CN105188150A - 降低lte上行数据传输延时的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低LTE上行数据传输延时的方法及系统，该方法包括如下步骤：基站判断LTE上行数据类型；基站根据LTE上行数据类型设置相应的上行数据传输资源预分配量，并根据所述上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。本发明针对于不同类型的LTE上行数据直接设置不同的上行数据传输资源预分配量，并根据上行数据传输资源预分配量向终端发送UL？Grant，通过上行自适应资源预测调度的方法，降低因SR请求和BSR报告带来的时延，降低LTE上行数据的传输时延，提高在长时延信道条件下的无线传输效率。

Description

降低LTE上行数据传输延时的方法和系统
技术领域
本发明涉及移动通信领域，特别是涉及一种降低LTE上行数据传输延时的方法和系统。
背景技术
LTE(LongTermEvolution，长期演进)以高速率、低延迟的优势目前正广泛应用于无线传输领域，而在卫星通信领域，其最显著的一个特点是往返时间极长，如同步卫星系统下，其电波空中传播的环回时延RTT(RoundTripTime)达到540ms以上。因此将LTE应用于卫星通信领域，可以有效提高数据传输速率，但对于传输时延，特别是上行传输时延，并未能有效减少。
数据的传输时延由电波空中传输时延、调度时延、设备信号处理时延组成。考虑到基站和终端对于信号的处理为毫秒级别，在长延时信道下可以忽略不计。在以LTE为代表的下一代移动通信系统中，为了提高空口资源的利用率，无论是控制信息还是数据信息，都需要在一个统一的共享信道中传输。而用户对资源的使用必须经过基站资源调度后才能进行。一般而言，在移动通信系统中，上下行资源调度都在基站侧完成。对于下行数据传输而言，基站可以根据下行业务的QoS(QualityofService，服务质量)进行调度。对于QoS优先级高的数据，可以立即进行发送，调度时延最短可以达到0ms。在这种情况下，传输时延tdl主要取决于电波传播的单程时延STT(SingleTripTime)，如图1所示。
然而在LTE传统的上行数据传输处理流程中，当数据需要从终端发往基站时，终端必须通过资源调度请求(SchedulingRequest，SR)告知基站其有待发送数据。然后，基站将分配足够容纳终端缓存状态报告(BufferStatusReport，BSR)的上行资源调度授权(ULGrant)，终端通过BSR告诉基站有多少数据需要发送，此时基站根据上行数据的QoS优先级进行资源调度。从图2可以看出，一个完整的上行数据发送过程包括SR请求和BSR报告时间，以及上行数据传输时间。这在陆地移动通信中，数据来回传输的空中电波传播时延几乎可以忽略不计，然而在卫星通信领域中，空中电波传播时间达到270毫秒，SR请求和BSR报告带来的数据传输时延1000多毫秒，对数据传送的实时性带来严重影响。
卫星通信场景下，LTE上行数据传输时延的计算如下：
如图2所示，LTE上行数据传输从开始发送SR请求到最后LTE上行数据到达基站侧，需要经历2次RTT，一次STT。因此：
tul＝tSR+tBSR+tdata＝2.5tRTT(1)
其中tSR＝tBSR＝tRTT＝2tSTT，tdata＝tSTT。
在同步卫星系统中，tRTT＝2tSTT＝540ms，则根据上式得LTE上行数据传输时延tul＝1350ms。
LTE上行数据传输过程不仅仅用于用户数据上传，也用于信令交互过程。一个典型的LTE信令交互流程如图3所示。
对比图3与图2可知，区别于用户数据上行传输过程，信令交互过程由基站(eNB)发起，后继则与用户数据上传过程相同。因此，整个信令交互过程最少时延为：
tul+tSTT＝3tRTT(2)
对于同步卫星通信系统，信令交互过程的时延为1620ms。
综上所述，在同步卫星通信系统中，由于信令交互造成的上行数据传送延时较大，严重影响了数据传输的实时性。
发明内容
基于此，为解决现有技术中的问题，本发明提供一种降低LTE上行数据传输延时的方法和系统，对上行数据传输资源进行预测调度，减少因SR请求和BSR报告带来的时延，从而降低LTE上行数据传输时延。
为实现上述技术目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种降低LTE上行数据传输延时的方法，包括如下步骤：
基站判断LTE上行数据类型；
基站根据LTE上行数据类型设置相应的上行数据传输资源预分配量，并根据所述上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
