无线网络中的D2D通信.pdf

本发明涉及无线网络中的D2D通信。在无线通信网络中，利用改进的随机接入（RACH）过程来建立设备到设备D2D链路。改进传统的RACH过程以使得：能够D2D的UE（11）向其他UE（12）指示其能力；从基站（20）接收另外的信息；以及能够进行用来建立D2D链路的握手过程。考虑到RRC UE状态（RRC_Connected或RRC_Idle），可以对广播系统信息进行另外的改进以在相同或不同覆盖区域内的UE（11，12）之间建立D2D链路。所提出的对广播系统信息的改进包括以下内容：位于不同覆盖区域处的其他UE到能够D2D的UE的覆盖内的链路机会的指示；能够D2D的UE的覆盖区域中的RACH参数，用于指示针对D2D链路的监听时段。

1.  一种在网络中的第一终端和第二终端之间形成设备到设备D2D无线通信链路的方法，其中，基站至少与所述第一终端进行无线通信，该方法包括以下步骤：
所述第一终端将其自身确定为能够提供与另一个终端的D2D链路的能够D2D的终端；
所述第一终端在由所述基站设定的随机接入时段内广播随机接入前导码以公告其D2D能力；
响应于来自所述第一终端的所述随机接入前导码，所述基站发送随机接入应答，所述随机接入应答包括帮助建立D2D链路的信息；以及
所述第二终端检测所述随机接入前导码并与所述第一终端建立D2D链路。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一终端具有与所述基站的直接无线链路。

3.  根据权利要求1或2所述的方法，其中，包含在所述随机接入应答中的所述信息包括以下至少一种：
供所述第一终端今后广播用的随机接入前导码；
与所述第一终端今后对所述随机接入前导码进行广播有关的指令；
针对来自所述第二终端的传输的定时信息；以及
针对来自所述第二终端的传输的资源分配。

4.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一终端在至少一个稍后的随机接入时段内重复所述广播。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中，所述基站进一步指示所述第一终端停止广播所述随机接入前导码。

6.  根据权利要求4所述的方法，其中，所述基站将广播所述随机接入前导码的周期性告知所述第一终端。

7.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以低于从所述第一终端到所述基站进行无线通信所需的发射功率的发射功率来执行所述广播。

8.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，该方法还包括以下步骤：在所述广播之前，所述基站将出于D2D目的的专用随机接入前导码通知给所述第一终端。

9.  根据权利要求1至7中任一项所述的方法，该方法还包括以下步骤：
将一组前导码预先限定为D2D前导码；
所述广播包括所述第一终端选择所述D2D前导码中的一个；
所述基站以随机接入应答来对所述广播做出响应；
所述第一终端发送识别所述第一终端的信号；
所述第二终端对所述信号进行解码以识别所述第一终端，并且将所述D2D前导码中的所选择的一个发送回所述第一终端。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中，所述D2D前导码包括将所述前导码标识为预留用于D2D通信的至少一个比特。

11.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基站与所述第一终端进行无线通信，并且所述第二终端与第二基站进行无线通信，所述第一基站向所述第二基站提供包括所述随机接入时段的信息，并且所述第二基站广播由所述第一基站提供的信息。

12.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述确定由所述第一终端自主地执行。

13.  一种无线通信系统，该无线通信系统包括至少一个基站以及第一终端和第二终端，至少所述第一终端与所述基站进行无线通信，其中，
所述基站包括被设置为设定随机接入时段的控制器和被设置为广播所述随机接入时段的发射器；
所述第一终端包括被设置为确定所述终端是能够提供与另一个终端的设备到设备D2D链路的能够D2D的终端的控制器，以及被设置为在由所述基站设定的所述随机接入时段内广播随机接入前导码以公告其D2D能力的发射器；并且
所述第二终端包括被设置为检测所述随机接入前导码的接收器以及响应于检测到所述随机接入前导码来建立与所述第一终端的D2D链路的控制器；其中
所述基站被进一步设置为响应于从所述第一终端接收到所述随机接入前导码，从所述发射器发射随机接入应答，所述随机接入应答包括帮助建立所述D2D链路的信息。

14.  一种在无线通信系统中使用的终端，所述无线通信系统包括所述终端、与所述终端进行无线通信的至少一个基站以及至少一个其他终端，所述终端包括：
控制器，其被设置为确定所述终端是能够提供与另一个终端的设备到设备D2D链路的能够D2D的终端，以及
发射器，其被设置为在由所述基站设定的随机接入周期期间广播随机接入前导码以向所述至少一个其他终端公告其D2D能力。

15.  一种在无线通信系统中使用的基站，所述无线通信系统包括所述基站、与所述基站进行无线通信并且能够进行设备到设备D2D通信的第一终端，以及第二终端，所述基站包括：
控制器，其被设置为为了通过由所述第一终端发送D2D前导码允许所述第一终端来公告其D2D能力，而设定随机接入时段；
发射器，其被设置为广播所述随机接入时段，并且可选地将专用D2D前导码告知所述第一终端；以及
接收器，其被设置为接收从所述第一终端发射的所述D2D前导码；
