CN101621361B - 广播、组播反馈信令的传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种广播、组播反馈信令的传输方法，该方法包括上行资源分配过程、反馈信号产生过程、及反馈信号发送过程，所述上行资源分配过程为所有可能向同一个父节点进行反馈的子节点分配同一个时频资源，以支持反馈信令的传输；所述反馈信号发送过程中，各子节点首先校验本地接收的广播/组播数据包是否正确，如果发现有错误而无法纠正，则在上行资源分配中所指定的对应于该数据包的时频位置，发送一个NAK信令。本发明的反馈信令传输方法提出了在同一个时频位置复用多个反馈信令的方法，使组播/广播反馈信令的开销独立于反馈节点的数量，以节省频谱资源，拓展反馈机制在组播/广播通信中的有效应用范围。

Description

广播、组播反馈信令的传输方法

技术领域

本发明属于通信信息技术领域，涉及一种反馈信令的传输方法，尤其涉及一种广播、组播反馈信令的传输方法。

背景技术

在传统的无线通信系统中，在传输广播信号时，出于对反馈开销和业务时延等的考虑，很少采用在数据传输中所常用的HARQ反馈机制来提高性能，而更多地采用高发射功率和增强编码(相当于降低信号传输速率)来保障广播信号在覆盖范围内的传输性能。随着Relay/Mesh等一些新技术的发展，这一局面有望得到改观。

在IEEE 802.16j工作组的标准化进程中，有提案提出通过关键中继节点对组播进行反馈，来改善无线Relay网络中组播通信的性能，见参考文献【Ismail Guvenc and Ulas C.Kozat，《Reliable multicasting with selective acknowledgement for IEEE 802.16j》IEEE C802.16j-07/227，Mar 3，2007.】。为此，可以支持一些特定接收端集合使用有ARQ反馈的组播机制，提高传输的可靠性，这种模式称作“可靠的组播模式”(RMM，Reliable Multicast Mode)。

在RMM模式下，组播通信中的关键中继节点可以根据其接收组播数据包(multicast packet)成功或失败，向该组播数据包的发送节点反馈一个ACK或NACK信令。如果组播树中的某个发送节点根据其收到的反馈信号，发现其子节点中有关键中继节点接收某个组播数据包发生失败，那么这个发送节点可以重发该组播数据包。这种反馈的作用和意义是：它可以有效地支持系统实现可靠的组播通信。

其示例如图1所示，BS-A是组播树根，RS-B，RS-C，RS-D，RS-E同MS-1，MS-2是距离根节点1跳的节点，即组播树中深度为1的节点。MS-1和MS-2没有服务于其它节点，而这些RS需要重传接收到的分组数据。RS-D服务了MS-7、MS-8、…、MS-16共8个MS。类似的，RS-B，RS-C和RS-E都仅服务2个MS。很明显，该组播树中RS-D是一个非常关键的中继站。如果RS-D没有正确接收BS-A发送的分组数据，则会影响8个MS的数据接收。相对来说，RS-B，RS-C和RS-E并不关键，因为即使它们错误接收到BS-A发送的分组数据，也仅会影响2个MS的数据接收。

在IEEE 802.16j工作组的提案中，尚未见到针对组播反馈信令传输的特殊方案。假如仍然沿用现有的单播反馈方法，那么需要为每个关键节点分配独立的上行频谱资源以支持反馈，反馈开销随着关键节点的数量而很快增大。

在IEEE 802.15.5工作组的标准化进程中，有提案提出针对广播反馈信令的特殊方案，以改善无线Mesh网络中广播通信的可靠性，见参考文献【Inhwan Lee，Sungrae Cho，et al.，《Timer-based reliable broadcasting scheme for LR-WPAN mesh MAC，》IEEE802.15-15-07-0614-00-0005，Feb 28，2007.】。如图2所示，分配一段连续的时间资源，供关键中继站节点(CRS)发送反馈信令，如果CRS接收的数据错误，则激活其NAK定时器；如果CRS接收的数据正确，则激活其ACK定时器。这里，NAK定时器在[0，αD)的范围内随机产生，而ACK定时器在[αD，1)内产生。在发射端，如果有组播数据需要发送，它将组播该数据并设置定时器D，在接收到反馈(ACK/NAK)前，若定时器D超时，它将重传上述原始数据。一旦发射端接收到一个NAK，它便重传该数据。当发射端接收到一个ACK，若仍有待发数据，它便发射后续的组播数据，并重新设置定时器D。在CRS端，当接收到新的组播数据，CRS将取消前次组播数据定时器，重新设置新一轮定时器。