以及一种降低LTE上行数据传输延时的系统，包括基站，所述基站包括：
判断模块，用于判断LTE上行数据类型；
资源预分配模块，用于根据LTE上行数据类型设置相应的上行数据传输资源预分配量；
调度授权发送模块，用于根据所述上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
本发明针对于不同类型的LTE数据直接设置不同的上行数据传输资源预分配量，并根据上行数据传输资源预分配量向终端发送ULGrant(上行资源调度授权)，通过上行自适应资源预测调度的方法，降低因SR请求和BSR报告带来的时延，降低LTE上行数据的传输时延，提高在长时延信道条件(例如同步卫星通信系统)下的无线传输效率。
附图说明
图1为LTE系统中下行数据传输时延示意图；
图2为LTE系统中上行数据传输时延示意图；
图3为LTE系统中基站与终端间的信令交互示意图；
图4为本发明实施例中一种降低LTE上行数据传输延时的方法的流程示意图；
图5为本发明实施例中信令交互过程中上行数据传输资源预测调度的流程示意图；
图6为本发明实施例中改善后的基站与终端间的信令交互流程示意图；
图7为本发明实施例中改善后的BE业务数据上行时延示意图；
图8为本发明实施例中基站对上行数据传输资源预分配量进行更新流程
图9为本发明实施例中一种降低LTE上行数据传输延时的系统的结构示意图；
图10为本发明实施例中资源预分配模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合较佳实施例及附图对本发明的内容作进一步详细描述。
如图4所示，本实施例提供一种降低LTE上行数据传输延时的方法，包括如下步骤：
S10基站判断LTE上行数据类型；
S20基站根据LTE上行数据类型设置相应的上行数据传输资源预分配量；
S30根据所述上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权(ULGrant)。
在本实施例中，基站为LTE上行数据进行资源预测调度时，要对LTE上行数据类型进行判断，针对于不同的LTE上行数据类型，设置不同的上行数据传输资源预分配量，然后根据上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的ULGrant，降低因SR请求和BSR报告带来的时延，从而显著降低LTE上行数据的传输时延。
具体的，下面针对于不同的LTE上行数据类型进行详细说明。
LTE系统在实际应用中，最典型的有3种数据类型，即信令(Signaling)，语音(VoIP)，BE业务数据(如FTP)。本发明仅以信令和BE业务数据来进行说明。
LTE系统中的信令主要指基站RRC(RadioResourceControl，无线资源控制)信令及NAS(Non-accessstratum，非接入层)信令，主要用于终端接入和移动性管理。信令交互流程形式一般为基站(eNB)和终端(UE)间的一问一答式，且根据通信协议(如LTE协议)终端回应的资源需求可以预知。因此，可以忽略终端的SR请求及BSR报告，对上行信令的发送时机及资源分配可以做比较准确的预估。鉴于此特点，当LTE上行数据类型为信令时，eNB根据通信协议为信令设置上行数据传输资源预分配量，并根据上行数据传输资源预分配量，在下发基站侧信令后的第一时延后向终端发送与LTE上行数据对应的ULGrant。即eNB可以在下发基站侧信令的一段时延后(如终端信号处理时延)，将终端需要交互的信令资源分配紧接着发给终端，以节省终端上发信令响应的资源调度请求及调度时间。
图5为信令交互过程中上行数据传输资源预测调度的流程示意图，如图5所示，在基站与终端间有信令交互需要时(例如终端接入基站或切换)，t1时刻基站向终端发送下行信令；然后基站根据通信协议设置上行数据传输资源预分配量K，即预估计终端需要反馈的上行信令所需要占用的物理资源大小K，然后基站在第一时延toffset后，即在t1+toffset时刻，向终端发出与LTE上行数据对应的ULGrant，分配大小为K的物理资源。其中第一时延toffset可从通信协议中获取，即基站可根据通信协议预先设置toffset。
改善后的信令交互流程如图6所示。从图6可以直观的看出：
tul-sig＝tdl-sig+tSTT+toffset＝tRTT+toffset(3)
其中各变量的含义如下：
t1:基站发送下行信令的时间点；
tSTT：单程传输时间(SingleTripTime)；
toffset：第一时延，此处设为UE信号处理时延，这个时间比较固定，一般在毫秒级别；
tul-sig：上行信令的传输时延。