所述控制器对所述接收器接收到所述D2D前导码做出响应，使所述发射器发射进一步的信息以帮助在所述第一终端和所述第二终端之间建立D2D链路。

无线网络中的D2D通信
技术领域
本发明涉及诸如与标准的3GPP长程演进（LTE）和3GPP LTE-A（高级LTE）组兼容的无线通信网络，更具体地涉及这种网络的所谓的D2D（设备到设备）链路。
背景技术
无线通信网络是广为人知的，如图1（a）示例性所示，基站BS20利用给定的无线接入技术RAT来与位于BS的覆盖区域（小区）内的用户设备UE11和12（也称作终端、订户或移动站）进行通信。图1（a）中的箭头表示基站BS20与每个UE11和12之间的数据路径。虽然未示出，但是实际中也会存在单独的控制路径，用于在网络中就管理和常规信息方面而言进行通知，这与在数据路径上传输的用于向用户提供服务的数据是不同的。控制路径承载诸如用于在BS和UE之间建立并保持连接的无线资源控制RRC信息。
从基站到UE的通信方向被称作下行链路DL，从UE到基站的通信方向被称作上行链路UL。这样的系统中的资源具有时间维度和频率维度，在典型地以帧为单位组成的时间域中的各个资源都具有多个“子帧”。
近来3GPP开始研究使用在终端之间直接的、点对点的授权频段（licensed spectrum），其中，如从图1（a）中的UE11和12发出的波所表示的，彼此接近的UE的相互发现导致如图1（b）所示的这些UE之间的直接通信。接近的设备之间的发现和通信是在接近业务的整体保护下研究的，并且还被通俗地称作设备到设备D2D通信。这里通过引用并入了2012年8月的文档3GPP TR22.803v0.5.0，“3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group SA;Feasibility Study for Proximity Services(ProSe)(Release12)”。
在D2D通信中，没有必要使每个UE都保持与BS20的直接数据路径。例如，对于图1（b）中的UE12，数据路径可以经由UE11，而UE11与该UE12进行D2D通信。因此，D2D包括针对其他UE，至少针对用户数据用作中继的UE。结果得到 了一个混合网络，其包括UE和基站之间的D2D无线链路和蜂窝无线链路。虽然执行D2D通信的明确方式对于将要描述的本发明来说不是重点，但该术语通常表示利用与蜂窝网络相同的RAT在网络运行方可用的授权频段上的通信。因此，一方面的考虑是诸如通过预留针对D2D通信的特定资源（时间段和/或频率）来避免D2D模式下的设备与UE和BS之间的传统传输之间的干扰。
虽然一般情况下基站将会持续保持与各个UE的控制路径，但是D2D通信并非一定需要与基站的任何数据路径。因此，3GPP的工作目前集中于“在持续的网络控制下并且在3GPP网络范围内的”终端（或UE）之间的D2D通信。
但是，已经制定了利用D2D链路将无线资源管理信息中继到覆盖范围外的设备的规定，使得尤其是在公共安全应用中控制路径也可以利用D2D。这样，就可以利用D2D将无线网络的覆盖范围扩展到任何BS覆盖区域之外的区域。以下，将数据路径（或部分数据路径）和/或控制路径（或其一部分）称作“D2D链路”。进行D2D通信的UE将会被称作处于“D2D模式”。必要时为清楚起见，将UE和BS之间的传统无线链路称作“蜂窝网络”，或者更一般地称作“网络”。
为了能够进行D2D通信，UE有必要公告其D2D能力，且其他UE能够在可用UE中选择要与之形成D2D链路的UE。在更具体地考虑该情况之前，将会针对在3GPP网络，更具体地在LTE网络的范围内以各种抽象水平定义的数据和信令的“信道”给出一些背景解释。图2示出了在逻辑水平、传输层水平和物理层水平中的每一个在LTE中定义的一些信道以及它们之间的映射。
在物理层水平，在下行链路上，用户数据以及系统信息块（SIB）被包含在承载于物理下行共享信道（PDSCH）上的传输信道DL-SCH中。如图2所示，在传输层级别，PDSCH还承载了寻呼信道PCH。在下行链路上存在曾在用于不同目的的信令的各种控制信道；尤其是物理下行控制信道PDCCH用来承载诸如从基站（在LTE中称作eNB）到该基站所服务的各个UE的调度信息。
无论UE当前是否由小区服务，每个基站都向范围内的所有UE广播信道和信号的数量。这些包括如图2所示的物理广播信道PBCH。PBCH承载了所谓的主信息块MIB，MIB为该信号的范围内的任何UE提供了使得UE能够对之前参照的SIB进行接收并解码的基本系统信息。这样的广播信息是无线资源控制RRC信令的一种。
一旦UE对系统信息进行了解码，如以下所描述的，UE就能够遵循随机接入（RA 或RACH）过程来接入网络。UE可以处于与网络RRC连接的“RRC_Connected”模式，或者是UE通电但并不建立任何RRC连接的“RRC_Idle”模式。因此，RACH被用来（除其他事项外）将UE从RRC_Idle模式移至RRC_Connected模式。一旦UE移至RRC_Connected模式，就能够用进一步的UE特定的RRC信令来单独地配置UE。例如，UE从eNB接收用来在随后的上行链路通信中识别UE自身的标识符（C-RNTI）。
在上行链路中，用户数据以及某些信令数据被承载在物理上行共享信道（PUSCH）上，并且控制信道包括用来承载来自UE并且包括信道质量指示（CQI）报告和调度请求的物理上行控制信道PUCCH。这样，eNB从处于RRC_Connected模式的所有UE接收测量报告和其他与UE能力有关的信息。
与将要描述的发明尤其相关地，如果UE没有被分配任何上行传输资源，那么物理随机接入信道PRACH通常用来承载用于接入网络的随机接入信道（RACH）。当没有PUSCH资源被分配到UE时，如果在UE处例如由于到达了要在PUSCH上传输的数据而触发了调度请求（SR），那么为此在专用资源上发送该SR。如果没有向UE分配这样的资源，那么发起RA过程。SR的发送是针对在用于数据发送的PUSCH上的上行无线资源的有效请求。
