CN104378743A - Td-lte脱网下群组组播通信方法 - Google Patents

Td-lte脱网下群组组播通信方法 Download PDF

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吴少川
赵震
高书莹
袁钟达
牛丽娟
马康健
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    • H04W4/06—Selective distribution of broadcast services, e.g. multimedia broadcast multicast service [MBMS]; Services to user groups; One-way selective calling services
    • H04W4/08—User group management
    • H—ELECTRICITY
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    • H04W74/00—Wireless channel access, e.g. scheduled or random access
    • H04W74/08—Non-scheduled or contention based access, e.g. random access, ALOHA, CSMA [Carrier Sense Multiple Access]

Abstract

TD-LTE脱网下群组组播通信方法，涉及一种脱网下群组组播通信方法。是为了在无基站区域实现群组内点到多点的通知与信息的组播传输；以及解决群组内中继节点间的信息冲突的问题。始发节点A监听PSCH，寻找空闲的连续带宽；然后向PRACH发送前导信息，然后转到所要占用的连续带宽上开始连续进行发送时隙；各级节点监听PRACH上的信息，接收到始发节点A发来的前导信息，同步解码后进行随机避让式转发，然后转到会话所要占用的带宽上开始进行监听，经空闲(随机避让)、转发、空闲时隙，直至将A的信息全部转发完毕。本发明适用于TD-LTE脱网下群组组播通信。

