CN101257370B

CN101257370B - 可靠组播的实现方法、系统以及终端和基站

Info

Publication number: CN101257370B
Application number: CN2008100271493A
Authority: CN
Inventors: 郑若滨; 王曦; 张民; 陈雪
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: WO2009121260A1; CN101257370A

Abstract

本发明实施例公开了一种可靠组播的实现方法、系统以及终端和基站，所述方法包括：若没有接收到来自基站的组播帧，则将上行测距信道使用的码分多址接入(CDMA)码字作为没有正确接收到组播帧的反馈信号发送给基站；接收来自基站的在收到所述反馈信号而发送的广播消息后，向基站发送自动重传请求，请求基站重新传送未能正确接收的组播帧；接收基站重传的组播帧。采用本发明实施例，具有提高正确接收组播帧的数量，减少上行资源所占用的带宽的优点。

Description

可靠组播的实现方法、系统以及终端和基站

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种可靠组播的实现方法及系统，以及终端和基站。

背景技术

随着移动通信与因特网的快速发展，通信市场正在呈现出话音业务移动化，数据业务宽带化的发展趋势。微波接入全球互通(WIMAX，World Interoperabilityfor Microwave Access)作为能够提供高速移动数据业务的一种新的接入网技术，正在引起越来越多的重视。WIMAX是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术，常被称为无线主城域网(Wireless MAN，Wireless MetropolitanArea Network)，其基本目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下，可有效地互操作的宽带无线接入手段。

和目前的其它技术相比，WIMAX具有传输距离远、接入速度高、能提供广泛的多媒体通信服务等技术特点，一时发展非常迅速。

WIMAX系统的空中接口IEEE 802.16e规范，为支持光频分多址接入(OFDMA，Optical Frequency Division Multiple Access)下的模式承载业务(MBS，Mode Bearer Service)业务进行了特别定义，考虑到移动性、安全性和业务的完整性，以及业务的单向和连接特点，IEEE 802.16e所支持的MBS业务与普通单播业务相比有若干特点，比如节约空口资源、宏分集支持多基站(BS，Base Station)的MBS模式等等。

发明人在实现本发明的过程中，发现由于无线信道的传输质量易受大气条件、用户装置的衰落特性等影响，所以在组播的内容发送中可能会产生误码。因此，一个或多个用户终端可能接收不到某些组播帧，或者即使接收到也可能包含某些误码。这就需要一种自动重传请求(ARQ，Automatic Repeat reQuest)机制，比如基于确认(ACK，Acknowledgement)或者基于未能确认(NAK，Not Acknowledgement)的反馈机制等，在接收端作为已传组播帧的反馈信息，告诉发送端是否收到了其发送的组播帧。而在现有的WIMAX标准里面，没有规定组播业务的ARQ机制，这样显然不能满足在有组播帧没有正确接收到的情况下的服务质量(QoS，Quality of Service)要求。

发明内容

本发明实施例提供一种可靠组播的实现方法和系统，以及实现可靠组播的终端和基站，可保证组播数据的完整性和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种可靠组播的实现方法，包括：

若没有接收到来自基站的组播帧，则将上行测距信道使用的码分多址接入(CDMA)码字作为没有正确接收到组播帧的反馈信号，在基站分配的测距域中的任一时隙内发送给基站；

接收来自基站在收到所述反馈信号而向所有参加组播的终端发送的广播消息后，向基站发送自动重传请求，请求基站重新传送未能正确接收的组播帧；

接收基站重传的组播帧。

本发明实施例还提供了一种可靠组播的实现方法，其特征在于，包括：

接收来自终端的没有正确接收到组播帧的反馈信号，所述反馈信号利用上行测距信道使用的CDMA码字，在基站分配的测距域中的任一时隙内进行传输；

为终端分配上行资源，并将其接收到的CDMA码字以及CDMA码字的时隙连同所述分配的上行资源通过广播消息发往所有参加组播的终端；

接收来自终端的基站重新传送未能正确接收的组播帧的自动重传请求后，向终端重新传送组播帧。

相应地，本发明实施例还提供了一种实现可靠组播的终端，包括：

反馈信号发送模块，用于在没有接收到来自基站的组播帧，则将上行测距信道使用的CDMA码字作为没有正确接收到组播帧的反馈信号，在基站分配的测距域中的任一时隙内发送给基站；