因此，提供RACH使得UE能够在没有任何可用的专用资源的情况下在上行链路中发送信号，这样不止一个终端能够同时地在相同的PRACH资源中发送。因为（除了以下描述的无竞争RACH的情况以外）网络不会提前知道在任意时间利用资源的该UE（或多个UE）的身份，所以使用术语“随机接入”（RA）。UE采用前导码（被发送时生成具有能够被eNB识别的签名的信号的比特序列）以允许eNB在发送的不同资源之间进行区分。
使用RACH过程的情况包括：
-从RRC_IDLE的初始接入
-RRC连接再建立
-切换
-RRC_CONNECTED中的DL数据到达（不同步时）
-RRC_CONNECTED中的UL数据道道（不同步，或者没有可用的SR资源时）
-定位（基于定时提前TA）
在基于竞争的模式或无竞争模式中UE都能够使用RACH。在基于RA的模式中， UE随机选择任何前导码，如果两个或者更多个UE偶然选择相同的前导码，那么会在eNB处会存在“冲突”的风险。无竞争RA通过eNB通知每个UE可以使用哪些前导码来避免冲突。
以下，“RACH”或“RACHing”也用作动词来表示UE进行RACH过程的至少初始部分。
RACHing能够响应于PDCCH顺序（例如针对DL数据到达或定位）被触发。在LTE的版本8、9或10中，无竞争RA仅可用于切换、DL数据到达和定位。
图3示出了在传统RACH过程中在UE10与LTE无线通信系统的eNB（基站）之间的信号交换。参见图3，RA过程典型地运行如下（针对基于竞争的接入）：
（i）如已经提到的，UE10针对关注小区（服务小区）接收下行广播信道PBCH。在图中用（0）表示。
（ii）在图中用eNB20表示的网络表示小区特定信息，该信息包括以下内容：
●PRACH可用的资源
●可用的随机接入前导码（以下称为“前导码”）（多达64个）
●与小消息尺寸和大消息尺寸相对应的前导码。
（iii）UE10根据那些可用的基于竞争的接入和预期的消息尺寸来选择PRACH前导码。
（iv）UE10在服务小区的上行链路上发送PRACH前导码（也称作“Message1”，在图中用（1）表示）。eNB20接收Message1并且估计UE的发送定时。
（v）UE10针对来自网络（也就是来自eNB20）的响应来监视特定的下行链路信道。UE监视该信道特定时间长度，即图中所示的RAR窗口。响应于UE发送了Message1，UE从网络接收随机接入应答或RAR（“Message2”，在图3中用（2）表示）。以下对此进行更详细的描述。
（vi）响应于从网络接收到Message2，UE利用包含在Message2中的UL授权和定时提前信息在PUSCH上进行经调度的发送（“Message3”，图中用（3）表示）。该发送也称作L2/L3消息。
（vii）如果eNB从多于一个UE同时接收到相同的前导码并且这些UE中的不止一个UE发送了Message3，则可以从eNB20发送竞争解决消息。
如果UE10没有从eNB接收到任何应答，那么UE选择新的前导码并且在随机 退避时间（back-off time）之后在RACH子帧中发送新的传输。
对于无竞争RA，过程更简单：
（i）eNB利用来自无竞争接入可用的那些的前导码来配置UE。
（ii）UE在上行链路上将前导码（Message1）发送给eNBA。
（iii）UE经由PDSCH从网络接收RAR（Message2），该RAR包含针对在PUSCH上进行传输的UL授权。要用于RAR的资源在PDCCH上再次以信号发送。
在基于竞争的RA过程和无竞争的RA过程中，RAR都包含标识UE并且当其进入RRC_Connected模式时被分配到UE的临时小区无线网络临时标识符（C-RNTI）。C-RNTI用来在以后的UL传输中将UE识别到eNB。
在基于竞争的过程中，UE将该C-RNTI以Message3发送回eNB，并且如果不止一个UE这样做，那么将会在eNB处发生冲突，然后会发起竞争解决过程。
在基于竞争的RA过程和无竞争的RA过程中，RAR都包括：
-定时提前命令；
-UL授权；以及
-临时小区无线网络临时标识符（C-RNTI）。
为了管理诸如在下行链路中的调度和堵塞，为eNB提供了用来发送RAR的时间窗口。这是之前提到的RAR窗口并且在附图3示出，并且其基于系统参数的选择，可以被配置为从2毫秒到10毫秒（对应于2到10个子帧）。UE需要监视整个RAR窗口来检测eNB是否确认了其前导码传输。如果在RAR窗口内没有接收到RAR，那么通常会重新发送RA前导码。
LTE中的RA过程的进一步细节在文件3GPP TS36.321中给出，在此通过引用将其并入。
如已经提到的，为了能够进行D2D通信，UE有必要公告其进行D2D的能力和其他UE能够从可用UE中选择要形成D2D链路的UE的能力。因此，需要能够D2D的设备以有效的方式公告其可用性和能力的机制。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种在网络中的第一终端和第二终端之间形成设备到设备D2D无线通信链路的方法，其中，基站至少与所述第一终端进行无线通信， 该方法包括以下步骤：
所述第一终端将其自身确定为能够提供与另一个终端的D2D链路的能够D2D的终端；
所述第一终端在由所述基站设定的随机接入时段内广播随机接入前导码以公告其D2D能力；
响应于来自所述第一终端的所述随机接入前导码，所述基站发送随机接入应答，所述随机接入应答包括帮助建立D2D链路的信息；以及
所述第二终端检测所述随机接入前导码并与所述第一终端建立D2D链路。
优选地，所述第一终端具有与所述基站的直接无线链路（无线小区链路）。但是，对于第一终端来说也可能不直接地与基站进行通信，例如利用另一个存在的D2D链路。
