CN104869596A - 一种移动终端协作传输的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动终端实现协作传输的方法及装置，涉及通信技术领域，其方法包括以下步骤：主机UEm将包含主机UEm和从机UEs标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据传输的UE；所述UEm把将要向基站发送的主机数据发送给所述UEs，以便使所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站。本发明通过分布式协作，提高了传输速率。

Description

一种移动终端协作传输的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种移动终端协作传输的方法及装置。

背景技术

当前，随着无线通信的发展，越来越多的通信需求出现在汽车、火车等移动速度较高的移动体内部，这些移动体有这比较高的移动穿透损耗，这损耗可以高达几十分贝，这对于发射功率本身就相对较低的UE（User Equipment，用户设备）来说，无疑会对基站的上行接收造成比较大的影响。为提高此情况下的上行接收能力，业界提出了移动小区的概念，即通过在移动体上加装2组天线，其中1组为移动体外的外部天线，另1组为移动体内部的内部天线，通过外部天线接收信号转换成内部信号通过内部天线发射出去，来实现对信号的增强转发，此解决方案对移动体本身提出了比较高的要求，成本也相对较高。

针对上述问题，本发明提出了一种移动终端协作传输的方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动终端协作传输的方法及装置，解决现有技术中移动穿透损耗较高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种移动终端协作传输的方法，包括以下步骤：

主机UEm(UE master，主机)将包含主机UEm和从机UEs（UE slave，从机）标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据传输的UE；

所述UEm把将要向基站发送的主机数据发送给所述UEs，以便使所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站。

优选地，在所述主机UEm发送包含主机UEm和从机UEs标识的信息给基站之前，还包括UEm建立协作终端群，其步骤包括：

所述UEm探测支持D2D（Device to Device，设备到设备）的UE，并向探测到的UE发送建立D2D链路的请求；

所述UEm将接收到所述请求并确认与UEm建立D2D链路的UE作为从机UEs加入到协作终端群中。

优选地，所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站包括：

所述UEm和所述UEs经由基站激活的上行信道将所述主机数据分别发送给基站。

优选地，所述UEm和所述UEs经由基站激活的上行信道将所述主机数据分别发送给基站包括以下方式之一：

协作终端群中的包含UEm和UEs的所有UE的天线传输相同的主机数据；

协作终端群中的包含UEm和UEs的所有UE的天线作为主机UEm的虚拟天线传输数据。

优选地，所述UEm利用D2D帧中的帧头discovery探测支持D2D的UE，以及利用D2D帧中的数据data把将要向基站发送的主机数据以及向基站传输所述主机数据的MCS(Modulation Coding Scheme，调制编码策略)格式的信息发送给所述UEs。

优选地，所述UEm和所述UEs以相同的MCS格式在上行信道上将所述主机数据分别发送给基站。

根据本发明的另一方面，提供了一种移动终端协作传输的方法，包括以下步骤：

主机UEm将包含主机UEm和从机UEs标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据接收的UE；

所述UEm在所述UEs的协作下接收基站发送给所述UEm的基站数据。

优选地，所述UEm在所述UEs的协作下接收基站发送给所述UEm的基站数据包括：

所述UEm在所述UEs的协作下经由基站激活的下行信道接收基站发送给所述UEm的基站数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种移动终端协作传输的装置，包括：

发送标识信息模块，用于主机UEm将包含主机UEm和从机UEs标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据传输的UE；

发送主机数据模块，用于所述UEm把将要向基站发送的主机数据发送给所述UEs，以便使所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站。

优选地，还包括UEm建立协作终端群模块，其包括：

发送请求单元，用于所述UEm探测支持D2D的UE,并向探测到的UE发送建立D2D链路的请求；

建立单元，用于所述UEm将接收到所述请求并确认与UEm建立D2D链路的UE作为从机UEs加入到协作终端群中。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

本发明通过分布式协作，能够显著改善上行链路和下行链路的传输性能，提高传输的速率。

附图说明

图1是本发明提供的一种移动终端协作传输的方法流程图；

图2是本发明提供的一种移动终端协作传输的装置示意图；

图3是本发明实施例提供的D2D链路示意图；

图4是本发明实施例提供的协作终端群协作示意图；

图5是本发明实施例提供的D2D传输和上行协作传输配合的示意图；

图6是本发明实施例提供的D2D帧结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明通过在UE上引入一些机制，来达到改善上行链路性能，抵抗快速移动体的穿透损耗的目的。同时该思路适合于对多种通信场景进行上行的增强接收，下行的增强接收。本发明站在上行传输的角度，增加了UE的发射天线，站在下行传输的角度，增加了UE的接收天线。

