CN102013965A - 一种使用载波聚合技术传输广播业务并用网络编码进行重传的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的技术方案用于广播通信系统中，将载波聚合技术用于广播业务的传输，并将网络编码技术用于重传的设计，使两种技术在提高系统传输效率的优势同时得到利用，最终达到对系统整体性能的提高。而且本方案易于实现、应用方式也比较灵活。本发明通过在广播业务的传输过程中，使用载波聚合技术，各用户的每个成分载波上广播不同的信息，来提高广播效率。然后发端根据各用户反馈的信息的接收状态利用网络编码技术来设计重传，并将重传的信息和部分新的信息一起在所有的成分载波上进行广播。从而节省了重传资源。最终提高了系统的整体性能。

Description

一种使用载波聚合技术传输广播业务并用网络编码进行重传的方法

技术领域

本发明是将LTE-A系统的载波聚合(Carrier Aggregation，CA)技术应用于广播业务的传播，并在重传时使用最新的无线传输技术——网络编码(Network Coding，NC)进行重传设计。在广播业务的传输时使用载波聚合技术可以有效提高传输效率，而在重传时使用网络编码技术可以有效减少重传次数提高重传效率，从而提高整个系统吞吐量性能。本发明即是将载波聚合和网络编码的优势都利用起来。

背景技术

载波聚合(Carrier Aggregation，CA)技术是LTE-A系统支持更宽的带宽(100MHz)的潜在技术。它通过将多个成分载波(Component Carrier，CC)累积来达到大带宽。在实际系统中，不同的用户可能占有的成分载波是不同的。各用户通过在各自的成分载波上传输数据来达到更高的频谱效率。现有的系统框架设计支持的结构有：1)，一个传输块占用多个成分载波，下行控制信道也占用多个成分载波，并且这些成分载波只反馈一个ACK/NACK消息；2)，一个传输块只占用一个成分载波，相应地下行控制信道也占用一个成分载波。其中第二种方案具有较好的向后兼容性。广播业务的传输与普通的数据业务的传输类似。在发送端，它根据反馈的信道质量信息(Channel Quality Information，CQI)进行自适应传输。在接收端，根据接收信息的对错状态向发端反馈ACK/NACK消息。发端将反馈NACK消息的数据包用HARQ方式重传。

网络编码(Network Coding，NC)作为21世纪通信领域的一项重大突破，它以能够达到组播容量的优势而越来越受到关注，NC将物理层和网络层的两个核心概念：编码和路由融合在一起。它允许网络中间节点对接收到的信息比特流进行操作(编码)、然后转发，以使网络达到最大流最小割容量。NC具有提高网络吞吐量、增加频带利用率、节省重传次数、增强网络的容错性、鲁棒性和安全性等优点。NC多用于广播组播或防同中继系统中。而现在关于NC的无线研究与应用还处于探索阶段。除了研究NC在无线网络中的具体实现方式外，NC与其它无线技术的结合成为NC在无线研究中的一大热点。

在NC的无线应用中，较多使用离散NC(Digital NC，又称数字NC)，它常用的实现方式有两种：

1.异或(Exclusive OR，XOR)，在发端将多个不同的信息块进行异或编码后再发送出去；

2.随机线性，在发端将多个不同的信息块根据随机选出的系数线性合并编码后发送出去。

目前对NC与现有无线技术结合的研究有：与信道编码相结合、与HARQ技术相结合(NC-HARQ)、与MAC层调度相结合、与速率控制相结合、与MIMO技术相结合等。

发明内容

为了有效提高广播业务的传输效率，本发明将载波聚合技术用于广播业务的传输；此外，为了有效提高重传效率，本发明将网络编码技术用于重传设计。本发明的基本原理是：提出了载波聚合技术下的广播，不同的成分载波上广播不同的数据信息，它能有效提高广播效率。这种性能增益来源于载波聚合技术。并且收端在各成分载波上都反馈ACK/NACK消息，然后发端再在不同收端的不同成分载波上执行网络编码来实现重传设计，可以在保证重传效率的前提下有效降低时延。

本发明主要针对的是在LTE-A系统中，一个源节点到多个目的节点的SC-MBMS业务使用载波聚合技术进行传输的方法和利用网络编码技术进行重传的方法。设系统中有一个源节点S和M个目的节点R₁，R₂，...，R_M，这些目的节点都有一个共同的主成分载波，且每个目的节点都有至少L个成分载波，编号分别为C₁，C₂，...，C_L。源节点需要发送N个数据包I₁，I₂，...，I_N给各个目的节点，由于是SC-MBMS传输，最终每个目的节点都需要正确接收到这N个数据包。假设任一目的R_i每收到一个数据包就反馈ACK/NACK消息以标识此数据包的对错。如果某个包在任何一个目的节点传输错误，源节点都需要根据下面提出的重传方案重传这个数据包。