包含在所述随机接入应答中的所述信息优选地包括以下至少一种：
供所述第一终端今后广播用的随机接入前导码；
与所述第一终端今后对所述随机接入前导码进行广播有关的指令；
针对来自所述第二终端的传输的定时信息；以及
针对来自所述第二终端的传输的资源分配。
除了传统中包含在RAR中的信息，例如第一终端的标识符和针对第一终端的上行链路授权之外，还可以提供以上信息。
优选地，所述第一终端在至少一个稍后的随机接入时段内重复所述广播。因此，如果第一终端没有成功建立随后进行D2D前导码初始发射的D2D链路，那么可在随后发射之后再建立。
由于与更广网络有关的原因或与终端本身有关的原因，所述基站进一步指示所述第一终端停止广播所述随机接入前导码。
所述基站可将广播所述随机接入前导码的周期性告知所述第一终端。例如，在将时间划分成帧的无线通信系统中，基站能够设定每n个帧的周期性，其中，n是整数。
在一个实施方式中，以低于从所述第一终端到所述基站进行无线通信所需的发射功率的发射功率来执行所述广播。
在某些实施方式中该方法还包括以下步骤：在所述广播之前，所述基站将出于D2D目的的专用随机接入前导码通知给所述第一终端。这允许基站对在基站范围内 可能的多个能够D2D的终端中的每一个设定不同的D2D前导码，以便允许这些终端的无竞争公告。因此，在这些实施方式中，利用基于无竞争RACH的过程来执行D2D公告，对传统过程进行改进。
其他实施方式对D2D公告进行基于竞争的方法。换句话说，能够D2D的终端通过基于基于RACH的过程来公告其能力，对传统过程再次进行了改进。此时，该方法还包括以下步骤：
将一组前导码预先限定为D2D前导码；
所述广播包括所述第一终端选择其中一个D2D前导码；
所述基站以随机接入应答来对所述广播做出响应；
所述第一终端发送识别所述第一终端的信号；
所述第二终端对所述信号进行解码以识别所述第一终端，并且将所选择的其中一个D2D前导码发送回所述第一终端。
这里，优选地，所述D2D前导码包括将所述前导码标识为预留用于D2D通信的至少一个比特。
该方法可在不同基站的控制下用于第一终端和第二终端。也就是说，所述基站可与所述第一终端进行无线通信，并且所述第二终端与第二基站进行无线通信。在此方案中，优选地，所述第一基站向所述第二基站提供包括所述随机接入时段的信息，并且所述第二基站广播由所述第一基站提供的信息，使得该随机接入时段能够被第二终端知晓。这种方式中，如果第二终端位于第一终端的范围内，那么第二终端能够在随机接入时段内检测D2D前导码。
在以上方法中的任意一个中，优选地，所述确定由所述第一终端自主地执行。也就是说，对于终端来说，将其自身确定为能够D2D既不需要来自终端用户的任何输入，也不需要来自基站的任何触发或另外的信息。因此，本发明的方法能够视作分散的方法，在该分散的方法中，终端针对其自身进行确定以建立D2D链路。
根据本发明的第二方面，提供一种无线通信系统，该无线通信系统包括至少一个基站以及第一终端和第二终端，至少所述第一终端与所述基站进行无线通信，其中，
所述基站包括被设置为设定随机接入时段的控制器和被设置为广播所述随机接入时段的发射器；
所述第一终端包括被设置为确定所述终端是能够提供与另一个终端的设备到设 备D2D链路的能够D2D的终端，以及被设置为在由所述基站设定的所述随机接入时段内广播随机接入前导码以公告其D2D能力的发射器；并且
所述第二终端包括被设置为检测所述随机接入前导码的接收器以及响应于检测到所述随机接入前导码来建立与所述第一终端的D2D链路的控制器；其中
所述基站被进一步设置为响应于从所述第一终端接收到所述随机接入前导码，从所述发射器发射随机接入应答，所述随机接入应答包括帮助建立所述D2D链路的信息。
关于该方法的此系统可具有以上描述的特征中的任意一个特征。因此，例如，对于第一终端来说具有与基站的直接无线链路不是必要的。优选地，基站被设置为响应于来自第一终端的随机接入前导码发送包括信息的随机接入应答来帮助建立D2D链路。
根据本发明的第三方面，提供一种在无线通信系统中使用的终端，所述无线通信系统包括所述终端、与所述终端进行无线通信的至少一个基站以及至少一个其他终端，所述终端包括：
控制器，其被设置为确定所述终端是能够提供与另一个终端的设备到设备D2D链路的能够D2D的终端，以及
发射器，其被设置为在由所述基站设定的随机接入周期期间广播随机接入前导码以向所述至少一个其他终端公告其D2D能力。
该终端可适合于执行以上列举的并可应用于终端的方法步骤中的任意一个。
根据本发明的第四方面，提供一种在无线通信系统中使用的基站，所述无线通信系统包括所述基站、与所述基站进行无线通信并且能够进行设备到设备D2D通信的第一终端，以及第二终端，所述基站包括：
控制器，其被设置为为了通过由所述第一终端发送D2D前导码允许所述第一终端来公告其D2D能力，而设定随机接入时段；
发射器，其被设置为广播所述随机接入时段，并且可选地将专用D2D前导码告知所述第一终端；以及
接收器，其被设置为接收从所述第一终端发射的所述D2D前导码；
所述控制器对所述接收器接收到所述D2D前导码做出响应，使所述发射器发射进一步的信息以帮助在所述第一终端和所述第二终端之间建立D2D链路。
该基站可适合于执行以上列举的并且可用于该基站的方法步骤中的任意一个。
进一步的方面涉及软件，该软件允许配备有处理器的无线收发器设备提供以上限定的终端或基站。这样的软件可被记录在计算机可读介质上，或者其可以是例如以诸如从因特网网站提供的可下载的数据信号的信号的形式，或者其可以是任何其他形式。