该方案所消耗的反馈资源很大。这是因为，第一，在媒体广播中，通常需要传送大量的数据包，而该方案需要为每一个广播数据包都独立分配一段供NAK信令和ACK信令作竞争接入的上行时间资源D；第二，NAK信令接入时段和ACK信令接入时段之间采用时分复用；第三，NAK信令接入时段αD和ACK信令接入时段(1-α)D都需要能够容纳多个MAC信令的长度；第四，为了降低碰撞概率，其时间长度需要随着反馈节点数的增加而增大。

综上所述，现有的各种无线通信技术，或者尚不支持对广播信号接收错误的反馈，无法利用反馈来改善广播通信的可靠性，或者虽然支持组播/广播通信的反馈，但是反馈开销很大，并且随着反馈节点数量的增加，需要消耗大量的频谱资源，因此其应用受到限制。如何针对广播/组播信号的反馈，设计一套特殊的方案，以在保持性能的同时，消耗较少的频谱资源，且消耗的资源不随着反馈节点数量而增加，是一个非常现实的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以节省频谱资源、拓展反馈机制在组播/广播通信中的有效应用范围的广播或组播反馈信令的传输方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种广播、组播反馈信令的传输方法，该方法包括上行资源分配过程、反馈信号产生过程、及反馈信号发送过程，所述上行资源分配过程为所有可能向同一个父节点进行反馈的子节点分配同一个时频资源，以支持反馈信令的传输；所述反馈信号发送过程中，各子节点首先校验本地接收的广播/组播数据包是否正确，如果发现有错误而无法纠正，则在上行资源分配中所指定的对应于该数据包的时频位置，发送一个NAK信令。

作为本发明的一种优选方案，所述反馈信号发送过程中，在指定的上行时频资源内，以相同的调制编码形式发送同一个反馈信号。

作为本发明的一种优选方案，若子节点可预估发送信道，则所述反馈信号发送过程中，子节点根据该预估信道，对NAK信号进行预均衡，该预均衡中包含对信道相位的补偿，使得父节点接收到的来自各子节点的NAK信号具有相同的相位。

作为本发明的一种优选方案，当需要对多个广播/组播数据包同时进行反馈时，使用不同的序列来区分数据包。

作为本发明的一种优选方案，当需要对多个广播/组播数据包同时进行反馈时，通过循环移位来区分数据包，以使各反馈信号序列之间依然是正交，以防引入各反馈信号之间的干扰。

作为本发明的一种优选方案，所述父节点对反馈信号的检测，通过计算与本地参考信号的相关来实现，检测性能利用相关检测算法中的阈值来调节。

作为本发明的一种优选方案，所述各个子节点在接收多个广播/组播数据包失败时，发送一个相同的NAK信号，同时降低发射信号功率，各子节点根据重要性不同而使用相同或不同的功率，从而以投票的形式使得父节点只在重要性足够高时，重传某一组广播/组播数据包。

作为本发明的一种优选方案，所述在系统发送广播/组播信号时，在下行资源分配信令中为该数据流分配一个流标识，指明该流发送给哪些用户，并标明该流是否支持反馈；而在上行资源分配信令中，为帧内所发送的下行广播/组播数据，分配相应的上行反馈资源，指明该反馈所对应的下行流标识，并能够唯一地确定上行反馈资源中的每个反馈时频单元与下行流的每个数据包之间的对应关系。

作为本发明的一种优选方案，所述设节点m在第k个Tile的时频位置所估计的信道为

其中

和

分别为所估计的信道幅度和信道相位，则节点m在这个反馈时频块中发送的NAK信号为

接收端的接收信号可以表示为：

$r\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}{h}_m\left(k\right)s_m\left(k\right)+n\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\frac{h_m\left(k\right)}{{\hat{h}}_m\left(k\right)}s\left(k\right)+n\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}{s^{\′}}_m\left(k\right)+n\left(k\right);$

其中Ω为接收该广播/组播数据包失败而需要发送NAK信令的节点集合；

预均衡中通过相位补偿，在接收端各NAK信号同相叠加，以使有用信号获得增强；

在接收端进行NAK信号检测时，不必作信道均衡，与单一节点发送的NAK信令检测方法相同；对于幅度为1的恒模调制的NAK信号序列s(k)，采用如下判决变量进行检测：

$D=\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}r\left(k\right)s^H\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_m\left(k\right)}{{\hat{h}}_m\left(k\right)}+\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}n\left(k\right)s^H\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_m\left(k\right)}{{\hat{h}}_m\left(k\right)}+n^{\′}\left(k\right)$

其中H为共轭转置；当||D||2＝DHD大于等于设定的判决门限C时，可以判决为接收到NAK信令；判决门限C的设定，也与单一节点发送NAK信令时的阈值设定方法相同。