广播消息接收模块，用于接收来自基站在成功接收所述反馈信号后，向所有参加组播的终端返回的广播消息；

重传请求发送模块，在广播消息接收模块接收到来自基站向所有参加组播的终端发送的广播消息后，向基站发送自动重传请求，请求基站重新传送未能正确接收的组播帧；

组播帧接收模块，用于接收基站重传的组播帧。

本发明实施例还提供了一种实现可靠组播的基站，包括：

反馈信号接收模块，用于接收来自终端的没有正确接收到组播帧的反馈信号，所述反馈信号利用上行测距信道使用的CDMA码字，在基站分配的测距域中的任一时隙内进行传输；

组播帧重传模块，用于在所述反馈信号接收模块接收到所述反馈信号后，为终端分配进行自动重传请求的上行资源，将所述接收到的CDMA码字以及CDMA码字的时隙连同所述上行资源通过广播消息发往所有参加组播的终端，并且在接收到来自终端的自动重传请求后，向终端重新传送组播帧。

本发明实施例还提供了一种可靠组播系统，包括：基站；

所述基站包括：

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在没有接收到来自基站的组播帧的情况下，将上行测距信道使用的CDMA码字作为没有正确接收到组播帧的反馈信号发送给基站；并在接收来自基站的确认信号后，向基站发送自动重传请求，请求基站重新传送未能正确接收的组播帧；因此，可以提高正确接收组播帧的数量，减少上行资源所占用的带宽。

附图说明

图1是测距信道的CDMA码的发生器原理图；

图2是测距信道传输机会示意图；

图3是本发明实施例提供的可靠组播的实现方法的流程示意图；

图4(a)和图4(b)是组播重传延迟计算机仿真结果图；

图5(a)、图5(b)和图5(c)是在不同信道条件下，实施本发明提供的可靠组播实现方法相对单播重传机制节约的上行资源数量的示意图；

图6是采用计算机仿真方法模拟不同信道状况和重传延迟条件下能够保证所有丢包重传成功的最大SS数量的示意图；

图7是本发明实施例提供的可靠组播系统的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的实现可靠组播的终端的组成示意图；

图9是本发明实施例提供的实现可靠组播的终端的组成示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种可靠组播的实现方法和系统，以及实现可靠组播的终端和基站，保证了组播数据的完整性和可靠性。

本发明实施例基于NAK机制，对正确接收的组播帧不发送ACK信号，而对没有接收到或者没有正确接收的帧发送NAK信号作为反馈信息。本发明实施例以利用802.16OFDMA模式的测距信道，作为组播反馈域，即在上行测距信道中传送NAK信号为例子说明本发明实施例提供的可靠组播的实现方法。

上行测距信道是OFDMA模式的上行帧中用于终端进行初始测距、周期测距或者带宽请求的信道。为了传输一个测距消息，每个终端从一组特定的正交CDMA码字中随机地选取一个作为传输码字，用二进制相移监控(BPSK，BinaryPhase-Shift Keying)调制置于上行测距信道(每个子载波1bit)。

在上行测距信道中，每个CDMA码字的长度是144bits，由15级伪随机序列发生器产生256个不同的CDMA码字。

CDMA的发生器如图1所示，每个基站使用这256个码字的子集，子集用S(0～255)表示，子集中的码字从第S个至第(S+N+M+L)mod 256个，其中前N个码字用于初始距离修正，中间M个码字用于周期距离修正，后L个码字用于带宽请求。因此基站可以通过接收到的距离修正码字确定消息的用途。

在802.16e中，还增加了一种码字，即切换测距(handover-ranging)码字，用O表示。

如图2所示，在上行测距信道中还有传输机会的概念，即成功传输一个CDMA码字作为一个传输机会，也可以称为传输时隙，在上行测距信道中，一般会有若干传输机会。

本发明实施例提供的可靠组播的实现方法即为在上行测距信道能使用的256个CDMA码字中分出一部分码字作为组播帧没能正确接收的NAK信号码集，所述NAK信号由终端在基站分配的测距域中的任一时隙内，即任选一个上行测距信道的传输机会中进行竞争传输。

具体地，参见图3，为本发明实施例提供的可靠组播的实现方法的流程示意图，包括如下步骤：

在步骤100，若没有接收到来自基站的组播帧，终端则将上行测距信道使用的CDMA码字作为没有正确接收到组播帧的反馈信号发送给基站；具体地终端从提前设定的CDMA码集中任选一个CDMA码字作为反馈信号，所述反馈信号由终端在基站分配的测距域中的任一时隙内，即任选一个上行测距信道中的传输机会进行传输；所述反馈信号具体为NAK信号。