因此，上行信令的传输时延可控制在tRTT+toffset。与公式(1)相比，使用本发明提供的降低LTE上行数据传输时延的方法，信令交互流程比传统系统流程节省了2tRTT-toffset时延。由于toffset远小于tRTT，对比公式(3)与公式(1)可以发现，采用本实施例中的降低LTE上行数据传输延时的方法后，相对于传统方案可以减少近66.7％的传输时延。
下面再结合BE业务数据对本发明的降低LTE上行数据传输延时的方法进行详细说明。
当判定LTE上行数据类型为BE业务数据时，基站根据QoS业务类型为BE业务数据设置上行数据传输资源预分配量，并根据上行数据传输资源预分配量，在下发BSR调度授权后周期性地向终端发送与LTE上行数据上行资源调度授权。
当BE业务数据需要从终端发往基站时，终端必须通过SR请求告知基站其有待发送数据。然后，基站下发BSR调度授权。在传统方法中，基站需要在接收到终端发送的BSR报告后，才分配上行数据传输资源，因此存在较大的时延，而在本实施例中，基站根据QoS业务类型直接为BE业务数据设置上行数据传输资源预分配量，然后根据该上行数据传输资源预分配量，在下发BSR调度授权后周期性地向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权，即基站在下发BSR调度授权后每隔一个时延toffset2(可设置为终端信号处理时延)后开始发送ULGrant2，终端接收此ULGrant2后上传BE业务数据。因此，通过本实施例中的降低LTE上行数据传输延时的方法，在上传BE业务数据时，能够有效降低因SR请求和BSR报告所产生的时延，提高数据传输效率。改进后的BE业务数据上行时延估计如图7所示。从图7中可以看出，上行数据传输资源的分配不再等到收到BSR报告后才开始，而是在发出BSR调度授权(UL-Grant1)后一个toffset2时间后开始。因此，节省时间为tRTT-toffset2。对比公式(1)可以发现，采用本实施例中的降低LTE上行数据传输延时的方法后，相对于传统方案上行数据传输时延降低近40％。
考虑到BE业务数据(如FTP等)具有突发性和不对称性，很难做到精准的资源预测调度。因此基站向终端发送上行资源调度授权后，还对上行数据传输资源预分配量进行更新。例如可以根据终端在长延时后的BSR报告反馈，使用自适应资源分配算法来更新上行数据传输资源预分配量。因此，较佳的，本实施例对BE业务数据的上行数据传输资源预测调度，可以采用预分配加跟踪需求的自适应算法来实现。本实施例在此提供更新上行数据传输资源预分配量的方法，如图8所示，基站对上行数据传输资源预分配量进行更新的过程包括以下步骤：
S710基站获取接收到的且由终端发送的BSR报告中的请求资源量；
S715统计在一个统计窗口时间内的上行数据传输资源预分配量总数与BSR报告的请求资源量总数；
S720根据所述上行数据传输资源预分配量总数与所述请求资源量总数的差值更新所述上行数据传输资源预分配量。
具体而言，基站对BE业务数据上行传输资源进行预测调度由基站收到终端发送的SR请求触发，基站根据具体的QOS业务类型为BE业务数据设置相应的上行数据传输资源预分配量M和周期T，并进行上行数据传输资源预测调度，即在达到周期T时，向终端发出上行资源调度授权，分配大小为M的物理资源。在此基础上，本实施例中统计基站接收到的、终端发送的且经过长时延信道后延时为D的BSR报告中的请求资源量(如同步卫星通信场景中，D＝540ms)；然后统计一个统计窗口时间内的上行数据传输资源预分配量总数与BSR报告中的请求资源量总数，并根据上行数据传输资源预分配量总数与请求资源量总数的差值更新上行数据传输资源预分配量。
在一种具体实施方式中，当上行数据传输资源预分配量总数与请求资源量总数的差值小于阈值时，增加上行数据传输资源预分配量M；而当上行数据传输资源预分配量总数与请求资源量总数的差值大于或等于阈值时，减少上行数据传输资源预分配量M。但如果最终的上行数据传输资源预分配量为0，或业务DRB(DataRadioBearer，数据无线承载)被删除，则停止对上行数据传输资源预分配量的更新。通过这种方式，自适应调整上行数据传输资源预分配量，保证了对BE业务数据上行传输资源预测调度的精准性。
综上所述，本发明针对于不同类型的LTE上行数据直接设置不同的上行数据传输资源预分配量，并根据上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据ULGrant(上行资源调度授权)，通过上行数据自适应资源预测调度的方法，降低因SR请求和BSR报告带来的时延，降低LTE上行数据的传输时延，提高在长时延信道条件下的无线传输效率。进一步的，在对BE业务数据进行资源预测调度时，自适应调整上行数据传输资源预分配量，保证了对BE业务数据上行传输资源预测调度的精准性，在降低数据传输延时的同时保证了数据传输的可靠性。
