CN105409296B - 在蜂窝网络中实现基于设备到设备的组播通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在蜂窝网络中实现基于D2D的组播通信的三种应用场景。应用场景1：组播组中的所有用户设备均在蜂窝网络的覆盖范围内，对于该应用场景，提出了一种为组播组中的发起用户设备配置传输功率的方法。应用场景2：组播组中的一部分用户设备在蜂窝网络的覆盖范围内，另一部分用户设备在蜂窝网络的覆盖范围外，对于该应用场景，提出了一种选择中继用户设备的方法。应用场景3：组播组中的所有用户设备均不在蜂窝网络的覆盖范围内，对于该应用场景，提出了一种组播传输的方法。

Description

在蜂窝网络中实现基于设备到设备的组播通信的方法

技术领域

本发明涉及蜂窝通信网络，尤其涉及在蜂窝网络中实现基于设备到设备的组播通信的方法。

背景技术

目前，基于邻近性的业务(FS_ProSe，TR 22.803)的可行性研究已经基于用户设备相互邻近确定了能够由3GPP系统提供的有价值业务。所确定的区域包括运营商和用户感兴趣的公共安全(Public Safety)和非公共安全(no-Public-Safety)业务。在RAN全体会议#58期间，LTE设备到设备(device to device，D2D)通信的相应的新研究项目(Study Item，SI)已经被包括在Rel-12的讨论日程中。

在之前的RAN1#73会议期间，已经提出了组播通信(groupcast communication)的新的观点。与现有的蜂窝通信相比，组播通信的下列特殊特性已经在RAN1中达成一致：

●对于组播和广播通信，发现(discovery)并非是一个需要的步骤；

●对于组播和广播通信，并未假定组内的所有接收用户设备都相互邻近；

●对于仿真目的，

-组播是从第一用户设备到该组内的所有其他用户设备的单向通信；

-广播是从第一用户设备到所有其他用户设备的单向通信。

此外，关于仿真评估的一个用户分布方案已经在RAN1中达成一致。

然而，目前尚无关于在现有蜂窝网络中如何实现基于D2D的组播通信的讨论。

发明内容

基于此，本发明提出了将基于D2D的组播通信应用于现有蜂窝网络的三种应用场景。

应用场景1：组播组中的所有用户设备均在蜂窝网络的覆盖范围内

对于该应用场景1，本发明在一个实施例中，提出了一种在蜂窝网络的基站中用于为基于设备到设备通信的组播组中的发起用户设备配置传输功率的方法，所述组播组中的所有用户设备均位于所述蜂窝网络的覆盖范围内，所述方法包括以下步骤：A.确定所述发起用户设备的预定传输功率；B.从所述发起用户设备处接收该发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的信道状况信息；C.基于所述预定传输功率以及接收到的所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的信道状况信息，为所述发起用户设备配置传输功率；以及D.将为所述发起用户设备配置的传输功率发送至所述发起用户设备。

有利的，如果设备到设备上行传输与蜂窝上行传输复用相同的资源，则所述步骤C还包括：基于所述预定传输功率、所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的信道状况信息以及所述发起用户设备对其相邻的蜂窝用户设备的上行干扰情况，为所述发起用户设备配置传输功率。

有利的，所述步骤A包括：基于所述发起用户设备与所述基站之间的路径损耗情况，确定所述发起用户设备的所述预定传输功率。

有利的，所述信道状况信息包括以下任一种：

-所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的HARQ信息；

-所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的路径损耗信息。

本发明在另一个实施例中，提出了一种在基于设备到设备通信的组播组中的发起用户设备中用于辅助蜂窝网络中的基站为本发起用户设备配置传输功率的方法，所述组播组中的所有用户设备均位于所述蜂窝网络的覆盖范围内，所述方法包括以下步骤：a.获取所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的信道状况信息；b.将所获取的所述发起用户设备至所述组播组中每一接收用户设备的信道状况信息发送至所述基站；c.接收来自所述基站的为所述发送用户设备配置的传输功率。