作为本发明的一种优选方案，所述在系统发送广播/组播信号时，在下行资源分配信令中为该数据流分配一个流标识，指明该流发送给哪些用户，并标明该流是否支持反馈；而在上行资源分配信令中，为本帧内所发送的下行广播/组播数据，分配相应的上行反馈资源，指明该反馈所对应的下行流标识，并能够唯一地确定下行流的每个数据包与上行反馈资源中的时频位置、码子序号、循环移位等参数之间的对应；

当子节点在接收某个广播/组播数据包失败时，在与该数据包相对应的上行时频位置，根据与该数据包相对应的码字序号和循环移位等参数，发送一个NAK信令；该信令可以通过如下方式产生：

首先，生成长度为N的CAZAC序列或Zadoff-Chu序列：

$c_p\left(n\right)=\exp (-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}v\frac{n(n+1)}{2}),$ n＝0，1，...，N-1

其中v是CAZAC序列的索引，不必考虑序列间干扰，所述CAZAC序列长度N为任意整数；

然后，将该CAZAC序列映射到相应的频域位置，再经IFFT变换到时域，该时频位置与接收失败的广播/组播数据包的序号相对应；

最后，将该时域信号循环移位kL点，并在头部加上L点的循环前缀，其中长度L主要由信道多径时延扩展和滤波器有效长度等因素决定，通过下行信令指定，k为循环移位参数，与接收失败的广播/组播数据包的序号相对应。

作为本发明的一种优选方案，所述v是由广播/组播发射节点所规定的一个值，可以为素数或者采用2的整次幂，以降低实现复杂度。

作为本发明的一种优选方案，所述设与广播/组播数据包的序号p相对应的NAK信令的发送信号为sp(t)，则当只有一个子节点m发送NAK信令时，接收信号r(t)为：

$r\left(t\right)=s_p\left(t\right)*\underset{i=1}{\overset{K_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,i}(t-{\mathrm{\τ}}_{m,i})+n\left(t\right);$

其中K_m为节点m发送信号所经过的信道多径数量，h_m，i和τ_m，i分别为节点m发送的NAK信号所经过的第i条多径的信道和时延，*表示卷积运算，n(t)为噪声；

当有多个子节点在接收序号为p的广播/组播数据包失败时，所述多个子节点在相同的时频位置，以相同的循环移位，发送一个相同的NAK信号，此时接收信号r(t)可以表示为：

$r\left(t\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}[s_p\left(t\right)*\underset{i=1}{\overset{L_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,i}(t-{\mathrm{\τ}}_{m,i})]+n\left(t\right)=s_p\left(t\right)*\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{K_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,i}(t-{\mathrm{\τ}}_{m,i})+n\left(t\right);$

其中Ω为接收序号为p的广播/组播数据包失败的节点的集合。

作为本发明的一种优选方案，一个上行时频资源块同时支持多个广播/组播数据包的反馈，需要建立各循环移位与各数据包序号之间的映射关系；当广播/组播数据包数量较多时，采用一一映射；当广播/组播数据包较少时，采用一对多的映射关系。

本发明的有益效果在于：本发明的反馈信令传输方法提出了在同一个时频位置复用多个反馈信令的方法，使组播/广播反馈信令的开销独立于反馈节点的数量，以节省频谱资源，拓展反馈机制在组播/广播通信中的有效应用范围。

附图说明

图1为IEEE802.16j中提出的针对组播的反馈方案示意图。

图2为IEEE802.15.5中提出的针对广播反馈信令的资源分配方案示意图。

图3为采用预均衡的NAK信号发送方法的示意图。

图4为IEEE802.16d中OFDMA系统上行ACK/NAK信令所的时频结构图。

图5为采用预均衡的NAK信号发送方法示意图。

图6为NAK信令的循环移位与广播/多播数据包序号的映射关系图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

本发明提出一套针对广播/组播系统的层2数据包传输成功与否的反馈信令发送方案。该反馈方案的目的，是为了使无线通信系统能够支持可靠而高效的广播/组播通信。

本发明提出的技术方案包括两个部分：广播/组播反馈的上行资源分配过程、广播/组播反馈信号的产生和发送过程。

一、广播/组播反馈的上行资源分配过程

在上行资源分配中，为所有可能向同一个发送广播/组播信号的节点(以下称为父节点)进行反馈的节点(以下称为子节点)，分配同一个时频资源，以支持反馈信令的传输。

该上行资源分配信令中，应(显式或隐式地)指明所分配的每一个广播/组播反馈时频资源，与父节点所发送的广播/组播数据包之间的对应关系。但是一般不必指明某一个广播/组播反馈时频资源，与发送反馈信号的子节点之间的对应关系。

当只需要一部分子节点进行反馈时，既可以在发送该广播/组播数据流时，显式地指明需要进行反馈的节点，也可以通过规定反馈节点应满足的某些要求(例如其后续若干跳内的节点数应大于多少)，来隐式地指明。