根据本发明进一步的方面，提供一种用于发现能够D2D的设备的方法以在UE之间建立D2D链路，所述方法包括以下步骤：公告步骤，其向愿意具有D2D链路的其他UE公告能够D2D的UE，对于潜在的D2D链路，所述公告步骤利用从能够D2D的UE发送的专用信号（针对无竞争RACH方法的专用前导码）或编码信号（针对基于竞争的RACH方法具有特定比特的前导码）向其他UE指示能够D2D的UE的D2D能力；行为改变步骤，在该步骤中，所述能够D2D的UE改变其关于eNodeB的行为（在它们发送所述信号之后），并且所述UE改变其行为以对所述信号进行解码；出于信令优化目的并为了在UE之间建立握手，该方法还包括其他信令以改变或更改所述信号的频率或停止所述信号。
总地来说，除非存在明确的相反意图，关于本发明的一个实施方式所描述的特征可以等价地应用，并且可以与其他实施方式任意组合，虽然这样的组合在本文中没有明确地提出或描述。
如从以上可以明显得出的一样，本发明包括在无线通信系统中的基站和用户设备之间的信号传输。基站可采用适于发送和接收这样的信号的任何形式。假设基站将会典型地采用标准的3GPP LTE和3GPP LTE-A组中的实施方式提出的形式，并且因此可被描述成在不同情况下适用的eNodeB（eNB）（该术语也涵盖Home eNode或毫微微/微微区eNB）。但是，服从于本发明的功能要求，一些或全部基站可采用适于发送和接收来自用户设备的信号的任何其他形式。
类似地，在本发明中，每个用户设备科采用适于发送和接收来自基站的信号的任何形式。例如，用户设备可采用用户服务站的形式、或移动站（MS）或其他任何适于固定位置或可移动的形式。出于形象化本发明的目的，将用户设备想象成移动手机（并且在很多情况下，至少一些用户设备将会包括移动手机）是很方便的，但是，无论怎样这并不意味着存在限制。
本发明的实施方式能够提供利用改进的随机接入（RACH）过程来建立设备到设 备（D2D）链路的新颖的机制。传统的RACH过程被改进以使能够D2D的UE向其他UE指示其能力并且接收额外的（控制）信息，并且能够使用握手过程来建立D2D链路。此外，实施方式改进广播系统信息，以在考虑RCC UE状态（RRC_Connected或_Idle）的情况下在相同或不同覆盖区域中的UE之间建立D2D链路。所提出的对广播系统信息的改进包括：1）在不同覆盖区域到能够D2D的UE的区域中与其他UE的D2D链路机会的指示；以及2）在能够D2D的UE的覆盖区域中的RACH参数以指示针对D2D链路的监听时段。针对UE和eNodeB行为设想对说明书做出改变以适应于所提出的RACH行为。
主要的益处是增强的RACH过程，该增强的RACH过程针对能够在设备之间建立D2D通信链路的所需过程将会导致的更低的控制信令开销。此外，本发明通过对广播系统信息的改进能够在相同或不同覆盖区域中的设备之间有效建立D2D链路。
附图说明
通过仅作为示例的方式参考附图，其中：
图1（a）示例性示出传统的无线小区通信；图1（b）示出D2D通信；
图2示出LTE中的逻辑信道、传输信道与物理信道之间的映射；
图3示出LTE系统中的传统RA过程；
图4示出根据本发明第一实施方式的信令的序列；
图5示出根据本发明第二实施方式的信令的序列；
图6示出根据本发明第三实施方式的信令的序列；
图7示出根据本发明第四实施方式的信令的序列；
图8示出根据本发明第五实施方式的信令的序列；
图9示出根据本发明第六实施方式的信令的序列；
图10是示出可应用本发明的终端的示例的框图；
图11是示出可应用本发明的基站的示例的框图。
具体实施方式
背景技术中介绍的RACH过程包括UE和eNB之间的通信。出于能够公告、建立和修改D2D通信的参数的目的，本发明的具体实施方式涉及RACH过程改进的细 节。以下，“能够D2D的UE”被定义为具有广播与其他UE的D2D链路的可能性（公告）的能力并且针对来自至少一个其他UE或到至少一个其他UE的流量能够作为中继的UE。为了清楚起见，其他UE将会被称为需要D2D的UE。因此，图1（b）中的UE11是能够D2D的UE的示例，U12是需要D2D的UE。
UE可基于诸如UE的固有能力以及其电流负载（数据缓冲状态）、电池水平及其与eNB的无线链路（信道）的质量来确定其是否是能够D2D的UE。诸如接收到的信道强度指示（RSSI）的测量可被UE利用来检查旨在转向足够好的信道以作为中继。由于可认为存在UE能够有效维持的同时D2D链路的数量上的限制，因此检查D2D可用性的进一步的标准是UE是否已经向另一个UE（或一定数量的UE）提供了D2D链路。和/或响应于来自eNB的请求，UE可周期性地检查并确定其可用性。
UE可基于例如其与eNB的无线链路（信道）的质量来确定其是否是需要D2D的UE。例如，如果RSSI的测量值在阈值以下，那么RSSI可被UE利用来判定其需要形成诸如D2D链路的另选的连接。也可以考虑其他因素，例如提供所请求业务所需的数据吞吐量。
应当注意，UE可自主地进行这些判断而不需要任何另外的输入或来自基站的指令、或者终端用户的任何输入。实际上，除非有意愿，否则在体验改进的业务质量（QoS）中用户根本不需要意识到正在建立D2D链路。实施方式另外地提出在开始D2D模式之前发生什么，尤其是UE何时开始监听所提出的专用D2D前导码的广播。
本发明的特征包括：
-在能够D2D的UE（将要执行RACH的UE）和另一个UE之间的握手过程（对协议相互作用进行描述），这另一个UE能够请求或奉命提供利用D2D方法的通信链路。握手过程是利用对传统的使用LTE RACH前导码的方式进行的改进而执行的。
-对传统的LTE RACH过程的改进以使能够D2D的UE能够像其他UE指示其能力，并且从eNB接收另外的（控制）信息。该改进需要UE行为和eNodeB行为这二者的改变。
-出于公告并建立D2D链路的目的，对小区广播信息进行改变使之包括特定的RACH前导码分配（因此节省了UE寻找D2D网关的终端功率），以及在一些实施方式中相邻小区中的D2D机会。