应用场景2：组播组中的一部分用户设备在蜂窝网络的覆盖范围内，另一部分用户设备在蜂窝网络的覆盖范围外

对于该应用场景2，本发明在一个实施例中，提出了一种在蜂窝网络的基站中用于为基于设备到设备的组播通信选择中继用户设备的方法，所述组播通信的组播组中的一部分用户设备位于所述蜂窝网络的覆盖范围内，另一部分用户设备位于所述蜂窝网络的覆盖范围外，所述方法包括以下步骤：i.分别从多个潜在用户设备处接收每个潜在用户设备检测到的在所述蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的个数；以及ii.基于接收到的每个潜在用户设备检测到的在所述蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的个数，从所述多个潜在用户设备中选择一个用户设备作为中继用户设备。

有利的，上述方法还包括以下步骤：分别从所述多个潜在用户设备处接收每个潜在用户设备至所述组播组中位于所述蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的路径损耗信息；其中，所述步骤ii包括：基于接收到的每个潜在用户设备检测到的在所述蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的个数以及接收到的每个潜在用户设备至所述组播组中位于所述蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的路径损耗信息，从所述多个潜在用户设备中选择一个用户设备作为中继用户设备。

本发明在另一个实施例中，提出了一种在基于设备到设备通信的组播组中的潜在用户设备中用于辅助蜂窝网络中的基站选择中继用户设备的方法，所述组播组中的一部分用户设备位于所述蜂窝网络的覆盖范围内，另一部分用户设备位于所述蜂窝网络的覆盖范围外，所述方法包括以下步骤：检测来自位于所述蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的训练信令的传输，所述训练信令包括同步序列，所述用户设备的身份标识以及信息部分；以及将所检测到的位于所述蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的个数发送至所述基站。

有利的，上述方法还包括以下步骤：确定所述潜在用户设备至所述组播组中位于所述蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的路径损耗信息；以及将所确定的所述潜在用户设备至所述组播组中位于所述蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的路径损耗信息发送至所述基站。

本发明在又一个实施例中，提出了一种在基于设备到设备通信的组播组中的位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备中用于辅助所述蜂窝网络中的基站选择中继用户设备的方法，所述组播组中的一部分用户设备位于所述蜂窝网络的覆盖范围内，另一部分用户设备位于所述蜂窝网络的覆盖范围外，所述方法包括以下步骤：发送训练信令，所述训练信令包括同步序列，所述用户设备的身份标识以及信息部分。

应用场景3：组播组中的所有用户设备均不在蜂窝网络的覆盖范围内

对于该应用场景3，本发明在一个实施例中，提出了一种在基于设备到设备通信的组播组中的用户设备中用于进行组播传输的方法，所述组播组中的所有用户设备均不在蜂窝网络的覆盖范围内，所述方法包括以下步骤：I.对载波进行侦听以判断所述载波是否处于空闲状态；II.如果所述载波处于空闲状态，则在固定时间窗内，以预定的帧结构传输信息，所述帧结构包括两部分，第一部分包括同步序列，所述同步序列由所述用户设备的唯一身份标识生成，第二部分包括参考信号，CRC校验码和待传输信息；III.当所述固定时间窗到达后，停止传输信息，并对所述载波进行侦听以接收来自所述组播组中其他用户设备的信息；以及IV.当停止传输信息达到预定时间长度后，如果仍有信息需要传输，则继续执行上述步骤I至III。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了根据本发明的一个实施例的组播组中所有用户设备均在蜂窝网络的覆盖范围内的网络示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的组播组中一部分用户设备在蜂窝网络的覆盖范围内另一部分用户设备在蜂窝网络的覆盖范围外的网络示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的组播组中所有用户设备均不在蜂窝网络的覆盖范围内的网络示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于组播通信的帧结构示意图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的用户设备进行组播通信的方法流程图；以及