在本方案中，分配给广播/组播反馈信号的上行时频资源的大小，一般与需要进行反馈的节点数量无关。反馈节点数量的多少，不影响资源分配。因此，如果有必要，接收广播/组播反馈信号的节点，也可以根据其具体情况，参与是否需要进行反馈的决定。在这种情况下，在上行资源分配中，可以部分地指明需要进行反馈的节点，甚至可以完全不指明哪些节点需要反馈，完全由各节点根据某种规则，采用类似于分布式决策的方式自行判定。

二、广播/组播反馈信号的产生和发送过程

各子节点首先校验本地接收的广播/组播数据包是否正确。如果发现有错误而无法纠正，那么就在上行资源分配中所指定的对应于该数据包的时频位置，发送一个NAK信令。

该NAK信令的信号，依据系统条件的不同，可以有两种不同的产生方法：

1.针对子节点可预估发送信道的系统

在某些无线通信系统中，子节点可以预先估计其NAK信号所对应的无线信道。在此基础上，如图3所示，子节点可以根据该预估信道，对NAK信号进行预均衡。该预均衡中应包含对信道相位的补偿，使得父节点接收到的来自各子节点的NAK信号具有相同的相位。

在父节点检测NAK信号时，由于各子节点已经进行了预均衡，所以检测过程相对简单，可以无须再进行信道均衡，而直接通过解调和解扩频(或译码)等过程来实现检测。检测性能可以利用解扩频后的检测阈值(或软译码后的判决门限等)来调节。

该方法可以在实现广播/组播反馈的同时，消耗最少的频谱资源。但是其依赖的前提条件使其应用范围受到特定系统的局限。

该方法在计算复杂度上，在上行接收端，与一般地信号检测相比，不需要信道均衡，复杂度略有降低但影响不大，在上行发送端，需要增加信道预均衡计算，复杂度略有增加但影响不大。

该方法在性能损失上，与目前常用的单播反馈方法相似，性能损失主要取决于信道估计的精度、用于承载反馈信令的子载波个数及其时频分布的分集特性等；此外，与目前的单播反馈方法相比，额外的性能损失来自于信道时变特性引入的信道预测误差，额外的性能改善来自于多节点发送的反馈信令在接收端同相叠加后产生的信噪比增益和多用户分集特性。

2.针对一般系统

在一般的无线通信系统中，当各子节点不能预知其发送信道时，无法对所发送NAK信号进行信道相位补偿，在此情况下，可以在指定的上行时频资源内，以相同的调制编码形式发送同一个反馈信号。

由于各子节点发送的信号在到达父节点时，经历了不同的信道，所以该发送方法等效于只发送一个NAK信号，而经历了一个等效信道。该等效信道对应于来自于不同子节点的多个互不相关的信道的叠加，因此实际上是一种空间分集。

从信道冲击响应的角度看，多信道的叠加，使多径数量增加，信道的时延扩展增大，因此会造成频率选择性增强。这样的情况不利于在频域直接检测，而适宜于在时域进行信号的相关检测(当然仍可通过借助频域信号处理来实现间接的时域相关检测)。

与随机接入信号类似，为实现时域相关检测，广播/组播反馈信号需要具备良好的自相关性能。与带宽请求中的同步随机接入(Synchronized RACH)类似，广播/组播反馈信号是在已经同步的前提下发送。

但是，与之不同的是，同步随机接入信号仍然需要能够区分用户，比如让基站在检测到带宽请求信号后，能够判断出是哪个用户在作带宽请求。而广播/组播反馈信号并不需要提供区分子节点的功能。

由此造成的信号设计中的一个显著差异是：随机接入信号须提供随机标识(Random ID)，而广播/组播反馈信号不用提供随机标识。在带宽请求中，不同终端各自独立地选择随机标识，会造成用户间干扰，而且因为不同随机标识所对应的序列之间并不正交，所以检测性能受到多用户的显著影响。在广播/组播反馈中，不同子节点可以使用完全相同的序列，从而不但避免不同序列之间的非正交干扰的影响，而且相关检测中的多径能量会随着反馈子节点的增加而增强，使得NAK信令的检测性能可以非常优越。

当需要对多个广播/组播数据包同时进行反馈时，可以通过循环移位来区分数据包，这样各反馈信号序列之间仍然是正交的，而不会引入各反馈信号之间的干扰。

该方法也可以扩展到使用不同的序列来区分数据包，但是这种扩展有可能引入干扰，从而影响到反馈信号的检测性能，因此须慎重采用。

父节点对反馈信号的检测，可以通过计算与本地参考信号的相关来实现，具体方法类似于随机接入信号的检测方法，见参考文献【3GPP R1-062175，《Random access burst design forE-UTRA，》Tallinn，Estonia，Aug 28-Sep 1，2006.】。检测性能可以利用相关检测算法中的阈值来调节。