图1显示了本发明提供的一种移动终端协作传输的方法流程图，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S101：主机UEm将包含主机UEm和从机UEs标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据传输的UE；

步骤S102：所述UEm把将要向基站发送的主机数据发送给所述UEs，以便使所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站。

其中，所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站包括：所述UEm和所述UEs经由基站激活的上行信道将所述主机数据分别发送给基站。具体地说，包括以下方式之一：协作终端群中的包含UEm和UEs的所有UE的天线传输相同的主机数据；协作终端群中的包含UEm和UEs的所有UE的天线作为主机UEm的虚拟天线传输数据。

本发明在所述主机UEm发送包含主机UEm和从机UEs标识的信息给基站之前，还包括UEm建立协作终端群，其步骤包括：所述UEm探测支持D2D的UE,并向探测到的UE发送建立D2D链路的请求；所述UEm将接收到所述请求并确认与UEm建立D2D链路的UE作为从机UEs加入到协作终端群中。其中，所述UEm利用D2D帧中的帧头discovery探测支持D2D的UE，以及利用D2D帧中的数据data把将要向基站发送的主机数据以及向基站传输所述主机数据的MCS格式的信息发送给所述UEs。也就是说，所述UEm和所述UEs以相同的MCS格式在上行信道上将所述主机数据分别发送给基站。

如图6所示提供的D2D帧结构示意图，包括帧头discovery和数据data。帧头discovery用于发现移动终端并用作同步和信道估计，数据data是数据传输的有效载荷，承载的是数据流调制后的symbol。

本发明中将需要和基站通信的UE，记为UEm，负责建立VUEG(Vehicular UEGroup，协作终端群),主机UEm通过D2D帧的discovery探测周围其他支持D2D的UE，支持D2D的UE作为UEs接收到探测请求时，确定是否建立与UEm的D2D链路，若支持D2D的UE确定建立与主机UEm的D2D链路时，则支持D2D的UE通过在D2D帧的discovery上回复确认建立D2D链路的信息，若支持D2D的UE确定不建立与主机UEm的D2D链路时，则不做处理。当主机UEm接收到回复确认建立D2D链路的信息时，将支持D2D的从机UEs加入到协作终端群VUEG中。其中，从机UEs可以有多个，并且从机UEs需具备D2D能力。

如图4所示，当主机UEm将支持D2D的从机UEs加入到协作终端群VUEG中时，通过链路将所有的协作关系告知基站，主要是主机UEm和从机UEs的物理标识，比如IMSI（International Mobile Subscriber Identification Number，国际移动用户识别码）号，或者其他移动设备识别号，以便基站激活用于传输所述主机和从机的上行数据和下行数据的协作终端群上下行信道，下行可以仅在主机的下行信道传输数据，也可以在主机和从机上的下行信道上都传，但是信令需要在主从机的下行信道上都传输，如果是数据在主机和从机上的下行信道上都传，则从机需要通过D2D链路将收到的数据转发给主机。所述主机和从机经由上行信道发送所述主机待发送给基站的数据，并经由下行信道接收基站发送给主机的下行数据。

如图3所示，主机UEm将需要传输给基站的主机数据通过D2D链路传给从机UEs，并且这个传输可以通过D2D帧frame在很短的时间内完成，如图5所示，假设主机和从机要在TS5上传输信息，则要求主机和从机之间的D2D通信延迟必须足够小，简单来说，从机TS5要发射的数据是依靠D2D frame从主机接收得到的，这个要发射的数据必须在空口时间TS5到来之前准备好，只有满足此条件，才能保证主从机在同样的时频资源，以及在不同的物理天线上发射数据才能进行协作。此外，在D2D链路传输中，可以以无确认和有确认2种模式进行，所述无确认是指一直发送数据包，所述有确认是指所发送的数据包在有确认回复后再发送下一包数据包，并且传输中主机UEm负责实时告知从机UEs的MCS格式。

