CN105898878A - 免许可频段下信令与数据的收发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免许可频段下信令与数据的收发方法该方法，包括：(1)基于LBT的信道接入；(2)基于子帧对齐的信令/数据传输；(3)计数器确定有规定时序要求的信令/数据收发的时刻或有ARQ要求的数据的反馈时间窗。应用本发明技术方案可使控制信令有序发出，有规定时序要求的信令收发时序不因信道接入时刻的不确定而改变，用户能够完成同步、寻呼、随机接入等过程；有规定时序要求的信令或数据不因信道接入结束而无法传输；有ARQ要求的数据避免不必要的重传；本发明支持基于子帧对齐的信令/数据传输方式，与包括传统LTE系统在内的现有各种蜂窝移动通信系统兼容。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种免许可频段下信令与数据的收发方法。
背景技术
免许可频段的长期演进(Long Term Evolution in Unlicensed band，LTE-U)技术是为了提升蜂窝移动通信系统容量、缓解许可频段流量压力在2013年12月由高通等公司提出的，已经被国际标准化组织第三代合作伙伴计划(3rdGeneration Partnership Project，3GPP)采纳。不同于传统LTE/LTE-A系统工作在许可频段因而通信时间有保障、采用独占许可频段的中心控制方式传输信令/数据因而发送前无需进行载波侦听，LTE-U系统工作在免许可频段因而面临多个技术难题。一是要满足免许可频段的法规约束，如单次信道接入时长不能超过规定值、发射功率必须低于门限。二是要与无线局域网(Wireless Local AreaNetwork，WLAN)等采用载波侦听、指数退避接入方式的系统共存，LTE-U系统不能独占免许可频段，以免妨碍WLAN等其它系统的接入和传输、削弱其它系统的性能。因而，LTE-U系统不能直接沿用传统LTE系统的标准和技术。
作为LTE-U系统三种使用模式之一，独立(Standalone，SA)模式所面临的技术挑战更为严峻。不同于补充下行链路(Supplement Downlink，SDL)模式和载波聚合(Carrier Aggregation，CA)模式下控制信令在许可频段传输，LTE-U在SA模式下信令和上/下行数据都要在免许可频段上传输，这使得信令可能会因信道接入时刻无法保证而不能按时发送。免许可频段LTE-U SA系统(即采用SA模式的LTE-U系统)遇到的挑战如下：
挑战之一：为了与WLAN等系统公平地共存，3GPP规定LTE-U每次占用信道的时长不能超过规定长度(如10毫秒)，这使得LTE-U SA系统的信令交互、数据传输过程需要多次接入才能完成。3GPP又规定LTE-U系统采用类似于WLAN系统载波侦听接入方式的LBT(Listen Before Talk)接入方式，即只在发现信道空闲时才可能接入，但信道的繁忙/空闲状态取决于共存的多个系统中的设备。这就使得LTE-U SA系统再次接入的时刻是随机的、不确定的，使得LTE-USA系统的信令交互、数据传输不能在规定时刻或规定时间窗内进行。具体表现如下：(1)有规定时序要求的信令(如同步、广播、寻呼等)无法按时发送，难以有序完成用户同步、小区搜索、随机接入、驻留等重要过程。这里的“规定时序”指的是信令发送时刻之间的时间间隔是固定的。例如，在传统LTE等蜂窝移动通信系统中同步信号和广播消息的发送是周期性的，时间间隔是固定的。用户根据同步信号的接收时刻计算广播消息的接收时刻，再根据接到的广播消息中解析得到的随机接入配置等信息完成随机接入、驻留等过程；而LTE-U SA系统基站在规定的广播消息发送时刻可能因信道繁忙而无法发送广播消息，则用户在接收到同步信号后规定时间间隔处收不到广播消息，从而无法完成小区搜索、随机接入、驻留等过程。(2)有规定时序要求的信令或数据不一定能在规定时刻发出。比如：LTE-U SA系统中用户收到了基站发送的上行调度许可，但在规定发送的时刻发现信道繁忙，因而无法完成上行数据传输，造成信令失效、数据传输中断。(3)有自动重传请求(Automatic Repeat reQuest，ARQ)要求的数据可能反复重传。这是因为“数据传输-等待反馈”的握手过程跨两次/多次接入，可能导致接收到数据的基站/用户因信道接入结束而无法及时发出数据接收正确的确认(Acknowledge，ACK)反馈或数据接收不正确的确认(Non-ACK，NACK)反馈，发送数据的用户/基站在规定长度的时间窗内未收到对方的ACK反馈或者NACK反馈(以下统称“反馈”)则认为之前传输的数据丢失而重传数据。在上述情况下，因信道接入结束导致的重传信令/数据不仅没有必要，而且会造成信道资源浪费、减少LTE-U SA系统的有效传输机会。