Description

TD-LTE脱网下群组组播通信方法
技术领域
本发明涉及一种脱网下群组组播通信方法。
背景技术
在一个无基站区域，存在一个群组，群组中不是所有节点均在通信范围内，同时通信范围会随着群组成员间的信噪比变化而变化，但是目前，还无法实现下述通信：1、群组内点到多点的通知与信息的组播传输；2、中继节点间的信息冲突问题。
发明内容
本发明是为了在无基站区域实现群组内点到多点的通知与信息的组播传输；以及解决群组内中继节点间的信息冲突的问题，从而提供一种TD-LTE脱网下群组组播通信方法。
TD-LTE脱网下群组组播通信方法，
在无基站区域的群组中，共包括M个节点，M为正整数；M个节点中包括一个始发节点和N级节点，N为正整数；所述N级节点中的每一级中的节点的数量随信噪比的变化而确定；
第一级节点中包括始发节点A；
TD-LTE脱网下群组组播通信方法由以下步骤实现：
步骤一、始发节点A监听数据信道(PSCH)，寻找空闲的连续带宽；
步骤二、始发节点A判断是否找到空闲的连续带宽，如果判断结果为是，则执行步骤三；如果判断结果为否，则返回执行步骤一；
步骤三、始发节点A转为发送态，向随机接入信道(PRACH)发送前导信息，所述发送前导信息的时长4ms，其中：前0.5ms为信息，后3.5ms为空闲；
步骤四、始发节点A转到所要占用的连续带宽上开始连续进行发送时隙，时隙中的信息部分包括信息本身以及信息的同步信息，直至始发节点A的信息全部发送完毕；
步骤五、每个第一级节点均监听PRACH信道，即：处于监听时隙，每个第一级节点接收始发节点A发送的前导信息，并进行同步解码，随机避让后将始发节点A发送的前导信息转发至PRACH信道，所述第一级节点的处理过程时长为4ms；i的初始值为1；
然后转到会话所要占用的带宽上开始进行监听，并按以下周期变化：
步骤五一、该第一级节点转为监听状态，时长为0.5ms；
步骤五二、该第一级节点转为随机避让状态，时长为0.5ms的整数倍，且为1-6倍；
步骤五三、该第一级节点转为发送状态，发送始发节点A的的信息，时长为0.5ms；
步骤五四、该第一级节点转为等待状态，时长为[4ms-(步骤五一+步骤五二+步骤五三的时长)]；
直至将发起始发节点A的待发送信息全部转发完毕；
步骤六、每个第i级节点均监听PRACH信道，即：处于等待转发时隙，每个第i级节点接收到第i-1级节点发来的前导信息，并进行同步解码，随机避让后将第i-1级节点发来的前导信息转发至PRACH信道，所述第i级节点的处理过程时长为4ms；i的初始值为2；
然后转到会话所要占用的带宽上开始进行监听，并按以下周期变化：
步骤六一、该第i级节点转为监听状态，时长为0.5ms；
步骤六二、该第i级节点转为随机避让状态，时长为0.5ms；
步骤六三、该第i级节点转为发送状态，发送始发节点A的的信息，时长为0.5ms；
步骤六四、该第i级节点转为等待状态，时长为[4ms-(步骤六一+步骤六二+步骤六三的时长)]；
直至将第i级节点的待发送信息全部转发完毕；
步骤七、令i的值加1，且判断i的值是否小于或等于N；如果判断结果为是，则返回执行步骤六；如果判断结果为否，则执行步骤八；
步骤八、完成对始发节点A的信息的多跳传输，所有节点进入监听状态，完成一次TD-LTE脱网下群组组播通信
本发明在无基站区域实现了群组内点到多点的通知与信息的组播传输，以及通过增加随机避让窗解决了群组内中继节点间的信息冲突的问题。
附图说明
图1是始发节点与其他节点的时隙分配的结构示意图；
图2是具体实施方式中平均延时和信噪比关系仿真示意图；其中：窗长3.5ms，单位0.5ms；
图3是具体实施方式中最大延时和信噪比关系仿真示意图；其中：窗长3.5ms，单位0.5ms；群组总共20人；
图4是具体实施方式中成功率和信噪比关系仿真示意图；群组总共20人；
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，TD-LTE脱网下群组组播通信方法，
步骤一、始发节点A开始为监听态，监听PSCH信道寻找空闲的连续带宽；
步骤二、始发节点A找到足够的连续带宽后，转为发送态，向PRACH发送前导信息(会话开始的通知)，时长4ms(1个发送时隙，7个空闲时隙)；
前导信息内容如下：
前导信息的同步信息：包括主同步信号(Zadoff-Chu序列)和辅同步信号(m序列)，接收端通过解码同步信息可以得到A所要发起的群组信息以及A的终端信息(解码过程：时间同步，频率同步)；
会话所要占用的带宽信息：默认占用的带宽的前2个资源块(36个子载波，0.5MHZ)和最后2个资源块用于PCCH信道，中间为PSCH信道，该信息也可包含到前导信息的同步信息中；
步骤三、始发节点A转到所要占用的带宽上开始连续进行发送时隙，时隙中的信息部分包括信息本身以及信息的同步信息(同步信息包括主同步信号(Zadoff-Chu序列)和辅同步信号(m序列))。直至始发节点A的信息全部发送完毕。