此外，本发明还包括：所述主机接收到其他移动终端作为从机加入所述协作终端群时，将包含主机和从机标识的协作终端群信息通知给基站，以便基站激活协作终端群的下行信道；所述主机使所述协作终端群经由基站激活的下行信道接收所述基站向所述主机发送的基站数据。也就是说，下行要求VUEG的从机UEs需要将中频下变频得到的基带采样数据通过D2D链路传输给主机UEm，这个带宽要求相比上行是非常高的。

本发明还提供了一种移动终端协作传输的方法，包括以下步骤：

步骤001：主机UEm将包含主机UEm和从机UEs标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据接收的UE；

步骤002：所述UEm在所述UEs的协作下接收基站发送给所述UEm的基站数据。

具体地说，所述UEm在所述UEs的协作下接收基站发送给所述UEm的基站数据包括：所述UEm在所述UEs的协作下经由基站激活的下行信道接收基站发送给所述UEm的基站数据。

也就是说，在下行传输中，VUEG中的从机UEs需要将中频下变频得到的基带采样数据通过D2D链路传输给主机UEm，这个带宽要求相比上行是非常高的。

图2显示了本发明提供的一种移动终端协作传输的装置示意图，如图2所示，包括：发送标识信息模块201，用于主机UEm将包含主机UEm和从机UEs标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据传输的UE；发送主机数据模块202，用于所述UEm把将要向基站发送的主机数据发送给所述UEs，以便使所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站。

本发明还包括UEm建立协作终端群模块，其包括：发送请求单元，用于所述UEm探测支持D2D的UE,并向探测到的UE发送建立D2D链路的请求；建立单元，用于所述UEm将接收到所述请求并确认与UEm建立D2D链路的UE作为从机UEs加入到协作终端群中。

具体地说，所述UEm利用D2D帧中的帧头discovery探测支持D2D的UE，以及利用D2D帧中的数据data把将要向基站发送的主机数据以及向基站传输所述主机数据的MCS格式的信息发送给所述UEs。也就是说，本发明中从机UEs以与主机UEm相同的MCS格式在相同的物理资源上传输上行数据，主机UEm与从机UEs之间的关系可以是空间分集，可以是空间复用。其中，对于主机UEm数据私密性的考虑，可以通过如下策略来解决，主机UEm发给从机UEs的数据是经过加密的，这个密钥只有主机UEm和基站知道，因此，从机UEs接收的是主机UEm已经加密的数据，在未获知加密密钥的条件下，从机UEs是很难获知主机主机UEm的信息的。

为了便于详细的说明所有的解决方案，根据目前上行对MIMO的支持情况分成2个大类。第1类为不支持MIMO的，第2类为支持MIMO的。其中第1类以GSM系统为代表，第2类以UMTS，LTE及其后续演进系统为代表。下面以具体的实施例来说明不支持MIMO和支持MIMO的。

对于不支持MIMO模式的典型系统以GSM系统为代表，主要物理层技术是发射分集和接收分集，具体步骤包括：

1)主机UEm负责建立VUEG。

2)主机UEm将已经建立的VUEG关系告知基站，主要是主机UEm、从机UEs的物理标识，比如IMSI，IMEI等等。

3)基站激活VUEG的上下行信道，为减轻处理复杂度可以考虑只激活主机UEm的下行信道，当然也可以将主机UEm、从机UEs的下行信道都激活。

4)主机UEm将需要传输的数据通过D2D链路传输给从机UEs，该传输通过D2Dframe进行，如图3所示，该传输会在很短的时间内完成，以保证协作不会带来太大的延迟。同时为了系统同步的基准的统一，可以考虑，令D2D的传输参考基站下发的时钟基准。

5)从机UEs接收到主机UEm的数据后，根据主机UEm的要求以与主机UEm相同的MCS格式传送上行数据，VUEG的所有UE的天线传输相同的数据。

对于支持MIMO的3G系统以及LTE系统及其后续演进，从机UEs和主机UEm的协作传输要更加灵活一些，可以支持2根天线，4根天线的空间发射分集，或者2根天线，4根天线，甚至更多根天线的上行分布式MIMO。分集技术可以考虑分集发射、SFBC（Space Frequency Block Code，空频块码），空间复用技术可以支持预编码技术，波束赋形技术。只需要将分布在VUEG的多个天线作为主机UEm的虚拟天线来处理即可。

