发基于竞争的ra过程时，ue在配置的载波上执行cbra过程。因此，由于cbra过程之前和期间的载波相同，因此无论cbra过程是否成功，都不存在载波去同步问题。ue将始终保持在配置的载波上。

然而，当(例如，通过pdcch命令)触发无竞争ra过程时，pdcch命令可以包括应该用于cfra过程的载波的指示。指示的载波可能与配置的载波不同。ue在指示的载波上执行cfra过程。

执行cfra过程包括如下行为的步骤，例如，ra前导码的发送、ra响应的接收。所有这些步骤都会经受失败，即，ra前导码传输可能失败并且rar接收可能失败。cfra过程期间的任何失败都会导致cfra失败，因此ue可能会认为cfra不成功。ue可以在确定cfra失败之前执行多次cfra过程。

当指示的载波上的cfra失败发生时，ue重新选择在cfra过程之前ue在其上进行操作的载波(即，配置的载波)。换句话说，当指示的载波上的cfra失败发生时，ue停止在被指示的、在其上执行cfra过程的载波上监视pdcch，并且开始在配置的载波上监视pdcch。

如果指示的载波上的cfra过程成功，则ue保持在指示的载波上进行操作，直到由于其他原因改变载波。enb可以在cfra过程期间指示另一个操作载波，在这种情况下，ue在cfra过程之后在另一指示的载波上进行操作。

该实施方式的另一种方法是当指示的载波上的cfra失败发生时，ue保持在指示的载波上。换句话说，如果ue在pdcch命令上接收到载波指示，则无论cfra过程是否成功，ue都重新选择指示的载波。当在pdcch命令上接收到载波指示时，ue开始在指示的载波上监视pdcch。

图7是根据本发明的实施方式的通信设备的框图。

图7中所示的设备可以是适于执行上述机制的用户设备(ue)和/或enb，但是它可以是用于执行相同操作的任何设备。

如图7所示，所述设备可包括dsp/微处理器110和rf模块(收发器135)。dsp/微处理器110与收发器135电连接并对其进行控制。基于其实现方式和设计师的选择，所述设备还可包括电源管理模块105、电池155、显示器115、键盘120、sim卡125、存储器件130、扬声器145和输入装置150。

具体而言，图7可以代表ue，其包括：接收器135，所述接收器135被配置为从网络接收信号；以及发送器135，所述发送器135被配置为向网络发送信号。这些接收器和发送器可以构成收发器135。ue还包括连接到收发器(135：接收器和发送器)的处理器110。

此外，图7可以代表网络设备，其包括：发送器135，所述发送器135被配置为向ue发送信号；以及接收器135，所述接收器135被配置为从ue接收信号。这些发送器和接收器可以构成收发器135。该网络还包括连接到发送器和接收器的处理器110。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变更。因此，本发明旨在覆盖本发明的修改和变更，只要这些修改和变更落入随附权利要求及其等同物的范围内。

下面描述的本发明的实施方式是本发明的元件和特征的组合。除非另有说明，否则元件或特征可被视为选择性的。每个元件或特征可以在不与其他元件或特征组合的情况下实施。此外，可以通过组合元件和/或特征的部分来构造本发明的实施方式。可以重新布置在本发明的实施方式中描述的操作顺序。任何一个实施方式的一些结构可以被包括在另一个实施方式中，并且可以用另一个实施方式的对应结构代替。对本领域技术人员显而易见的是，未在所附权利要求中明确记载在彼此中的权利要求可以作为本发明的实施方式组合地呈现，或者可以在提交申请之后通过后续修改作为新的权利要求而被涵盖。

在本发明的实施方式中，被描述为由bs执行的特定操作可以由bs的上面的节点执行。也就是说，显而易见的是，在由包括bs的多个网络节点组成的网络中，可以由bs或除bs之外的网络节点执行为了与ms通信而执行的各种操作。术语“enb”可以用术语“固定站”、“节点b”、“基站(bs)”、“接入点”、“gnb”等代替。

上述实施方式可以通过各种手段实现(例如，通过硬件、固件、软件或其组合)。

在硬件配置中，根据本发明的实施方式的方法可以由一个或更多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理装置(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器或微处理器来实现。

在固件或软件配置中，根据本发明的实施方式的方法可以以执行上述功能或操作的模块、过程、函数等的形式实现。软件代码可以存储在存储单元中并由处理器执行。存储单元可以在处理器的内部或外部，并且可以通过各种已知手段将数据发送到处理器和从处理器接收数据。

本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和必要特征的情况下，本发明可以以除了本文所述的方式以外的其他特定方式来实施。因此，上述实施方式在所有方面都被解释为说明性的而非限制性的。本发明的范围应由所附权利要求及其法律等同物来确定，而不是由以上描述来确定，并且落入所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变都旨在被涵盖于其中。

工业实用性

虽然已经以应用于3gpp系统的示例为中心描述了上述方法，但是本发明还可应用于3gpp系统以外的各种无线通信系统(例如，ieee系统)。