相应的，本发明还提供一种降低LTE上行数据传输延时的系统，包括基站，在一个具体实施例中，如图9所示，该基站包括：
判断模块1，用于判断LTE上行数据类型；
资源预分配模块2，用于根据LTE上行数据类型设置相应的上行数据传输资源预分配量；
调度授权发送模块3，用于根据所述上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
在本实施例中，基站为LTE上行数据进行资源预测调度时，通过判断模块1对应LTE上行数据类型进行判断，针对于不同的LTE上行数据类型，资源预分配模块2设置不同的上行数据传输资源预分配量，然后调度授权发送模块3根据上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的ULGrant，降低因SR请求和BSR报告带来的时延，从而显著降低LTE上行数据的传输时延。
在一种具体实施方式中，当判断模块1判定LTE上行数据类型为信令时，资源预分配模块2根据通信协议为信令设置上行数据传输资源预分配量，调度授权发送模块3根据上行数据传输资源预分配量，在下发基站侧信令后的第一时延后向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
在一种具体实施方式中，当判断模块1判定LTE上行数据类型为BE业务数据时，资源预分配模块2为BE业务数据设置上行数据传输资源预分配量，调度授权发送模块3根据上行数据传输资源预分配量，在下发BSR调度授权后周期性地向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
在一种具体实施方式中，考虑到BE业务数据具有突发性和不对称性，很难做到精准的资源预测调度。因此在调度授权发送模块向终端发送上行资源调度授权后，资源预分配模块2还对上行数据传输资源预分配量进行更新。
在一种具体实施方式中，如图10所示，资源预分配模块2包括：
请求资源量获取模块21，用于获取接收到的且由终端发送的BSR报告中的请求资源量；
统计模块22，用于统计在一个统计窗口时间内的上行数据传输资源预分配量总数与BSR报告中的请求资源量总数；
更新模块23，用于根据所述上行数据传输资源预分配量总数与所述请求资源量总数的差值更新所述上行数据传输资源预分配量。
具体而言，基站对BE业务数据上行传输资源进行预测调度由基站收到终端发送的SR请求触发，资源预分配模块2根据具体的QOS业务类型为BE业务数据设置相应的上行数据传输资源预分配量M，调度授权发送模块3根据设定的周期T进行上行数据传输资源预测调度，即在达到周期T时，向终端发出与LTE上行数据对应的上行资源调度授权，分配大小为M的物理资源。在此基础上，本实施例中通过请求资源量获取模块21统计基站接收到的、终端发送的且经过长时延信道后延时为D的BSR报告中的请求资源量(如同步卫星通信场景中，D＝540ms)，然后统计模块22统计一个统计窗口时间内的上行数据传输资源预分配量总数与BSR报告中的请求资源量总数，更新模块23根据上行数据传输资源预分配量总数与请求资源量总数的差值更新上行数据传输资源预分配量。通过这种方式，自适应调整上行数据传输资源预分配量，保证了对BE业务数据上行传输资源预测调度的精准性。
在一种具体实施方式中，当上行数据传输资源预分配量总数与请求资源量总数的差值小于阈值时，更新模块23增加上行数据传输资源预分配量M；而当上行数据传输资源预分配量总数与请求资源量总数的差值大于或等于阈值时，更新模块23减少上行数据传输资源预分配量，通过自适应调整上行数据传输资源预分配量，在降低数据传输延时的同时保证了数据传输的可靠性。
上述各个模块其具体功能的实现方法，可参照上述降低LTE上行数据传输延时的方法实施例中提供的具体实现方法，此处不在一一赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种降低LTE上行数据传输延时的方法，其特征在于，包括如下步骤：
基站判断LTE上行数据类型；
基站根据LTE上行数据类型设置相应的上行数据传输资源预分配量，并根据所述上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
2.根据权利要求1所述的降低LTE上行数据传输延时的方法，其特征在于，基站根据LTE上行数据类型设置相应的上行数据传输资源预分配量，并根据所述上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权的过程包括：