下面以两个实施例来具体说明：

具体实施例1

1)主机UEm负责建立VUEG。

2)主机UEm将已经建立的VUEG关系告知基站，主要是协作基站从机UEs、主机UEm的物理标识，比如IMSI，IMEI等等。

3)基站激活VUEG的上下行信道，为减轻处理复杂度可以考虑只激活主机UEm的下行信道，当然也可以将主机UEm、从机UEs的下行信道都激活。

4)主机UEm将需要传输的数据通过D2D链路传输给从机UEs，该传输通过D2Dframe进行，如图3所示，该传输会在很短的时间内完成，以保证协作不会带来太大的延迟。同时为了系统同步的基准的统一，可以考虑，令D2D的传输参考基站下发的时钟基准。

5)对于支持MIMO的3G系统，以及支持MIMO的LTE系统及其后续演进，考虑波束赋形技术。分布在VUEG的多个天线作为主机UEm的虚拟天线来处理。

假设每个UE有1根发射天线，基站有N根接收天线。VUEG内共有m个UE参与上行协作。所有的UE上行在相同的物理资源上发射相同的符号，并且其传输的MCS一致。

H＝[h₁,h₂,…,h_m]

其中h_k为第k个UE到基站的信道，h_k＝(h_k1,h_k2,…,h_kN)^T。

因此，基站的上行接收信号可以建模为：

$y=\left(\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_k}{h}_k\right)u+z$

其中，θ_k为第k个UE的上行波束赋形调整角度，u为发射的基带符号symbol，z为噪声和干扰，y为基站N根天线的接收symbol。

令等效信道 $h_e=\left(\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_k}{h}_k\right)$

假设基站的上行信道估计是理想的，则MRC（Maximal Ratio Combining，最大比合并）接收机的信噪比为

因此，最大化γ等价于最大化

${\left|\right|h_e\left|\right|}^2=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2+2\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=k+1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}R\left\{e^{-j({\mathrm{\θ}}_k-{\mathrm{\θ}}_l)}\left(h_k^{*}{h}_l\right)\right\}$

其中R为对一个复数求实部。最大化||h_e||²，等价于最大化g(θ₁,θ₂,…,θ_m)， $g({\mathrm{\θ}}_1,{\mathrm{\θ}}_2,...,{\mathrm{\θ}}_m)=2\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=k+1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}R\left\{e^{-j({\mathrm{\θ}}_k-{\mathrm{\θ}}_k)}\left(h_k^{*}{h}_l\right)\right\},$ 为了使问题简单化，把θ₁视为变量，其他视为参量，得到 $g({\mathrm{\θ}}_1,{\mathrm{\θ}}_2,...,{\mathrm{\θ}}_m)=R\left\{e^{-j{\mathrm{\θ}}_1}\underset{l=2}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_l}{h}_1^{*}{h}_k\right\}+\underset{k=2}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}R\left\{e^{-j{\mathrm{\θ}}_k}\underset{l=k+1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_l}{h}_k^{*}{h}_l\right\},$ 当满足 ${\mathrm{\θ}}_1=\arg \left(\underset{l=1,l\≠k}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_l}{h}_k^{*}{h}_l\right)---\left(1\right)$

从这个角度出发，类似的 ${\mathrm{\θ}}_k=\arg \left(\underset{l=1,l\≠k}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_l}{h}_k^{*}{h}_l\right)---\left(2\right)$

可以先假设θ₂,…,θ_m初始相位相等，然后利用公式(2)进行多次迭代实现θ₁,θ₂,…,θ_m最优值的求解。得到θ₁,θ₂,…,θ_m后，可以将这个相位在基带实现时考虑，或者调节射频载波的相位实现。

具体实施例2

1）主机UEm负责建立VUEG。

2）主机UEm将已经建立的VUEG关系告知基站，主要是协作基站从机UEs、主机UEm的物理标识，比如IMSI，IMEI（International Mobile EquipmentIdentity，国际移动设备身份码）等等。

3）基站激活VUEG的上下行信道，为减轻处理复杂度可以考虑只激活主机UEm的下行信道，当然如果复杂度不是问题的话，也可以将主机UEm、从机UEs的下行信道都激活。