在步骤101，基站不能分辨哪个终端发送了CDMA的组播帧NAK信号，所以，一旦成功的接收到一个CDMA的组播帧NAK信号，基站将向所有参加组播的终端发送一个广播消息，该广播消息为组播信息，用于通知用户站收到的CDMA码和CDMA码被识别的上行测距信道时隙，并且在此组播信息中为终端分配上行的ARQ空间；

在步骤102，终端接收到基站发来的广播消息后，在指定的ARQ空间内向基站发送自动重传请求，请求基站重新传送未能正确接收的组播帧；

在步骤103，接收来自终端的请求基站重新传送未能正确接收的组播帧的自动重传请求后，向终端重新传送组播帧；

在步骤104，终端接收基站重传的组播帧。

需要说明的是，终端在上行测距信道内发送组播帧的NAK信号时，由于此NAK码集的码字数量有限，若两个或者更多的终端选择了同一个CDMA码字，并且在上行测距信道的同一个传输机会中进行传输，则CDMA码会产生碰撞，使得传输失败。

此时采用截断的二进制指数算法，向后回退若干时隙，并且仍从原有的组播帧NAK信号的CDMA码集中任意选择一个进行传输，若仍然产生碰撞，则继续此截断的二进制指数算法过程。

在此，本发明实施例采用截断的二进制指数算法为例进行回退，在实施例中也可以选择其他的回退算法。

第一次重发时，从【0，1】中随机选择一个数r，后退r*2t的时间(2t为端到端往返传播时间，例如在IEEE802.3中规定为发送512bit所需时间)。

第二次重发时，后退步长加倍，从【0，1，2，3】中随机选择一个数r，后退r*2t的时间。

……

第10次重发时，从【0，1，2......2¹⁰-1】中随机选择一个数r，后退r*2t的时间。

第11次重发时，后退步长不再加倍，从【0，1，2，...，2¹⁰-1】中随机选择一个数r，后退r*2t的时间。

……

第15次重发时，从【0，1，2，...，2¹⁰-1】中随机选择一个数r，后退r*2t的时间。

如果还不成功，则丢弃该数据帧，并向上一层协议报告。最大发送次数为16次。在前10次重发中，步长每次都加倍，这就是所谓“二进制指数”。在第10次重发后，后退步长不再加倍，这就是所谓“截断”。

由于无线传输有一定时延的要求，在本发明实施例中可以在终端设置定时器，若超过一定时间仍然不能发送CDMA信号，则放弃对该组播帧的重传。

本发明实施例提供的可靠组播的实现方法，可以提高正确接收组播帧的数量，并且相对单播重传的方式，可以减少上行资源所占用的带宽。

本发明实施例还对可靠组播的实现方法做了仿真试验，在现有的WIMAX系统条件下，重传延迟在30ms以内可以认为是有效的。本发明实施例的仿真取的组播重传延迟时间为20ms和25ms。需要说明的是，组播重传延迟时间指某个未能正确接收到的组播帧经过本发明实施例提供的可靠组播技术进行正确接收时，相对该帧正常接收的情况下的延迟时间。

组播重传的成功接入率指在发生了某组播帧未能正确接收的情况下，通过本方案能最后正确接收到该组播帧的ss数量占所有未能正确接收到该组播帧的ss数量的百分比。

Backoff start指截断二进制指数回退算法的初始回退步长。

参见图4，是组播重传延迟时间计算机仿真结果图；

图4(a)显示的是利用计算机仿真方法模拟组播重传延迟时间在20ms内成功传输CDMA码的用户端(SS)的数量占所有需要重传的SS(用户端，即终端)数量的百分比。此处设每帧长5ms，每一帧有6个上行测距信道传输机会，CDMA码数取为16。仿真运算次数为100次，取其均值。另外设基站在收到NAK信号后，立即发送确认信号，终端收到确认信号后立即发送ARQ信号，未成功接收的组播信号立即安排重传，这三个过程没有别的延时。

图4(b)显示的是组播重传延迟时间在25ms内成功传输CDMA码的ss的数量占所有需要重传的ss数量的百分比。

其他条件与图4(a)一致。

从图4(a)和图4(b)可以看出，在图中需重传的用户数量下，Backoff start为1时，能够取得最大的组播重传的成功接入率。这是因为在本发明所适用的微蜂窝和微微蜂窝的情况下，用户数量一般不是特别多。比如从图中可以看出，当需要重传的用户数量为20时，成功接入率接近100％；重传用户数量为40时，成功接入率仍然在80％以上。在一般的微蜂窝和微微蜂窝以及信道条件下，本发明均能较好地满足用户重传的要求。