该方法在计算复杂度上，在上行接收端，复杂度高于现有的单播反馈方法，而接近于现有的随机接入检测方法，其中最主要的复杂度来自于傅立叶变换(先在频域乘以参考信号，再作小IFFT变换到时域)；在上行发送端，复杂度与现有的单播反馈方法相近。但是无论父节点需要支持来自多少个子节点的反馈，在上行接收端，都只需要做一次检测，而如果采用现有的单播反馈方法，则对于N个子节点，上行接收端需要进行N次独立的检测。因此该方法的可扩展性显著强于现有的单播反馈，适合于子节点较多的场景，或者子节点数量差异较大的场景。

该方法在性能特性上，因为检测方法不同，所以与现有的单播反馈方法完全不同，难以进行比较，而与同步随机接入方法相比，由于多用户分集等原因，可以获得更好的性能，并且与随机接入中需要避免信号碰撞恰恰相反，需要反馈的子节点数量越多，该方法的性能越好。

因此，在子节点无法预估发送信道的系统中，该方法和重复使用现有单播反馈方法相比是否存在复杂度和性能优势，需要依每种具体系统场景进行评估之后分别予以确定。

以下给出基于OFDMA空中接口的两个实施例。

实施例二：子节点可预估发送信道的系统

在某些TDD模式的固定无线接入系统中，由于信道时变缓慢(例如2.4GHz移动速度3km/h对应于多普勒频率约7Hz)，所以当帧长较短时(例如IEEE802.16d标准中定义的帧长包括2.5ms、4ms、5ms等选项)，其上行子帧内的信道有可能与其下行子帧内的信道具有互易特性。虽然上行信道的接收端和下行信道的接收端可能面临不同的干扰，但是本发明主要关注于发送的(NAK)有用信号本身所经历的信道。

在系统发送广播/组播信号时，可以在下行资源分配信令中为该数据流分配一个流标识，说明该流发送给哪些用户，并标明该流是否支持反馈；而在上行资源分配信令中，可以为帧内所发送的下行广播/组播数据，分配相应的上行反馈资源，说明该反馈所对应的下行流标识，并能够唯一地确定上行反馈资源中的每个反馈时频单元与下行流的每个数据包之间的对应关系。

如图4所示，假设系统采用类似于16d的时频结构，为某个下行子帧内的广播/组播数据包，在上行子帧内分配了3个Tile作为反馈信道，那么所有需要接收该广播/组播数据包，但是接收失败的节点，都应当在这3个Tile内发送一个NAK信令。

对于3x3的Tile，因为每个Tile中包含9个调制符号，所以3个Tile中一共可以发送27个调制符号。NAK信令所对应的调制编码序列可以相应地表示为s(k)，k＝0，1，...，26，相当于对NAK信令所对应的原始比特“0”进行码率为1/27的编码。IEEE802.16d的8.4.5.4.13节“上行ACK信道”中给出了NAK信令所对应的27个调制符号的具体定义，见参考文献【IEEEStd 802.16-2004，《IEEE Standard for Local and metropolitan area networks》：Part 16：Air Interfacefor Fixed Broadband Wireless Access Systems，Oct 1，2004.】。这27个调制符号可以按照规定的次序，映射到3个Tile所对应的27个时频位置上。

设节点m在第k个Tile的时频位置所估计的信道为

其中

和分别为所估计的信道幅度和信道相位，则节点m在这个反馈时频块中发送的NAK信号应为

接收端的接收信号可以表示为：

$r\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}{h}_m\left(k\right)s_m\left(k\right)+n\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\frac{h_m\left(k\right)}{{\hat{h}}_m\left(k\right)}s\left(k\right)+n\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}{s^{\′}}_m\left(k\right)+n\left(k\right);$

其中Ω为接收该广播/组播数据包失败而需要发送NAK信令的节点集合。

图5给出了3个子节点同时反馈一个NAK信号时的本方法示意图。如图所示，由于预均衡中相位补偿的作用，在接收端，各NAK信号能够同相叠加，使有用信号获得增强，信噪比提高，检测性能因此可以获得改善。

在接收端进行NAK信号检测时，除了不必再作信道均衡以外，与单一节点发送的NAK信令检测方法大致相同。例如对于幅度为1的恒模调制的NAK信号序列s(k)，可以采用如下判决变量进行检测：

$D=\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}r\left(k\right)s^H\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_m\left(k\right)}{{\hat{h}}_m\left(k\right)}+\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}n\left(k\right)s^H\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_m\left(k\right)}{{\hat{h}}_m\left(k\right)}+n^{\′}\left(k\right)$