4）主机UEm将需要传输的数据通过D2D链路传输给从机UEs，该传输通过D2Dframe进行，如图3所示，该传输会在很短的时间内完成，以保证协作不会带来太大的延迟。同时为了系统同步的基准的统一，可以考虑，令D2D的传输参考基站下发的时钟基准。

5)考虑空间复用技术，分布在VUEG的多个天线作为主机UEm的虚拟天线来处理。

假设每个UE有2根发射天线，基站有N根接收天线。VUEG内共有M个UE参与上行协作。所有的UE上行在相同的物理资源上发射相同的符号，并且其MCS方案一致。

因此，基站的上行接收信号可以建模为：

其中y_k为基站的第k根天线的接收symbol；h_i,j为第个UE的第根天线到基站的第i根天线的信道响应；u_m,n为第m个UE在第n根天线的发射symbol；z_p,q为噪声和干扰。

记根据基于SVD（Singular Value Decomposition，奇异值分解）的预编码理论，得到，H＝UΛV^H，其中U的维度为N×N；V的维度为2M×2M；V即为线性预编码矩阵。

6）基站计算得到V，然后通过每个UE的下行控制信道告知响应的UE。

7）相应的UE执行预编码计算，x＝Vu，

其中， $x=\left(\begin{array}{c}{x}_{11}\\ x_{12}\\ .\\ .\\ .\\ x_{M,1}\\ x_{M,2}\end{array}\right),u=\left(\begin{array}{c}{u}_{11}\\ u_{12}\\ .\\ .\\ .\\ u_{M,1}\\ u_{M,2}\end{array}\right)$

需要注意的是，对于UEi只需传输第i1,i2层的数据x_i,1,x_i,2，其中1≤i≤M。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

本发明在UE的通信中，通过D2D链路增加UE的发射天线和接收天线来改善UE的上行传输和下行传输性能，提高传输的速率。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种移动终端协作传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：

主机UEm将包含主机UEm和从机UEs标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据传输的UE；

所述UEm把将要向基站发送的主机数据发送给所述UEs，以便使所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述主机UEm发送包含主机UEm和从机UEs标识的信息给基站之前，还包括UEm建立协作终端群，其步骤包括：

所述UEm探测支持D2D的UE,并向探测到的UE发送建立D2D链路的请求；

所述UEm将接收到所述请求并确认与UEm建立D2D链路的UE作为从机UEs加入到协作终端群中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站包括：

所述UEm和所述UEs经由基站激活的上行信道将所述主机数据分别发送给基站。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述UEm和所述UEs经由基站激活的上行信道将所述主机数据分别发送给基站包括以下方式之一：

协作终端群中的包含UEm和UEs的所有UE的天线传输相同的主机数据；

协作终端群中的包含UEm和UEs的所有UE的天线作为主机UEm的虚拟天线传输数据。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述UEm利用D2D帧中的帧头discovery探测支持D2D的UE，以及利用D2D帧中的数据data把将要向基站发送的主机数据以及向基站传输所述主机数据的MCS格式的信息发送给所述UEs。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述UEm和所述UEs以相同的MCS格式将所述主机数据分别发送给基站。

7.一种移动终端协作传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：

主机UEm将包含主机UEm和从机UEs标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据接收的UE；

所述UEm在所述UEs的协作下接收基站发送给所述UEm的基站数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述UEm在所述UEs的协作下接收基站发送给所述UEm的基站数据包括：

所述UEm在所述UEs的协作下经由基站激活的下行信道接收基站发送给所述UEm的基站数据。

9.一种移动终端协作传输的装置，其特征在于，包括：

发送标识信息模块，用于主机UEm将包含主机UEm和从机UEs标识的信息发送给基站，其中所述UEs是参与UEm数据传输的UE；

发送主机数据模块，用于所述UEm把将要向基站发送的主机数据发送给所述UEs，以便使所述UEm在所述UEs的协作下将所述主机数据发送给基站。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括UEm建立协作终端群模块，其包括：

发送请求单元，用于所述UEm探测支持D2D的UE,并向探测到的UE发送建立D2D链路的请求；

建立单元，用于所述UEm将接收到所述请求并确认与UEm建立D2D链路的UE作为从机UEs加入到协作终端群中。