图5(a)、图5(b)和图5(c)显示的是在不同信道条件下，实施本发明提供的可靠组播实现方法相对单播重传机制节约的上行资源数量。

此处利用Gilbert(吉尔伯特)模型，模拟典型的无线信道的突发丢包特性。Gilbert模型本身为本领域的技术人员所熟知的，在此处不再赘述。其中p₁指模型中的总平均丢包率，为0.05到0.25，以0.05为步长，模拟经典模型。用户的误比特率分别为5×10^-3、1×10^-3和1×10^-4。Nε₁∶Nε₂∶Nε₃表示上行误比特率的用户数量的比例，比例不同，结果也不同，分别用图5(a)、5(b)、5(c)来表示。48bits，即是6bytes作为一个上行单元，纵轴表示上行单元的数量。

从图5(a)、图5(b)和图5(c)中可以看出，由于本发明采用NAK机制，在经典的信道模型条件下，本发明所需要的上行资源数量均少于单播重传条件下的所用上行资源数量，且信道条件越好，误比特率越低的用户所占的比例越大，节约的上行资源数量越多。

图6显示的是采用计算机仿真方法模拟不同信道状况和重传延迟条件下能够保证所有丢包重传成功的最大SS数量。

20ms与25ms均指组播重传延迟时间，p₁以及1∶1∶1、1∶2∶3、3∶2∶1的定义与图5(a)、图5(b)和图5(c)相同，表示在误比特率5×10^-3、1×10^-3和1×10^-4的用户数量之比。

如图6所示，图中最高点显示p₁为0.05，重传延迟时间为25ms，用户误比特率比例为3∶2∶1时只要组播用户的数量在130之内，所有用户未能正确接收到的组播数据均能重传成功。最低点显示p₁为0.25，重传延迟时间为20ms，用户误比特率比例为1∶2∶3时只要组播用户的数量在53之内，所有用户未能正确接收到的组播数据均能重传成功。在微蜂窝与微微蜂窝的条件下，本发明能够满足实施使用情况的需要。

如果在用户特别多的情况下，比如大区制的情况，若仍然采用本发明实施例中采用的传输机会，以及用于组播重传的CDMA码字数量等参数，将因为CDMA码字在传输机会中的碰撞而不能很好的完成组播重传的要求，此时可以考虑修改参数，比如增加每帧中的传输机会或者采用更多的用于组播重传的CDMA码字的办法使得成功的组播重传得以实现。不过考虑到CDMA码字数量有限，且在上行中传输机会占用的资源数量不能过大的因素，本发明实施例适用于微蜂窝或者微微蜂窝的情况。

参见图7，为本发明实施例提供的实现可靠组播的终端的组成示意图；

本发明实施例提供的可靠组播系统，包括：

基站2，用于接收来自终端1的没有正确接收到组播帧的反馈信号后，为终端1分配进行自动重传请求的上行资源，并将所述接收到的CDMA码字以及CDMA码字的时隙连同所述上行资源通过广播消息发往终端；并且在接收到来自终端1的所述自动重传请求后，向终端1重新传送组播帧。

以下将详细阐述所述终端1以及基站2的功能和作用。

参见图8，为本发明实施例提供的实现可靠组播的终端的组成示意图；

该终端包括：

反馈信号发送模块10，用于在没有接收到来自基站的组播帧，则将上行测距信道使用的CDMA码字作为没有正确接收到组播帧的反馈信号发送给基站；具体地终端从提前设定CDMA码集中任选一个CDMA码字作为的反馈信号，并任选一个上行测距信道中的传输机会进行传输；所述反馈信号具体为NAK信号。

广播消息接收模块11，用于接收来自基站在成功接收所述反馈信号后，向所述终端返回的广播消息；需要说明地的是，该广播消息为组播信息，用于通知用户站收到的CDMA码和CDMA码被识别的上行测距信道时隙，并且在此组播信息中为终端分配上行的ARQ空间；

重传请求发送模块12，在确认广播消息接收模块11接收到来自基站的广播消息后，在指定的ARQ空间向基站发送自动重传请求，请求基站重新传送未能正确接收的组播帧；

组播帧接收模块13，用于接收基站重传的组播帧。

需要说明的是，终端在上行测距信道内发送组播帧的NAK信号时，由于此NAK码集的码字数量有限，若两个或者更多的终端选择了同一个CDMA码字，并且在上行测距信道的同一个传输机会中进行传输，则CDMA码会产生碰撞，使得传输失败。当向基站发送没有正确接收到组播帧的NAK信号后，终端的确认广播消息接收模块11在预定时间内没有收到基站返回的所述广播消息，则重传请求发送模块12通过CDMA码字重新发送所述反馈信号。