其中^H为共轭转置。当||D||²＝D^HD大于等于设定的判决门限C时，可以判决为接收到NAK信令。判决门限C的设定，也与单一节点发送NAK信令时的阈值设定方法相同。

实施例三：一般系统

在FDD等系统中，由于上、下行信道相互独立，子节点难以预估其发射信道。在这种情况下，无法采用基于预均衡的第一种方法，只能采用适用于一般系统的第二种方法。

在系统发送广播/组播信号时，可以在下行资源分配信令中为该数据流分配一个流标识，说明该流发送给哪些用户，并标明该流是否支持反馈；而在上行资源分配信令中，可以为本帧内所发送的下行广播/组播数据，分配相应的上行反馈资源，说明该反馈所对应的下行流标识，并能够唯一地确定下行流的每个数据包与上行反馈资源中的时频位置、码子序号、循环移位等参数之间的对应。

当子节点在接收某个广播/组播数据包失败时，它就在与该数据包相对应的上行时频位置，根据与该数据包相对应的码字序号和循环移位等参数，发送一个NAK信令。该信令可以通过如下方式产生：

首先，生成长度为N的CAZAC序列(这里采用Zadoff-Chu序列)：

$c_p\left(n\right)=\exp (-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}v\frac{n(n+1)}{2}),$ n＝0，1，...，N-1；

其中v是CAZAC序列的索引，在本实施例中，是由广播/组播发射节点所规定的一个值。与一般随机接入信号不同的是，因为不必考虑序列间干扰，所以这里的CAZAC序列长度N可以不是素数，甚至可以采用2的整次幂，以降低实现复杂度。

然后，将该CAZAC序列映射到相应的频域位置，再经IFFT变换到时域，该时频位置与接收失败的广播/组播数据包的序号相对应。

最后，将该时域信号循环移位kL点，并在头部加上L点的循环前缀，其中长度L主要由信道多径时延扩展和滤波器有效长度等因素决定，可通过下行信令指定，k为循环移位参数，它与接收失败的广播/组播数据包的序号相对应。

由以上过程可见，NAK信令的发送信号与具体的子节点无关，只与接收失败的广播/组播数据包的序号有关。设与广播/组播数据包的序号p相对应的NAK信令的发送信号为s_p(t)，则当只有一个子节点(节点m)发送NAK信令时，接收信号r(t)可以表示为：

$r\left(t\right)=s_p\left(t\right)*\underset{i=1}{\overset{K_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,i}(t-{\mathrm{\τ}}_{m,i})+n\left(t\right)$

其中K_m为节点m发送信号所经过的信道多径数量，h_m，i和τ_m，i分别为节点m发送的NAK信号所经过的第i条多径的信道和时延，^*表示卷积运算，n(t)为噪声。

当有多个子节点在接收序号为p的广播/组播数据包失败时，它们会在相同的时频位置，以相同的循环移位，发送一个相同的NAK信号，此时接收信号r(t)可以表示为：

$r\left(t\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}[s_p\left(t\right)*\underset{i=1}{\overset{L_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,i}(t-{\mathrm{\τ}}_{m,i})]+n\left(t\right)=s_p\left(t\right)*\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{K_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,i}(t-{\mathrm{\τ}}_{m,i})+n\left(t\right);$

其中Ω为接收序号为p的广播/组播数据包失败的节点的集合。

由于每个子节点发送信号的信道响应h_m，i不同，这些NAK信号在接收端叠加时，相当于经过了一个对应于多信道叠加的等效信道，使得接收端在该循环移位内检测到的相关信号能量增强，因此比单一子节点发送NAK信号会具有更好的检测性能。

当有多个子节点在接收序号不同的广播/组播数据包失败时，它们会在不同的时频位置，或者以不同的循环移位，发送NAK信号。由于这些NAK信号是反馈给同一个父节点，所以它们使用同一个CAZAC根序列(同一个序号v)，这样，不同循环移位的信号之间可以视作正交。因此，这些针对不同广播/组播数据包的NAK信号之间，不会有多少干扰。

一个上行时频资源块，可以同时支持多个广播/组播数据包的反馈，但是需要建立各种循环移位与各数据包序号之间的映射关系。当广播/组播数据包数量较多时，可以采用一一映射；当广播/组播数据包较少时，也可以采用一对多的映射关系；当然必要时也可以采用其它类型的映射关系。

因为在同步状态下时偏频偏较小，所以广播/组播NAK信号的检测性能比同等的初始随机接入的检测性能好；又因为如前所述各广播/组播NAK信号之间没有多少干扰，所以其检测性能又比同等的同步随机接入的检测性能好。所以，在同等的性能要求下，广播/组播NAK信号允许采用比随机接入信号更短的时间长度。但是NAK信号的检测性能要求与随机接入的检测性能要求不同，后者可以由虚警概率和漏检概率确定，而前者可以根据有效吞吐量进行优化。