挑战之二：为兼容包括传统LTE在内的各种蜂窝移动通信系统，LTE-U SA系统基站每次信道接入后应在子帧对齐的时刻传输信令/数据。因采用LBT的信道接入方式，LTE-U SA系统侦听发现信道空闲的时刻不一定恰好是一个子帧开始(简称为子帧对齐)时刻，从该时刻到子帧对齐期间，很可能有WLAN等系统使用信道，造成该LTE-U SA系统和其它系统间信令/数据传输冲突。
申请号为20150049712 A1和20150049741 A1美国专利针对在免许可频段上工作的传统LTE系统，将作为主要信令之一的同步信号仍采用周期性发送，只是将传统LTE协议规定的5毫秒发送周期改为80、160和240毫秒等。这样保证用户可以在较长的时间间隔上周期性地读取到同步信号，完成同步过程，又给共存的其它系统(如WLAN等)留出较多接入机会。但在固定时刻发送同步信号而不进行LBT，会干扰WLAN等其它系统正在进行的传输。此外，该专利中不涉及与同步信号有规定时序要求的其它信令的发送，不涉及有规定时序要求的信令与数据的传输。
另有申请号为2015013623 A2的WIPO专利给出了工作在免许可频段时传统LTE系统基站下发寻呼消息(一种信令)的方法。该方案将传统LTE系统中基站在固定时刻下发的寻呼消息改为在一个寻呼窗内下发，从而增加了寻呼消息发送成功的概率。寻呼窗的起始位置和寻呼窗长等信息由基站通过广播消息通知用户。但是，在固定时刻开始的固定长度的时间窗内信道不一定可用，因而寻呼消息不一定能成功发送。此外，该专利中不涉及与寻呼消息有规定时序要求的其它信令的发送，不涉及有规定时序要求的信令与数据的传输。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种免许可频段下信令与数据的收发方法，使得LTE-U SA系统中在每次信道接入后基站有序发出信令，有规定时序要求的信令收发时刻不因再次信道接入时刻的不确定而改变，用户能够完成同步、寻呼、随机接入等过程，使得有规定时序要求的信令或数据不因信道接入结束而不能传输，使得有ARQ要求的数据避免不必要重传，且支持基于子帧对齐的信令/数据传输方式，与包括传统LTE系统在内的现有各种蜂窝移动通信系统兼容。
一种免许可频段下信令与数据的收发方法，包括：
在采用SA模式的LTE-U系统中，首先使基站接入免许可频段信道并避免该信道在子帧对齐前被其他系统抢占；
在基站和用户分别维持三种计数器J1～J3，利用计数器J1由初值N逐子帧倒计数来确定本次接入的剩余传输子帧数，N为本次接入的传输子帧总数；
对于基站与用户之间有规定时序要求的信令或数据收发：利用计数器J2进行计数直至达到规定时序要求对应的子帧个数时，使用户或基站利用下一子帧向对方发送信令或数据；在该过程中当出现免许可频段信道接入结束情况，则通过冻结计数器J2的方式避免计数器J2到达终值的时刻(由时序规定的信令/数据的发送/接收时刻)落在两次信道接入之间的信道不可用时段，从而保证有规定时序要求的信令/数据的发送/接收成功；
对于基站与用户之间具有ARQ要求的数据收发：利用计数器J3进行计数直至达到反馈时间窗对应的子帧个数，若用户或基站未收到对方的反馈，则利用下一子帧向对方重传数据；在该过程中当出现免许可频段信道接入结束情况，则通过冻结计数器J3的方式避免跨两次/多次接入的数据传输-等待反馈握手过程中计数器J3在信道不可用时段加到终值导致的不必要重传。
所述的基站采用FBE(Frame Based Equipment，基于子帧的设备)方案或LBE(Load Based Equipment，基于负载的设备)方案接入免许可频段信道。
当采用LBE方案时，则基站接入免许可频段信道后发送Busy tone信号和/或Discovery信号给所有用户以及其他系统直至首个子帧对齐时刻。
所述的首个子帧对齐时刻即基站接入免许可频段信道后的首个子帧(第0号子帧)起始时刻。
所述传输子帧总数N的计算式如下：
其中：表示向下取整。
对于基站与用户之间规定时序要求的信令或数据收发，其具体收发过程如下：
(1)由基站在接入免许可频段信道后的首个子帧(第0号子帧)上向所有用户广播包含本次接入的传输子帧总数N的消息，并在该子帧结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值减1；同样，用户在收到该广播消息所在子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值减1；
(2)对于当前子帧，用户判断该子帧上是否有规定时序要求的信令：若否，则继续等待下一子帧并判断；若有，则在当前子帧结束时刻将本地计数器J2的计数值置为1且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J2的计数值加1；同样，基站在发出该信令所在子帧的结束时刻将本地计数器J2的计数值置为1且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J2的计数值加1；