步骤四、第一级节点监听PRACH上的信息，即处于监听时隙，接收到始发节点A发来的前导信息，进行同步解码，随机避让后进行转发，转发始发节点A的前导信息，整个过程时长4ms，转到会话所要占用的带宽上开始进行监听，空闲(随机避让)，转发，空闲时隙，直至将始发节点A的信息全部转发完毕。
步骤五、第二级节点监听PRACH上的信息，即处于等待转发时隙，接收到第一级节点发来的前导信息，进行同步解码，随机避让后进行转发，转发第一级节点转发来的前导信息，整个过程时长4ms，转到会话所要占用的带宽上开始进行监听，空闲(随机避让)，转发，空闲时隙(监听，随机避让，发送，等待)，直至将第一级节点转发来的信息全部转发完毕。
步骤六、其他节点重复步骤四和步骤五中的过程。因为群组中的节点在移动，因此节点间的信噪比跟着变化，所以每级节点的个数会随着变化，又因为采用了随机避让机制，因此节点的级数大的延时并不一定比级数小的大，例如：某一级有两个节点，随机避让后1号节点在第一个0.5ms将信息转发，2号节点在第五个0.5ms将信息转发，下一级3节点接收到1号节点的信息，随机避让后在第一个0.5ms将信息转发，那么3号节点的下一级对于2号节点的下一级延时就要小，即级数大并不代表延时就大。
步骤七、始发节点A结束信息的发送后，在跳数(级数)不多的情况下，最终信息的转发会在10ms内完成，所有节点变为监听态，任意节点可以像上述的始发节点A一样开始在带宽上发送信息，其他节点进行相应的一级一级的转发，完成信息的多跳传输。
步骤八、发话者定期(几百毫秒或几秒)向PRACH上发送前导信息。同时各终端在转发会话者的语音信息同时也监听PRACH信道，以随时转发前导信息通知更多没联系上的点加入会话。
名词解释：
资源单元：一个资源单元由频域上一个子载波(15KHZ)和时域上一个0.5/7ms的时隙组成(拓展CP时为0.5/6ms)。
SC-FDMA符号：一个SC-FDMA符号由频域上纵向的多个连续的子载波和时域上0.5/7ms组成(使用拓展CP时时域上的长度为0.5/6ms)。一个时隙(0.5ms)包括7个或6个SC-FDMA符号。
PRB：一个PRB块由频域上12个连续的子载波和时域上的0.5ms组成(12╳7(6)个资源单元),同时一个最小带宽需要72个子载波(共1.08MHZ)。
同步过程：通过主同步信号(Zadoff-Chu序列，PSS)和辅同步信号(m序列，SSS)，首先由终端本身生成的序列与PSS相关，取得时间同步；接着通过SSS和PSS位置之间固定的关系找到SSS进行频率同步，至此同步结束。同时PRB为终端能识别的最小单位，即如果一个PRB中有某个SC-FDMA符号出现问题，该PRB就无法成却还原。
子帧：一个子帧由两个0.5ms的时隙组成，长度为1ms。
无线子帧：一个无线子帧由5个长度为1ms的子帧组成，长度为5ms。
无线帧：一个无线帧由2个长度为5ms的无线子帧组成，长度为10ms。
随机避让窗：中继节点间为了防止转发时的冲突，进行随机避让的时间，总窗长3.5ms，最小随机避让时长0.5ms，即随机避让时长为最小随机避让时长的1-7倍。采用随机避让机制可以有效地降低节点转发间的冲突。
假设条件：
1、终端采用双模手机，即终端之间通信均采取SC-FDMA的多址方式
2、终端可以实时的进行信号的接收和解调。
信道划分：
将信道分为下面三类：
随机接入信道PRACH(一个)：处于整个带宽中央1.08MHZ(6个PRB块)，用于发送接收：通话发起通知；通话占用的数据信道和控制信道位置。
数据信道PSCH(多个，取决于群组数和语音数据量)：位于控制信道中间，占用多个带宽，用于发送接收数据。
控制信道PCCH(多个，每个数据信道有两个控制信道)：位于数据信道的前方和后方，各占半个带宽(前半个可用于发送主同步信号，后半个用于发送辅同步信号)，从PSCH中划分出来，用于传输接收同步信息；
手机状态：
将手机状态分为以下三类：
发送态：手机为发话或转发方。
监听态：手机为监听信道态。
空闲态：手机不监听信道，并且不向信道上发送或转发信息。
将手机的时隙分为以下两种：
发送时隙：对于始发节点，时长0.5ms，由发送态组成；
转发时隙：对于其他节点，时长0.5ms，由发送态组成。
监听时隙：对于其他节点，时长0.5ms，由监听态组成。
空闲时隙：时长0.5ms，由空闲态组成。
采用上述方案，在TD-LTE的仿真背景下(ITU规定的室外步行速度信道B)，同时采用TD-LTE上行信道的模型，对上述方案进行仿真。成员20人，成员间的信道模型生成100次，每个模型下每个信噪比下测试1000个时隙(500ms，7000个SC-FDMA符号)，得到群组的平均延时和信噪比关系如图2所示，群组的最大延时和信噪比关系如图3所示，群组的成功率和信噪比关系如图4所示。
因为当信噪比小于8dB的时候，系统的成功率很低，即大部分节点都收不到数据包，因此也完成不了转发，因此研究信噪比小于8dB的平均延迟是没有意义的，通过上图可以看出，随着信噪比的上升，系统的成功率不断上升，平均延迟不断下降，平均延迟没有超过3.5ms的，最大延迟不超过7ms，因此将随机避让窗长设计成3.5ms是合理的。