参考IEEE802.16e中带宽请求同步随机接入信号的时间长度为1个或3个OFDM符号，其典型的循环移位长度为数据部分的1/8，在本实施例中，我们假设广播/组播NAK信号的时间长度为2个OFDM符号，循环移位长度为数据部分的1/8，在这样的参数配置下，可以容纳16种循环移位。

如果采用一对多的映射，即每个循环移位对应于一种广播/组播数据包的错误组合，那么因为16＝2⁴，所以可以支持对4个多播/广播数据包的反馈。

如果采用一一映射，即每个循环移位对应于一个广播/组播数据包，则可以同时支持对16个广播/组播数据包的反馈。这种映射关系存在的一个问题是：当某个节点在接收多个组播/广播数据包而失败时，它需要同时发送多个NAK信号，而这需要消耗更多的功率，对于处于小区边缘的低功率用户终端来说，由于其功率受到限制，难以实现多个NAK信号的同时发送。幸运的是，在基于中继等技术的无线通信系统中，需要进行反馈的关键节点，主要是具备供电能力的中继节点。对于低功率的用户终端，因为其重传的重要性相对偏低，所以即使需要支持其反馈，也可以合理地限制其一次只允许请求重传一个广播/组播数据包。

此外，还可以采用组合影射的方式解决上述问题。图6中给出了这样的一种映射关系示例。

在16个循环移位中，前13个仍然采用一一映射的方式，对应于序号p到序号p+12的广播/组播数据包，后3个分别对应于3个广播/组播数据包组，每个数据包组中包含了连续的5个数据包：第14个对应于序号从p到p+4的数据包，第15个对应于序号从p+4到p+8的数据包，第16个对应于序号从p+8到p+12的数据包。

在这种映射方式下，各低功率子节点可以只选择最优的一种循环移位来发送反馈信号，从而避免前述因同时发射多个反馈信号而引起的功率问题。如果子节点在接收这些广播/组播数据包时，只有一个数据包接收失败，那么它可以直接选择与其序号相对应的一个循环移位发送NAK信号；如果有两个连续的数据包接收失败，那么它可以选择与这两个数据包所在的数据包组所对应的一个循环移位发送NAK信号；在其它情况下，它可以选择一种最接近需要的循环移位发送NAK信号。

本方法还可以支持一种独特的投票式反馈决策机制：当某个循环移位对应于某组数据包序号时，可以允许各子节点根据权重(比如在该组的5个数据包中实际接收错误的数据包数量乘以该子节点的下一跳节点数)，用较低的功率(比如1/4的基准功率乘以权重)发送NAK信令，只有当重传这一组广播/组播数据包的重要性足够高时(比如会影响到4个以上的广播/组播终端节点)，父节点才能够检测到该循环移位内的NAK信号，并认为有必要重传这一组数据包。

在接收端，可以采用类似于随机接入的相关检测方法[3]，根据检测出的多径窗口的起始位置，确定子节点发送NAK信令时所采用的循环时延，从而确定NAK信令所对应的广播/组播数据包的序号。其中的检测门限可以根据单节点发送NAK信令的性能予以确定。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种广播、组播反馈信令的传输方法，该方法包括上行资源分配过程、反馈信令产生过程、及反馈信令发送过程，其特征在于：

所述上行资源分配过程为所有可能向同一个父节点进行反馈的子节点分配同一个时频资源，以支持反馈信令的传输；

所述反馈信令发送过程中，各子节点首先校验本地接收的广播/组播数据包是否正确，如果发现有错误而无法纠正，则在上行资源分配中所指定的对应于该数据包的时频位置，发送一个NAK信令；

其中，若子节点可预估发送信道，则所述反馈信令发送过程中，子节点根据该预估信道，对NAK信令进行预均衡，该预均衡过程中包含对信道相位的补偿，使得父节点接收到的来自各子节点的NAK信令具有相同的相位；

具体地，在系统发送广播/组播信号时，在下行资源分配信令中为该数据包分配一个流标识，指明该数据包发送给哪些用户，并标明该数据包是否支持反馈；而在上行资源分配信令中，为本帧内所发送的下行广播/组播数据，分配相应的上行反馈资源，指明该反馈所对应的下行流标识，并能够唯一地确定每个下行数据包与上行反馈资源中的时频位置、码子序号、循环移位的参数之间的对应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反馈信令发送过程中，在指定的上行时频资源内，以相同的调制编码形式发送同一个反馈信令。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当需要对多个广播/组播数据包同时进行反馈时，使用不同的序列来区分数据包。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当需要对多个广播/组播数据包同时进行反馈时，通过循环移位来区分数据包，以使各反馈信令序列之间依然是正交，以防引入各反馈信令之间的干扰。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述父节点对反馈信令的检测，通过计算与本地参考信号的相关来实现，检测性能利用相关检测算法中的阈值来调节。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述各个子节点在接收多个广播/组播数据包失败时，发送一个相同的NAK信令，各子节点根据重要性不同而使用相同或不同的功率，从而以投票的形式使得父节点只在重要性足够高时，重传某一组广播/组播数据包。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：设节点m在第k个Tile的时频位置所估计的信道为