图6示出了根据本发明的一个实施例的组播通信的时间线(timeline)示意图。

在图中，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

以下将分别针对三种应用场景对本发明的各实施例进行详细描述。

应用场景1：组播组中的所有用户设备均在蜂窝网络的覆盖范围内(如图1所示)

对于该应用场景，将由网络侧(也即基站)完全控制用户设备之间的组播通信。基站将调度组播组中的某一用户设备在一些专用子帧上传输数据，并调度该组播组中的其他一些用户设备在相同的专用子帧上接收数据。此外，基站也将控制D2D链路的QoS(业务质量)，例如HARQ过程。对于该应用场景，如果D2D链路和蜂窝链路之间的资源能够复用，那么需要解决组播通信的功率设置问题，以消除蜂窝链路和D2D链路之间的干扰。

以下参照图1，对基站配置D2D链路(也即发起用户设备)的传输功率的方法进行详细描述。在图1所示出的网络拓扑中，用户设备21，22和23构成一个基于D2D通信的组播组，其中，用户设备21为发起用户设备，当用户设备21发送信息时，用户设备22和23接收信息。用户设备20为蜂窝用户设备，其与基站10之间进行通信。

基站10首先确定发起用户设备21的预定传输功率。例如，基站10可以基于发起用户设备21与本基站10之间的路径损耗情况来确定发起用户设备21的预定传输功率。当发起用户设备21与基站10之间的路径损耗较大时，相应的，所确定的预定传输功率的值也可较大，反之亦然。

然后，基站10从发起用户设备21处接收该发起用户设备21至组播组中每一个接收用户设备22，23的信道状况信息。该信道状况信息可以是例如发起用户设备21至组播组中每一个接收用户设备22，23的HARQ信息(例如，HARQ次数)，或者发起用户设备21至组播组中每一个接收用户设备22，23的路径损耗信息，等等。

换言之，发起用户设备21需要获取其至组播组中每一接收用户设备22，23的信道状况信息，并将所获取的信道状况信息发送至基站10。当信道状况信息为路径损耗信息的情形下，每一个接收用户设备22，23需分别将其接收功率反馈给发起用户设备21，发起用户设备21基于其自身的发射功率以及接收到的接收用户设备22，23的接收功率，计算出本发起用户设备21至每一个接收用户设备22，23的路径损耗，然后将该路径损耗信息发送给基站10。

接着，基站10基于所确定的预定传输功率以及接收到的发起用户设备21至组播组中每一个接收用户设备22，23的信道状况信息，为发起用户设备21配置传输功率。

当D2D上行传输与蜂窝上行传输复用相同的资源时，发起用户设备21的上行传输与蜂窝用户设备20的上行传输之间可能会产生干扰，因此，在该情形下，基站10在为发起用户设备21配置传输功率时，还需要考虑发起用户设备21对其相邻的蜂窝用户设备的上行干扰情况。也就是说，基站10同时基于所确定的预定传输功率，接收到的发起用户设备21至组播组中每一个接收用户设备22，23的信道状况信息以及发起用户设备21对其相邻的蜂窝用户设备的上行干扰情况，为发起用户设备21配置传输功率。如果发起用户设备21对其相邻的蜂窝用户设备的上行干扰较大，则需要相应的降低发起用户设备21的传输功率。

最后，基站10将为发起用户设备21配置的传输功率通知发起用户设备21。发起用户设备21可以基于该发射功率与组播组中的接收用户设备22，23进行D2D通信。

应用场景2：组播组中的一部分用户设备在蜂窝网络的覆盖范围内，另一部分用户设备在蜂窝网络的覆盖范围外(如图2所示)