Claims (5)

1.TD-LTE脱网下群组组播通信方法，其特征是：
在无基站区域的群组中，共包括M个节点，M为正整数；M个节点中包括一个始发节点和N级节点，N为正整数；所述N级节点中的每一级中的节点的数量随信噪比的变化而确定；
第一级节点中包括始发节点A；
TD-LTE脱网下群组组播通信方法由以下步骤实现：
步骤一、始发节点A监听数据信道(PSCH)，寻找空闲的连续带宽；
步骤二、始发节点A判断是否找到空闲的连续带宽，如果判断结果为是，则执行步骤三；如果判断结果为否，则返回执行步骤一；
步骤三、始发节点A转为发送态，向随机接入信道(PRACH)发送前导信息，所述发送前导信息的时长4ms，其中：前0.5ms为信息，后3.5ms为空闲；
步骤四、始发节点A转到所要占用的连续带宽上开始连续进行发送时隙，时隙中的信息部分包括信息本身以及信息的同步信息，直至始发节点A的信息全部发送完毕；
步骤五、每个第一级节点均监听PRACH信道，即：处于监听时隙，每个第一级节点接收始发节点A发送的前导信息，并进行同步解码，随机避让后将始发节点A发送的前导信息转发至PRACH信道，所述第一级节点的处理过程时长为4ms；i的初始值为1；
然后转到会话所要占用的带宽上开始进行监听，并按以下周期变化：
步骤五一、该第一级节点转为监听状态，时长为0.5ms；
步骤五二、该第一级节点转为随机避让状态，时长为0.5ms的整数倍，且为1-6倍；
步骤五三、该第一级节点转为发送状态，发送始发节点A的的信息，时长为0.5ms；
步骤五四、该第一级节点转为等待状态，时长为[4ms-(步骤五一+步骤五二+步骤五三的时长)]；
直至将发起始发节点A的待发送信息全部转发完毕；
步骤六、每个第i级节点均监听PRACH信道，即：处于等待转发时隙，每个第i级节点接收到第i-1级节点发来的前导信息，并进行同步解码，随机避让后将第i-1级节点发来的前导信息转发至PRACH信道，所述第i级节点的处理过程时长为4ms；i的初始值为2；
然后转到会话所要占用的带宽上开始进行监听，并按以下周期变化：
步骤六一、该第i级节点转为监听状态，时长为0.5ms；
步骤六二、该第i级节点转为随机避让状态，时长为0.5ms；
步骤六三、该第i级节点转为发送状态，发送始发节点A的的信息，时长为0.5ms；
步骤六四、该第i级节点转为等待状态，时长为[4ms-(步骤六一+步骤六二+步骤六三的时长)]；
直至将第i级节点的待发送信息全部转发完毕；
步骤七、令i的值加1，且判断i的值是否小于或等于N；如果判断结果为是，则返回执行步骤六；如果判断结果为否，则执行步骤八；
步骤八、完成对始发节点A的信息的多跳传输，所有节点进入监听状态，完成一次TD-LTE脱网下群组组播通信。
2.根据权利要求1所述的TD-LTE脱网下群组组播通信方法，其特征在于步骤三中所述的前导信息包括前导信息的同步信息和会话所要占用的带宽信息。
3.根据权利要求2所述的TD-LTE脱网下群组组播通信方法，其特征在于前导信息的同步信息包括主同步信号和辅同步信号；
接收端通过解码同步信息得到始发节点A所要发起的群组信息以及始发节点A的终端信息。
4.根据权利要求3所述的TD-LTE脱网下群组组播通信方法，其特征在于主同步信号为Zadoff-Chu序列；辅同步信号为m序列。
5.根据权利要求2所述的TD-LTE脱网下群组组播通信方法，其特征在于会话所要占用的带宽信息为：默认占用的带宽的前2个资源块和最后2个资源块用于PCCH信道，中间为控制信道(PSCH)。
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