其中

和

分别为所估计的信道幅度和信道相位，则节点m在这个反馈时频单元中发送的NAK信令为

接收端的接收信号可以表示为：

$r\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}{h}_m\left(k\right)s_m\left(k\right)+n\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\frac{h_m\left(k\right)}{{\hat{h}}_m\left(k\right)}s\left(k\right)+n\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}{s^{\′}}_m\left(k\right)+n\left(k\right);$

其中Ω为接收该广播/组播数据包失败而需要发送NAK信令的节点集合；

预均衡中通过相位补偿，在接收端各NAK信令同相叠加，以使有用信号获得增强；

在接收端进行NAK信令检测时，不必作信道均衡，与单一节点发送的NAK信令检测方法相同；对于幅度为1的恒模调制的NAK信令序列s(k)，采用如下判决变量进行检测：

$D=\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}r\left(k\right)s^H\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_m\left(k\right)}{{\hat{h}}_m\left(k\right)}+\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}n\left(k\right)s^H\left(k\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{26}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_m\left(k\right)}{{\hat{h}}_m\left(k\right)}+n^{\′}\left(k\right)$

其中H为共轭转置；当||D||²=D^HD大于等于设定的判决门限C时，可以判决为接收到NAK信令；判决门限C的设定，也与单一节点发送NAK信令时的阈值设定方法相同；n（k）和n’（k）为噪声。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述在系统发送广播/组播信号时，在下行资源分配信令中为该数据包分配一个流标识，指明该数据包发送给哪些用户，并标明该数据包是否支持反馈；而在上行资源分配信令中，为本帧内所发送的下行广播/组播数据，分配相应的上行反馈资源，指明该反馈所对应的下行流标识，并能够唯一地确定每个下行数据包与上行反馈资源中的时频位置、码子序号、循环移位参数之间的对应；

当子节点在接收某个广播/组播数据包失败时，在与该数据包相对应的上行时频位置，根据与该数据包相对应的码字序号和循环移位参数，发送一个NAK信令；该信令可以通过如下方式产生：

首先，生成长度为N的CAZAC序列：

$c_p\left(n\right)=\exp (-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}v\frac{n(n+1)}{2}),n=\mathrm{0,1},\·\·\·,N-1;$

其中v是CAZAC序列的索引，不必考虑序列间干扰，所述CAZAC序列长度N为任意整数；

然后，将该CAZAC序列映射到相应的频域位置，再经IFFT变换到时域，该时频位置与接收失败的广播/组播数据包的序号相对应；

最后，将该时域信号循环移位kL点，并在头部加上L点的循环前缀，其中长度L主要由信道多径时延扩展和滤波器有效长度因素决定，通过下行信令指定，k为循环移位参数，与接收失败的广播/组播数据包的序号相对应。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述v是由广播/组播发射节点所规定的一个值，采用2的整次幂，以降低实现复杂度。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：若与所述广播/组播数据包的序号p相对应的NAK信令的发送信号为s_p(t)，则当只有一个子节点m发送NAK信令时，接收信号r(t)为：

$r\left(t\right)=s_p\left(t\right)*\underset{i=1}{\overset{K_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,i}(t-{\mathrm{\τ}}_{m,i})+n\left(t\right);$

其中K_m为节点m发送信号所经过的信道多径数量，h_m,i和τ_m,i分别为节点m发送的NAK信令所经过的第i条多径的信道和时延，*表示卷积运算，n(t)为噪声；

当有多个子节点在接收序号为p的广播/组播数据包失败时，所述多个子节点在相同的时频位置，以相同的循环移位，发送一个相同的NAK信令，此时接收信号r(t)可以表示为：

$r\left(t\right)=\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}[s_p\left(t\right)*\underset{i=1}{\overset{K_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,i}(t-{\mathrm{\τ}}_{m,i})]+n\left(t\right)=s_p\left(t\right)*\underset{m\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{K_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,i}(t-{\mathrm{\τ}}_{m,i})+n\left(t\right);$

其中Ω为接收序号为p的广播/组播数据包失败的节点的集合。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：一个上行时频资源同时支持多个广播/组播数据包的反馈，建立各循环移位与各数据包序号之间的映射关系；当广播/组播数据包数量较多时，采用一一映射；当广播/组播数据包较少时，采用一对多的映射关系。

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