本发明的具体步骤为：

步骤1：使用载波聚合技术对SC-MBMS的进行传输。源节点S在各个目的节点的不同成分载波上分别广播不同的消息，即在各个目的节点的第i个成分载波上C_i广播第i个数据包I_i。

步骤2：目的节点解调并反馈。各目的节点在各个时刻分别解调各个成分载波上的信息，并待一个数据包传输完成后，在相应的成分载波上向源节点反馈ACK/NACK消息以标识接收信息的对错。如果某个数据包属于前一周期的重传数据包，则各目的节点利用已知的若干个数据包进行网络编码的译码操作。

步骤3：源节点构造反馈信息状态图案。源节点在收到各目的节点反馈的ACK/NACK消息后，并不立即重传反馈NACK消息的数据包，而创建一个描述反馈消息状态的图案，它记录了所有目的节点在各个成分载波上的数据包的对错状态信息。

步骤4：源节点根据反馈信息状态图案利用网络编码进行重传设计。当源节点接收到数据包的反馈状态信息不少于L个后，源节点根据记录的反馈状态信息图案利用异或(Exclusive OR，XOR)网络编码进行重传设计。每个用于重传的异或编码数据包中包括的错误数据包必须是对应不同的目的节点，这样各目的节点才具有足够多的正确数据包来解调异或的信息。

步骤5：重传。源节点将各个异或数据包分别放在不同成分载波上进行重传，并在剩下的各个用户的不同成分载波上广播不同的数据包。

这种在各个成分载波上利用载波聚合技术进行SC-MBMS的传输以及在各成分载波间利用网络编码来设计重传的方案，可以有效提高广播和重传的效率。它既提出了载波聚合技术下的广播方案，又利用网络编码技术减少了重传次数，节省了系统资源，因为每次重传时都是将多个错误数据包编码后再在某个成分载波上向各个目的节点广播。

附图说明

结合以下附图以及具体实例对发明所做的详细描述将便于理解本发明的原理、步骤、特点和优点，附图中：

图1是表示本发明的系统模型。

图2是表示本发明步骤3的错误信息状态图案和步骤4的重传编码设计，是本发明的一个具体实施方案。

图3是表示本发明具体实施方案中的步骤6的错误图案。

图4是表示本发明具体实施方案中的步骤6的重传设计。

具体实施方式

为便于理解，本发明以一个由一个源端和四个用户组成的广播系统网络为例，来说明载波聚合技术和网络编码技术在广播业务的传输和重传中的方法。假设每个用户有四个成分载波，编号分别为：C₁，C₂，C₃，C₄。这些成分载波可以是相同的也可以是不同的。源端节点需要传输相同的信息给所有的用户，且所有用户都向源端反馈收到信息的状态。本发明对于所有具有这个示例中基本特征的网络结构模型都普遍适用。

本发明的具体过程如下：

1.广播。源节点使用载波聚合技术在各目的节点的三个成分载波上分别广播不同的数据包。即第i个成分载波C_i上广播第i个数据包A_i。

2.接收解调并反馈。各目的节点解调各成分载波上的数据包，根据解调对错状态通过ACK/NACK消息反馈给源节点。

假设源节点构造出的对错信息状态图案如图2所示。源节点根据此图案利用异或编码来设计重传，具体设计方案如下所示：

3.重传设计。在源节点根据对错状态信息图案构造如下的重传数据包，每个数据包都能在各目的节点正确译码。

$A_{r1}=A_1\⊕A_2$

A_r2＝A₃

4.重传。将A_r1在各目的节点的第一个成分载波C₁上重传，A_r2在各目的节点的第二个成分载波C₂上重传，剩下的成分载波C₃到C₄用于传输新的数据包。

5.目的节点译码。各目的节点在成功接收到的数据包以后，根据若干个已知信息进行异或编码的译码操作，译码出之前未正确解调的数据包。如果在R₁，R₂和R₄节点上能正确接收A_r1，则进行如下的译码过程：

在R₁端： $A_{r1}^{\′}\⊕A_2=A_1^{\′};$

在R₂端： $A_{r1}^{\′}\⊕A_1=A_2^{\′};$

在R₄端： $A_{r1}^{\′}\⊕A_2=A_1^{\′};$

在R₃节点无需进行译码操作。

6.如果在重传时，R₁节点未能正确接收A_r1和A₆，R₂未能正确接收A_r2，R₃节点未能正确接收A₅，则在接下来的一个传输时隙中，将继续进行重传设计。假设源节点构造出的对错信息状态图案如图3所示。源节点根据此图案利用异或编码来设计重传，具体设计方案如下所示：