对于该应用场景，如果蜂窝网络中的基站需要传输信号给其覆盖范围外的用户设备，那么该蜂窝网络覆盖范围内的用户设备可以充当中继用户设备(Relay UE)来中继该网络信息。当进行蜂窝链路通信时，该中继用户设备被当做蜂窝用户设备；而当进行组播通信时，该中继用户设备则被当做组播发起用户设备。中继用户设备将基于基站的指示进行组播通信，例如，在何时以及在何处中继网络信息。组播组中在蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的反馈能够被当做另一次的组播传输。对于该应用场景，需要解决的问题是如果同时有两个或两个以上的用户设备能够被用作组播发起用户设备，那么应该如何从中选择一个中继用户设备。

以下参照图2，对基站选择中继用户设备的方法进行详细描述。在图2所示出的网络拓扑中，用户设备21，23，24和25构成一个基于D2D通信的组播组；此外，用户设备22，24和25也构成一个基于D2D通信的组播组。在第一个组播组中，用户设备21位于蜂窝网络的覆盖范围内，用户设备23，24和25位于蜂窝网络的覆盖范围外；在第二个组播组中，用户设备22位于蜂窝网络的覆盖范围内，用户设备24和25位于蜂窝网络的覆盖范围外。基站10从潜在用户设备21和22中选择一个作为中继用户设备。

两个组播组中位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备23，24和25分别发送训练信令，用于向网络请求信息。训练序列中包括同步序列，用户设备的身份标识以及信息内容部分。每个位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备可以在预定的载波上发送训练信令。如果蜂窝上行传输与D2D上行传输使用相同的载波，那么每个用户设备在发送训练信令之前可以先侦听该载波一段时间，从而避免产生冲突。

每一个潜在用户设备21，22分别检测这些位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的训练信令的传输。具体的，每一个潜在用户设备分别接收训练信令并从训练信令中解出用户设备的身份标识，然后基于所解出的不同的用户设备的身份标识的个数，确定其能够检测到的位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的个数。

然后，每一个潜在用户设备21，22分别将其各自检测到的位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的个数发送至基站10。

基站10则基于接收到的每一个潜在用户设备21，22检测到的位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的个数，从两个潜在用户设备21和22中选择一个用户设备作为中继用户设备。例如，基站10可以选择能够检测到较多位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的个数的潜在用户设备作为中继用户设备。

有利的，每一潜在用户设备21，22还可以分别确定其至组播组中位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的路径损耗信息，并将所确定的路径损耗信息发送至基站10。

相应的，基站10基于接收到的每一个潜在用户设备21，22检测到的位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的个数以及接收到的每一个潜在用户设备至组播组中位于蜂窝网络覆盖范围外的用户设备的路径损耗信息，从两个潜在用户设备21和22中选择一个用户设备作为中继用户设备。

应用场景3：组播组中的所有用户设备均不在蜂窝网络的覆盖范围内

对于该应用场景，设计了类似波浪形的传输方式(如图3所示)。并且，在此提出了3条设计原理以使得组播通信能够以简单的方式实现。

■原理1：每一次组播通信都基于载波侦听

■原理2：不设计HARQ和反馈结构，反馈能够通过一次新的组播传输实现

■原理3：无需全局同步，仅在包括在一次组播传输/接收内的有限的用户设备之间保持同步

为了适应上述原理，设计了一种新的帧结构。图4示出了新的帧结构的一个示例。不同于LTE帧结构，本发明的帧被分成两部分。帧的第一部分为同步序列，为了识别用户设备本身，同步序列可以由用户设备唯一的身份标识生成。由于同步和组播通信仅限制在一个小区的区域内，其以组播传输呈波浪式扩散，因此，用户设备的身份标识的唯一性仅需要限制在有限数目的用户设备。帧的第二部分为该用户设备想要传输的信息。其可以是第一次传输的新数据，或者是关于上一次从其他用户设备接收的情况的ACK/NACK信息。如果信息部分(也即，帧的第二部分)用于传输ACK/NACK信息，为了区分对于不同用户设备的ACK/NACK信息，那么，一些特殊标记(例如在接收过程中检测到的用户设备的身份标识)应该被插入到ACK/NACK信息中。此外，参考信号也应当被插入到ACK/NACK信息中。