当LTE上行数据类型为信令时，基站根据通信协议为信令设置上行数据传输资源预分配量，并根据所述上行数据传输资源预分配量，在下发基站侧信令后的第一时延后向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
3.根据权利要求1所述的降低LTE上行数据传输延时的方法，其特征在于，基站根据LTE上行数据类型设置相应的上行数据传输资源预分配量，并根据所述上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权的过程包括：
当LTE上行数据类型为BE业务数据时，基站根据QoS业务类型为BE业务数据设置上行数据传输资源预分配量，并根据所述上行数据传输资源预分配量，在下发缓存状态报告调度授权后周期性地向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
4.根据权利要求3所述的降低LTE上行数据传输延时的方法，其特征在于，基站向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权后，还对所述上行数据传输资源预分配量进行更新。
5.根据权利要求4所述的降低LTE上行数据传输延时的方法，其特征在于，基站对所述上行数据传输资源预分配量进行更新的过程包括：
基站获取接收到的且由终端发送的缓存状态报告中的请求资源量；
统计在一个统计窗口时间内的上行数据传输资源预分配量总数与缓存状态报告中的请求资源量总数；
根据所述上行数据传输资源预分配量总数与所述请求资源量总数的差值更新所述上行数据传输资源预分配量。
6.根据权利要求5所述的降低LTE上行数据传输延时的方法，其特征在于，根据所述上行数据传输资源预分配量总数与所述请求资源量总数的差值更新所述上行数据传输资源预分配量的过程包括：
当所述上行数据传输资源预分配量总数与所述请求资源量总数的差值小于阈值时，增加所述上行数据传输资源预分配量；
当所述上行数据传输资源预分配量总数与所述请求资源量总数的差值大于或等于阈值时，减少所述上行数据传输资源预分配量。
7.一种降低LTE上行数据传输延时的系统，包括基站，其特征在于，所述基站包括：
判断模块，用于判断LTE上行数据类型；
资源预分配模块，用于根据LTE上行数据类型设置相应的上行数据传输资源预分配量；
调度授权发送模块，用于根据所述上行数据传输资源预分配量向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
8.根据权利要求7所述的降低LTE上行数据传输延时的系统，其特征在于，当所述判断模块判定LTE上行数据类型为信令时，所述资源预分配模块根据通信协议为信令设置上行数据传输资源预分配量，所述调度授权发送模块根据所述上行数据传输资源预分配量，在下发基站侧信令后的第一时延后向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
9.根据权利要求7所述的降低LTE上行数据传输延时的系统，其特征在于，当所述判断模块判定LTE上行数据类型为BE业务数据时，所述资源预分配模块根据QoS业务类型为BE业务数据设置上行数据传输资源预分配量，所述调度授权发送模块根据所述上行数据传输资源预分配量，在下发缓存状态报告调度授权后周期性地向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权。
10.根据权利要求9所述的降低LTE上行数据传输延时的系统，其特征在于，在所述调度授权发送模块向终端发送与LTE上行数据对应的上行资源调度授权后，所述资源预分配模块还对所述上行数据传输资源预分配量进行更新。
11.根据权利要求10所述的降低LTE上行数据传输延时的系统，其特征在于，所述资源预分配模块包括：
请求资源量获取模块，用于获取接收到的且由终端发送的BSR报告中的请求资源量；
统计模块，用于统计在一个统计窗口时间内的上行数据传输资源预分配量总数与缓存状态报告中的请求资源量总数；
更新模块，用于根据所述上行数据传输资源预分配量总数与所述请求资源量总数的差值更新所述上行数据传输资源预分配量。
12.根据权利要求11所述的降低LTE上行数据传输延时的系统，其特征在于，
当所述上行数据传输资源预分配量总数与所述请求资源量总数的差值小于阈值时，所述更新模块增加所述上行数据传输资源预分配量；
当所述上行数据传输资源预分配量总数与所述请求资源量总数的差值大于或等于阈值时，所述更新模块减少所述上行数据传输资源预分配量。
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