$A_{r3}=A_1\⊕A_3$

$A_{r4}=A_5\⊕A_6$

将A_r3在各目的节点的第一个成分载波C₁上重传，A_r4在各目的节点的第二个成分载波C₂上重传，剩下的成分载波C₃到C₄用于传输新的数据包。

后面的广播及重传过程类似。由此可见，此方案的最差情况是某个用户在所有成分载波上的数据都错误，此时，所有的成分载波上的数据都需要重传。而使用异或编码技术来设计重传的优势在错误越分散的时候越明显。

综合以上讨论可以看出，本发明提出的在LTE+系统中使用载波聚合技术进行SC-MBMS的传输以及重传设计的方法，并在重传时将目前最新的技术之一网络编码结合进来，本发明具有如下特点：

1.使用载波聚合技术进行广播，在载波聚合的多个成分载波上广播多个广播数据包，可以有效提高广播效率；

2.在重传时，利用异或编码技术来设计重传，并将编码数据包放在不同的成分载波上传输，这种方法能有效减少重传次数，节省系统资源，降低重传时延；

3.对具体的应用系统和协议规范不敏感，具备兼容性，即对任何与此发明中模型类似的系统均可以利用本发明提出的方法来进行传输和重传。

总之，本发明是一种全新高效的信息传输和重传技术，其目的是以提高广播效率，减少重传次数，节省系统资源，从而提高移动通信系统的吞吐量、误码和延时性能。

Claims (6)

1.将载波聚合技术(CarrierAggregation，CA)用于广播业务的传输，并将网络编码(Network Coding，NC)技术运用到重传设计中的方法。基于包括系统中的通信设备、可用发射功率以及通信频段等通信资源，针对由各通信资源的不同划分和组合而构成的通信信道，将载波聚合技术和网络编码技术运用于广播业务的传输与重传中，使系统的资源得到更充分的应用。在这种方案中，基于一个源端和多个目的节点组成的广播通信系统模型。根据载波聚合技术和网络编码技术的原理，设定的方案的实现步骤为：

步骤1：使用载波聚合技术对SC-MBMS的进行传输。源节点S在各个目的节点的不同成分载波上分别广播不同的消息，即在各个目的节点的第i个成分载波上C_i广播第i个数据包I_i。

步骤2：目的节点解调并反馈。各目的节点在各个时刻分别解调各个成分载波上的信息，并待一个数据包传输完成后，在相应的成分载波上向源节点反馈ACK/NACK消息以标识接收信息的对错。如果某个数据包属于前一周期的重传数据包，则各目的节点利用已知的若干个数据包进行网络编码的译码操作。

步骤3：源节点构造反馈信息状态图案。源节点在收到各目的节点反馈的ACK/NACK消息后，并不立即重传反馈NACK消息的数据包，而创建一个描述反馈消息状态的图案，它记录了所有目的节点在各个成分载波上的数据包的对错状态信息。

步骤4：源节点根据反馈信息状态图案利用网络编码进行重传设计。当源节点接收到数据包的反馈状态信息不少于L个后，源节点根据记录的反馈状态信息图案利用异或(Exclusive OR，XOR)网络编码进行重传设计。每个用于重传的异或编码数据包中包括的错误数据包必须是对应不同的目的节点，这样各目的节点才具有足够多的正确数据包来解调异或的信息。

步骤5：重传。源节点将各个异或数据包分别放在不同成分载波上进行重传，并在剩下的各个用户的不同成分载波上广播不同的数据包。

2.如权利要求1中步骤1所述的源节点使用载波聚合技术向各目的节点传输广播业务的过程。包括源节点在不同的目的节点的不同成分载波上广播不同的消息的方法。

3.如权利要求1中步骤2所述的各目的节点在各个时刻解调信息并反馈解调状态的方法。包括在各个时刻分别解调各个成分载波上的信息，并待一个数据包传输完成后，在相应的成分载波上向源节点反馈ACK/NACK消息以标识接收信息的对错的方法的方案。

4.如权利要求1中步骤3所述的源节点构造反馈信息状态图案的方法。源节点在收到各目的节点在各成分载波上反馈的ACK/NACK消息后，并不立即重传反馈NACK消息的数据包，而创建一个描述反馈消息状态的图案，它记录了所有目的节点在各个成分载波上的数据包的对错状态信息。

5.如权利要求1中步骤4所述的源节点根据反馈信息状态图案利用网络编码技术进行重传设计的方案。源节点根据记录的反馈状态信息图案利用异或(Exclusive OR，XOR)网络编码进行重传设计。每个用于重传的异或编码数据包中包括的错误数据包必须是对应不同的目的节点，这样各目的节点才具有足够多的正确数据包来解调异或的信息。

6.如权利要求1中步骤5所述的重传方案。包括源节点将各个异或数据包分别放在不同成分载波上进行重传，并在剩下的各个用户的不同成分载波上广播不同的数据包。

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