对于该应用场景，需要考虑的是冲突避免的问题。事实上，在IEEE 802.11 MAC设计中，已经考虑了每个节点的传输之间的冲突。也已经提出了一些载波侦听的方法以用于避免潜在的冲突。由于对于组播通信而言，无需为传输寻找专用接收，这意味着在信息传输之前无需握手过程，因此，组播通信的方式可以以更简单的方式设计。

以下参照图5和图6，对组播传输方法进行描述。

首先，在步骤S501中，用户设备30对载波进行侦听以判断该载波是否处于空闲状态。例如，可以预先设定第一门限值，用户设备30判断该载波的空闲状态是否超过该第一门限值，如果超过该第一门限值，则执行后续步骤S502，如果未超过该第一门限值，则重新开始对该载波进行侦听。

在步骤S502中，用户设备30在固定时间窗内，以图4示出的帧结构传输信息。此处需要说明的是，为了保持平等性，每个用户设备仅能够在一个固定时间窗内占用该载波，如果用户设备要传输的信息大于该固定时间窗，则需要再次重新侦听该载波以寻求传输机会。

然后，在步骤S503中，当固定时间窗到达后，用户设备30停止传输信息。在用户设备30停止传输信息的期间，其可以对载波进行侦听以接收来自组播组中其他用户设备31和32的信息。

在步骤S504中，当用户设备30停止传输信息达到预定时间长度后，如果其仍有信息需要传输(例如，用户设备30在上一次传输时，在固定时间窗内未传输完所有信息)，则继续执行上述步骤S501-503。

例如，可以预先设定第二门限值，用户设备30判断其停止传输信息的时间长度是否达到该第二门限值，如果达到该第二门限值，则继续执行上述步骤S501-503。

需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，装置方法可以进行组合，以取得有益效果。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其他权利要求或说明书中未列出的装置或步骤。

Claims (6)

1.一种在蜂窝网络的基站中用于为基于设备到设备通信的组播组中的发起用户设备配置传输功率的方法，所述组播组中的所有用户设备均位于所述蜂窝网络的覆盖范围内，所述方法包括以下步骤：

A.确定所述发起用户设备的预定传输功率；

B.从所述发起用户设备处接收该发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的信道状况信息；

C.基于所述预定传输功率以及接收到的所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的信道状况信息，为所述发起用户设备配置传输功率；

D.将为所述发起用户设备配置的传输功率发送至所述发起用户设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果设备到设备上行传输与蜂窝上行传输复用相同的资源，则所述步骤C还包括：

-基于所述预定传输功率、所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的信道状况信息以及所述发起用户设备对其相邻的蜂窝用户设备的上行干扰情况，为所述发起用户设备配置传输功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

-基于所述发起用户设备与所述基站之间的路径损耗情况，确定所述发起用户设备的所述预定传输功率。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，所述信道状况信息包括以下任一种：

-所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的HARQ信息；

-所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的路径损耗信息。

5.一种在基于设备到设备通信的组播组中的发起用户设备中用于辅助蜂窝网络中的基站为本发起用户设备配置传输功率的方法，所述组播组中的所有用户设备均位于所述蜂窝网络的覆盖范围内，所述方法包括以下步骤：

a.获取所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的信道状况信息；

b.将所获取的所述发起用户设备至所述组播组中每一接收用户设备的信道状况信息发送至所述基站；

c.接收来自所述基站的为所述发起用户设备配置的传输功率，其中所述传输功率是所述基站基于所述发起用户设备的预定传输功率以及接收到的所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的信道状况信息而配置的。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信道状况信息包括以下任一种：

-所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的HARQ信息；

-所述发起用户设备至所述组播组中每一个接收用户设备的路径损耗信息。

Images