因此所述终端还包括：

回退时隙计算模块14，用于采用回退算法计算出回退时隙，在回退的时隙内通过CDMA码字重新发送所述NAK信号。

参见图9，为本发明实施例提供的实现可靠组播的基站的组成示意图；

该实现可靠组播的基站，包括：

反馈信号接收模块20，用于接收来自终端的没有正确接收到组播帧的反馈信号，所述反馈信号利用上行测距信道使用的CDMA码字进行传输的NAK信号；

组播帧重传模块21，用于在所述反馈信号接收模块20接收到所述反馈信号后，为终端分配进行自动重传请求的上行资源，将所述接收到的CDMA码字以及CDMA码字的时隙连同所述上行资源通过广播消息发往终端，并且在接收到来自终端的所述自动重传请求后，向终端重新传送组播帧。

资源分配单元210，用于为终端分配进行自动重传请求的上行资源，即分配上行的ARQ空间；

广播消息发送单元211，用于所述反馈信号接收模块20接收到的CDMA码字以及CDMA码字的时隙连同所述资源分配单元210分配的上行资源通过广播消息发往终端；需要说明的是，基站不能分辨哪个终端发送了CDMA的组播帧NAK信号，所以，一旦成功的接收到一个CDMA的组播帧NAK信号，基站将向所有参加组播的终端发送一个广播消息，该广播消息为组播信息，用于通知用户站收到的CDMA码和CDMA码被识别的上行测距信道时隙，并且在此组播信息中为终端分配上行的ARQ空间；

重传请求接收单元212，用于接收来自终端的请求基站重新传送未能正确接收的组播帧的自动重传请求；

组播帧发送单元213，在所述重传请求接收单元212接收到来自终端的自动重传请求后，向终端重新传送组播帧。

本发明实施例提供了一种WIMAX系统的可靠组播方法及实现该方法的终端和基站，采用本发明实施例可以提高正确接收组播帧的数量，并且相对单播重传的方式，可以减少上行资源所占用的带宽。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种可靠组播的实现方法，其特征在于，包括：

接收基站重传的组播帧。

2.如权利要求1所述的可靠组播的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：

当向基站发送没有正确接收到组播帧的反馈信号后，终端在预定时间内没有收到基站返回的所述广播消息，则通过CDMA码字重新发送所述反馈信号。

3.如权利要求2所述的可靠组播的实现方法，其特征在于，采用回退算法计算出回退时隙，在回退的时隙内通过CDMA码字重新发送所述反馈信号。

4.如权利要求2所述的可靠组播的实现方法，其特征在于，所述没有正确接收到组播帧的反馈信号是基于自动重传请求机制的未能确认(NAK)信号。

5.如权利要求2所述的可靠组播的实现方法，其特征在于，所述作为反馈信号的CDMA码字选自上行测距信道使用的CDMA码字集。

6.一种可靠组播的实现方法，其特征在于，包括：

7.一种实现可靠组播的终端，其特征在于，包括：

重传请求发送模块，在确认广播消息接收模块接收到来自基站向所有参加组播的终端发送的广播消息后，向基站发送自动重传请求，请求基站重新传送未能正确接收的组播帧；

组播帧接收模块，用于接收基站重传的组播帧。

8.如权利要求7所述的实现可靠组播的终端，其特征在于，当向基站发送没有正确接收到组播帧的反馈信号后，终端的广播消息接收模块在预定时间内没有收到基站返回的所述广播消息，则重传请求发送模块通过CDMA码字重新发送所述反馈信号。

9.如权利要求7所述的实现可靠组播的终端，其特征在于，所述终端还包括：

回退时隙计算模块，用于采用回退算法计算出回退时隙，在回退的时隙内通过CDMA码字重新发送所述反馈信号。

10.一种实现可靠组播的基站，其特征在于，包括：

11.如权利要求10所述的实现可靠组播的基站，其特征在于，包括：所述组播帧重传模块包括：

资源分配单元，用于为终端分配进行自动重传请求的上行资源；

广播消息发送单元，用于将所述反馈信号接收模块接收到的CDMA码字以及CDMA码字的时隙连同所述资源分配单元分配的上行资源通过广播消息发往所有参加组播的终端；

重传请求接收单元，用于接收来自终端的请求基站重新传送未能正确接收的组播帧的自动重传请求；

组播帧发送单元，在所述重传请求接收单元接收到来自终端的自动重传请求后，向终端重新传送组播帧。

12.一种可靠组播系统，其特征在于，包括：基站；

所述基站包括：