假设，例如在初始接入/连接期间，加入网络的UE向网络传送一些有关其D2D 能力的信息。该信息可包括来自UE的明确的通知：该UE将其自身视为能够D2D的UE。另选地，对于其自身，eNB可从正常地包含在来自UE的报告中的其他信息推断该事实。可假定网络知道所有连接的UE的细节、它们的业务会话、缓冲器状态等。
因此，如上面所提到的，与不同UE无线通信的eNodeB将会知道哪些UE是能够D2D的UE。此外，由于通过定义，D2D链路表示UE之间的直接地通信，因此认为需要D2D的UE能够检测到一个或更多个其他UE的接近。虽然UE可通过对其他UE的存在进行连续地扫描来进行这样的检测，但是为了节省电池电量，优选地，将该检测限制到特定的时间段，随后将会对其进行解释。
在将要描述的所有实施方式中，改进是针对以上所描述的参见图3的传统RACH过程进行的。在每个实施方式中初始步骤都基本相同。
在第一实施方式中，如下对基于无竞争的RACH过程进行改进。图4中示出了以下将要描述的步骤1-3。
1、eNodeB分配用于D2D通信目的的专用前导码并且将其发送至能够D2D的UE。该前导码对于这个能够D2D的UE来说是特有的（因此无竞争）。该专用前导码的寿命是可变参数，并且在以下的实施方式中详细描述了改变该参数（以及为此甚至停止使用某个RACH前导码）的一些方式。
2、然后，能够D2D的UE将会利用所分配的“D2D前导码”来RACH以在该前导码信号的范围内向任意其他UE公告其D2D能力。需要D2D链路的UE将会在RACH时段内进行监听，以识别专用D2D前导码并且识别能够D2D的UE；这是对传统RACH过程的改变。
在步骤2的改进中，用于广播专用D2D前导码的发射功率可以变化，并且特别地，该功率可低于到达eNB正常所需的功率。但是，假设eNB有必要监听专用D2D前导码，那么需要施加更高的发射功率，在该情况下，需要D2D的UE将会需要对测得的RSSI进行额外的修改（scaling）以确保距离远的UE不会形成链路。
3、eNodeB（a）不做修改地广播随机接入应答消息（RAR），其可帮助需要D2D链路的UE来识别能够D2D的UE；（b）广播包括授权给能够D2D的UE的UL的传统RAR（参见以下内容）；或者（c）在某些情况下可能RAR是不必要的。
4、在情况3（a）中，能够D2D的UE因为不再期望该RAR而忽略RAR；可选 地，在情况3（b）中，按照传统的RACH，能够D2D的UE对于其与eNodeB通信授权使用的UL进行记录。
即便在上述情况（a）中，RAR在很多方面仍然是有用的：识别定时对准指令以将随后的针对需要D2D的UE的UL发送同步；识别授权用于发送来自需要D2D的UE的L2/L3消息（未示出）的初始UL资源；或者向需要D2D的UE分配小区无线网络临时标识符C-RNTI。因此，需要D2D的UE也可以接收RAR。随后将会解释，RAR也能够用于出于最优化目的来提供信息并且用于指示能够D2D的UE停止广播专用前导码。
5、在步骤2中检测到能够D2D的UE的需要D2D的UE与能够D2D的UE执行握手过程以建立D2D链路。另选地，如果没有任何需要D2D的UE对前导码信号进行应答，那么能够D2D的UE可重复该过程。
总地来说，其他实施方式通过改变该过程的单个步骤来改善第一实施方式。
图5中例示了第二实施方式的步骤1-3。尽管在第一实施方式中中能够D2D的UE仅执行单个RACH，但是更一般地说，能够D2D的UE可诸如在网络中运行的帧或子帧内分配的RACH时段内周期性地发送前导码。对此的定时可包含在从eNodeB到其范围内的全部UE的广播消息中。
相比于图4示出的第一实施方式的重复整个过程，由于步骤1对于之后的RACH来说不是必要的，因此减少了信令，从而优势是减少了控制信令的发送。
在第二实施方式中，对基于无竞争的RACH过程进行以下修改：
1、eNodeB分配出于D2D通信的目的的专用前导码并将其发送给能够D2D的UE。如果存在与eNB通信的多个能够D2D的UE，那么向每一个能够D2D的UE发送单独的专用D2D前导码。
2、能够D2D的UE利用所分配的D2D前导码进行RACH以公告其D2D能力。需要D2D链路的UE将会在RACH时段内监听以接收专用D2D前导码并且识别能够D2D的UE。
3、eNodeB发送具有额外信息的随机接入应答消息（RAR），指示为了在下一个RACH中使用，是否需要改变专用D2D前导码（D2D前导码）。因此，能够D2D的UE将会在下次使用新的前导码（D2D前导码2）进行RACH。
4、另选地，如果需要D2D的UE执行了握手过程，那么D2D链路被建立，其 可具有终止能够D2D的UE所进行的后续RACH的效果。
这样，eNB就有可能在不必须为此再次发送特定信息（步骤1）的情况下改变分配给能够D2D的UE的前导码。改变前导码例如可被用于向能够D2D的UE明示额外信息。例如，由于eNB通常负责保证QoS，因此eNB可明示D2D链路是延迟不敏感的、高优先级等。
能够D2D的UE可能会出于各种原因而停止发送所分配的D2D前导码，例如，由于电池电量或者缓冲器状态限制，或者由于存在的D2D链路达到了限制数量而不再能够提供D2D链路。
除了出于其自身原因而停止发送D2D前导码的能够D2D的UE之外，eNB可能希望指示能够D2D的UE这样做。eNB具有网络性能的全部知识，并且为了降低UE的能量消耗和/或释放否则将会专用于D2D通信的资源，可以做出完全停止D2D模式的决定。例如，在D2D正用于扩展网络覆盖的情况下，eNB可决定增加其发射功率而不是经由蜂窝网络提供覆盖，或者提高资源利用的效率。
因此，在图6所示的步骤1-3的第三实施方式中，发送了停止信号，这是针对随后的D2D通信停止D2D模式的新方式。对基于无竞争的RACH过程进行了以下修改：
1、eNodeB分配出于D2D通信目的的专用前导码并且将其发送到能够D2D的UE。
2、能够D2D的UE利用所分配的D2D前导码进行RACH以公告其D2D能力。需要D2D的UE将会在RACH时间内监听以接收专用的D2D前导码并且识别能够D2D的UE。
3、eNodeB发送具有额外信息的随机接入应答消息（RAR），该额外信息包括针对特定UE或全部UE停止D2D操作的指令。
4、响应于该指令，UE停止利用该专用D2D前导码进行RACH。
由于发送其前导码的能够D2D的UE消耗了能够D2D的UE的电池电量，因此，可能希望改变能够D2D的UE进行RACH（或者换句话说，执行在此讨论的任一实施方式的步骤2）的频率（周期性）。这会以用于发现的时间为代价来减小能够D2D的UE的能耗。
因此，在第四实施方式中，对基于无竞争的RACH过程进行以下修改：
1、eNodeB分配出于D2D通信目的的专用前导码并且将其发送给能够D2D的UE。
2、能够D2D的UE利用所分配的D2D前导码进行RACH以公告其D2D能力。需要D2D链路的UE将会在RACH时间内进行监听以接收专用D2D前导码的并且识别能够D2D的UE。
3、eNodeB发送具有指示改变前导码频率的额外信息的随机接入应答消息（RAR）。
4、能够D2D的UE利用专用D2D前导码来改变RACH的频率；例如，仅每n个RA时间段而不是每个可用时间段进行一次RACH。
以上的第一至第四实施方式都是无竞争的，但是第五实施方式将本发明的原理扩展到基于竞争的RACH。
与之前的实施方式不同，第五实施方式使用前导码序列的一个特定比特（或更多比特）来明示D2D能力。第五实施方式的前提条件是UE已经能够在前导码分配内识别该“D2D能力比特”。例如，该比特（或比特序列）的含义被写入针对UE行为的网络规范中（因此所有UE都知道该比特的含义）。D2D能力比特的设定又进一步暗示了除了根据本发明的用作D2D前导码以外的可能前导码的子集。
在第五实施方式中，如下利用修改的基于竞争的方法来建立D2D通信：
步骤0：需要D2D链路的UE将会在RACH时段内监听。
步骤1：能够D2D的UE从一组D2D前导码中选择一个D2D前导码并发送，该D2D前导码具有至少一个表示该前导码是用于D2D链路的比特（可用的前导码的细分在MAC规范中执行并且详细描述）。
需要D2D链路的UE将会监听前导码并且将其识别为D2D前导码。
步骤2：响应于D2D前导码，eNB照常发送RAR（广播）。
步骤3：能够D2D的UE（和具有相同前导码的其他UE）向eNB发送L2/L3消息（其包括该UE的标识符）。
需要D2D的UE将对L2/L3消息（单播）进行完全解码以获取能够D2D的UE的ID。因此，需要D2D的UE知道在相邻的UE中哪个UE是提供D2D链路的能够D2D的UE。
步骤4：eNB向能够D2D的UE（成功的UE）发送竞争解决消息（单播）。注意， 为了终止能够D2D的UE的RACH过程，即便不存在实际要解决的竞争，也优选地发送该信息。如果存在竞争，那么终止RACH就确认了在竞争中已经成功的能够D2D的UE。这个能够D2D的UE可将该消息作为广播消息中继到另一个UE，以到达eNB覆盖区域之外的UE。
需要D2D链路的UE利用从步骤3获得的能够D2D的UE的ID对竞争消息进行解码并且接着与能够D2D的UE进行握手过程。
握手过程利用基于无竞争的方法，其中UE向能够D2D的UE发送相同的专用前导码。也就是说，需要D2D链路的UE向能够D2D的UE发送了相同的D2D前导码。
对以上实施方式的假设为：能够D2D的UE和请求加入D2D链路的UE位于一个单个eNodeB的覆盖区域内。在此方案中，开始D2D模式之前，处于RRC连接状态或RRC空闲状态的UE将会监听先前从广播系统信息获得的由能够D2D的UE在RACH时段内广播的专用前导码。
根据以下描述的第六实施方式，对广播系统信息进行修改以当UE处于RRC连接状态或RRC空闲状态时能够在请求D2D链路的UE和属于相同或不同eNodeB的UE之间建立D2D链路。该修改解决了以下问题：UE如何以及何时开始监听能够D2D的UE正在广播的专用D2D前导码。
考虑不同的场景，包括但不限于以下情况：
（i）在相同的eNodeB的覆盖区域中的能够D2D的UE和需要D2D的UE：
处于RRC连接状态的UE
处于RRC空闲状态的UE
区分这两个场景的原因在于处于RRC连接状态模式下的UE不必监听系统信息就能知晓（之前通过系统信息获得的）RACH时段，而处于空闲模式下的UE必须这样做。
（ii）UE与另一个eNodeB的覆盖区域相邻、位于服务能够D2D的UE的eNB的覆盖区域之外：
处于RRC连接状态的UE
处于RRC空闲状态的UE
图9描述的第六实施方式提出了这样的场景：需要D2D的UE位于服务能够D2D的UE的第一eNodeB（eNB1）的覆盖区域外，但是在第二eNodeB（eNB2）的覆盖 区域的边缘。在该实施方式中，假设两个eNB具有某种同步。感兴趣的主要同步信息是eNB1的RACH时段，使得需要D2D的UE能够经由eNB2来接收该信息。因此，在该实施方式中，需要D2D的UE将会接收到其小区（eNB2）的广播系统信息，具有以下新信息：1）与其他UE（来自不同的小区，eNB1）进行D2D的机会的指示，以及2）用于指示D2D链路的监听周期的第一小区的RACH参数。这样，需要D2D的UE就有可能与不同小区中的能够D2D的UE建立D2D链路。这里，尤其是在通过用于D2D通信的各个eNB保留不同时间时段或频率资源的情况下，同步信息和/或D2D机会的指示可包括定时和/或频率信息。
在该场景中，为了资源最优化或干扰减少，对于eNB来说交换关于其各自覆盖区域中的D2D链路的信息也是有益的。
图10是例示可应用本发明的终端10的示例的框图。终端10可包括可在以上描述的无线通信系统中使用的任何类型的设备并且可包括移动电话（包括智能电话）、具有移动通信能力的个人数字助理（PDA）、具有移动通信组件的笔记本或计算机系统、和/或可操作以进行无线地通信的任何设备。终端10包括与至少一个天线802连接的发射器/接收器单元804（一起定义为通信单元），以及可访问存储介质808形式的存储器的控制器806。控制器例如可以是微处理器、数据信号处理器（DSP）、ASIC、FPGA、或其他编程的或者否则被配置为执行以上描述的各种功能的逻辑电路，以便控制通信单元发送SRS信号。例如，以上描述的各种功能可以以存储在存储介质808中并且由控制器804执行的计算机程序的形式实施。控制器806被设置为如之前所讨论的能够D2D的终端（能够D2D的UE）。如之前所讨论的一样，发送/接收单元804在控制器806的控制下广播D2D前导码、接收RAR等。
图11是例示出可应用本发明的基站20的示例的框图。基站可包括与至少一个天线902连接的发射器/接收器单元904（一起定义为通信单元）以及控制器906。控制器例如可以是微处理器、数据信号处理器（DSP）、ASIC、FPGA、或其他编程的或者否则被配置为执行以上描述的各种功能的逻辑电路，以便改变基站20的运行参数。例如，以上描述的各种功能可以以存储在存储介质908中并且由控制器906执行的计算机程序的形式实施。因此，例如控制器906负责分配在之前讨论的第一至第四实施方式中的D2D前导码并负责构建RAR等。发送/接收单元904在控制器906的控制下负责告知能够D2D的UE经分配的D2D前导码、接收从能够D2D的UE发送的前 导码、发送RAR等。
这些实施方式可适当组合：例如，第六实施方式可用来与之前任意的实施方式结合。在本发明保护范围内的各种修改是可能的。
本发明的任意方法中的步骤顺序并不是非常重要。例如，假设在第一至第四实施方式中，在eNB分配用于D2D的专用前导码之前识别能够D2D的UE。虽然这是优选的事件序列，但是无论UE的当前实用性如何，次优选的另选方式（假定前导码的充足可用性）可向每个UE分配专用的D2D前导码以提供D2D链路。
已经提到过，“D2D链路”可包括数据路径、控制路径或两者中的任意一个，并且可针对UL和DL两者或针对UL和DL中的任意一个而进行限定。D2D链路能够替换与eNB的直接链路，或者可补充直接链路以改善现有业务的数据速率、增加新业务、和/或提供冗余。作为一个示例，D2D链路可用作补充DL数据路径以提高需要D2D的UE可实现的数据速率，从而改善诸如视频流的数据密集型业务的QoS。
为了在这些不同种类的D2D链路之间进行区分，能够D2D的UE可利用第一前导码来明示DL数据链路的可用性、针对UL数据链路的另一个前导码等。另选地，在至少一个“D2D能力比特”用作前导码序列的一部分的第五实施方式中，利用多个比特将同样允许接收DL流量或UL流量或两者。
虽然通常理解D2D包括共享可用于蜂窝网络的授权频谱并且利用相同的RAT，但这不是必须的。只要基站通过其余UE的RRC连接能够保持某种整体控制，那么D2D就有可能利用其他频谱和/或其他RAT。这种其他RAT的示例包括Wi-Fi（IEEE802.11）和蓝牙（IEEE802.15）。
之前已经说明，能够D2D的UE将流量中继到eNB并且从eNB中继流量的情况不是必须的。对于某些应用，诸如移动游戏或文件共享，能够D2D的UE和需要D2D的UE在不需要到蜂窝网络的数据路径的情况下就足以通信。但是，eNB应当包括在控制路径中以调整并监管在其覆盖范围内的D2D链路。
虽然以上假设能够D2D的UE具有与eNB直接的无线链路，但这种情况不是必须的，并且能够D2D的UE原则上自身能够专有地（使得与eNB的通信链路是非直接的）或对直接蜂窝无线链路补充地使用与另一个能够D2D的UE的D2D链路。
已经提到，在本发明的一些实施方式中，eNodeB分配出于D2D通信目的的专用前导码并且将其发送到能够D2D的UE。但是，这并不一定意味着eNB必须为每个 可用的能够D2D的UE分配前导码。eNB可具有在其覆盖区域内限制使用D2D的理由，例如，为了避免或减轻蜂窝网络中的正常无线通信的干扰。同样地，在第五实施方式中，eNB可对包括能力比特的特定D2D前导码的使用进行限制。
顺便提及，由于与UE能够传统上指示其UL授权（L2/L3消息）所需尺寸的方式类似，因此在第五实施方式中的“能力比特”是便利的。但是只有一种示例并且存在将前导码指示为“能够D2D”的前导码的多种另选方式。例如，可用的前导码的子集可以在系统规范中被预留为针对D2D使用。
在所描述的实施方式中，能够D2D的UE针对其自身确定D2D通信的可用性。但是，这不是必须的并且可以由基站来通知UE该基站将会像UE一样提供D2D链路。
同一个能够D2D的UE可向不止一个需要D2D的UE同时提供D2D链路。
虽然以上已经提及具有“用户”的“UE”，但是本发明可等价地应用到终端是机器的被称为机器到机器（M2M）通信。
总之，本发明的实施方式能够利用改进的随机接入（RACH）过程提供新颖的机制来建立设备到设备（D2D）链路。对传统的RACH过程进行改进以使得能够D2D的UE能够向其他UE指示其能力、接收额外的（控制）信息并且能够进行建立D2D链路使用的握手过程。此外，考虑RRC UE状态（RRC_Connected或RRC_Idle），实施方式对广播系统信息进行改进以使得能够在相同或不同覆盖区域中的UE之间建立D2D链路。所提出的对广播系统信息的改进包括：1）在不同的覆盖区域到能够D2D的UE的区域中与其他UE建立D2D链路机会的指示，以及2）在能够D2D的UE的覆盖区域中的RACH参数，以指示针对D2D链路的监听时段。将对UE和eNodeB的说明改变以适于所提出的RACH行为。
工业实用性
本发明的实施方式能够提供增强的RACH过程，对于在无线通信网络中的UE之间建立D2D通信链路所需的过程来说，得到了更小的控制信令开销。此外，本发明通过对广播系统信息的改进能够在相同或不同覆盖区域中的设备之间有效地建立D2D链路。