(3)当本地计数器J2的计数值达到规定时序要求对应的子帧个数且本地计数器J1的计数值不为零(本次信道接入未结束)，则基站或用户利用下一子帧向对方发送信令或数据；当本地计数器J2的计数值达到规定时序要求对应的子帧个数且本地计数器J1的计数值恰好为零(本次信道接入结束)，则基站和用户均将本地计数器J2冻结；若本地计数器J2的计数值达到规定时序要求对应的子帧个数前本地计数器J1的计数值已减至零(本次信道接入结束)，则基站和用户均将本地计数器J2冻结；
待基站再次接入免许可频段信道，则在接入后的首个子帧(第0号子帧)上向所有用户广播包含本次接入的传输子帧总数N的消息，并在该子帧结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且同时将本地计数器J2解冻；而用户在收到该广播消息所在子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N并同时将本地计数器J2解冻，继续执行步骤(3)。
对于基站与用户之间具有ARQ要求的数据收发，其具体收发过程如下：
<1>由基站在接入免许可频段信道后的首个子帧(第0号子帧)上向所有用户广播包含本次接入的传输子帧总数N的消息，并在该子帧结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值减1；同样，用户在收到该广播消息所在子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值减1；
<2>作为数据发送方的基站或用户在向对方发送具有ARQ要求的数据所在子帧的结束时刻将本地计数器J3的计数值置为1且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J3的计数值加1；
<3>当作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J3的计数值达到反馈时间窗对应的子帧个数前已收到对方的反馈，则在收到该反馈所在子帧的结束时刻将本地计数器J3清零且本次握手过程结束；
当作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J3的计数值达到反馈时间窗对应的子帧个数时仍未收到对方的反馈且本地计数器J1的计数值不为零(本次信道未结束)，则作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J3的计数值达到反馈时间窗对应的子帧个数的下一子帧向对方重传具有ARQ要求的数据且回到步骤<2>开始下一握手过程；
当作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J1的计数值已减至为零时仍未收到对方的反馈，则将本地计数器J3冻结；
当作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J3的计数值达到反馈时间窗对应的子帧个数时仍未收到对方的反馈且本地计数器J1的计数值恰好减至为零(本次信道接入结束)，则将本地计数器J3冻结；
待基站再次接入免许可频段信道，则在接入后的首个子帧(第0号子帧)上向所有用户广播包含本次接入的传输子帧总数N的消息，并在该子帧结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N；用户在收到该广播消息所在子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N，同时作为数据发送方的基站或用户将本地计数器J3解冻，继续执行步骤<3>。
本发明采用上述技术方案所带来的有益技术效果如下：
(1)本发明在信道接入结束前冻结用于确定信令/数据收发时刻的计数器J2，在再次接入后的第0号子帧结束时刻解冻。由于在非接入期间冻结，计数器J2到达终值的时刻不会落在两次信道接入之间的信道不可用时段，使后一信令/数据的发送/接收时刻均按信道不可用时段的长度而相应后延，从而保证有规定时序要求的后一信令/数据的发送/接收成功。
(2)本发明在信道接入结束前冻结用于确定有ARQ要求的数据的反馈时间窗的计数器J3，在再次信道接入后的第0号子帧结束时刻解冻，使反馈时间窗的长度随着两次信道接入之间的信道不可用时段长度的改变而改变。由于计数器J3在非接入期间冻结，其到达终值的时刻不会落在两次信道接入之间的信道不可用时段，反馈时间窗随信道不可用时段的长度而相应后延，从而避免跨两次/多次接入的握手过程中计数器J3在信道不可用时加到终值而导致不必要的重传。
(3)本发明支持基于子帧对齐的信令/数据传输方式，与包括传统LTE系统在内的现有各种蜂窝移动通信系统兼容。
(4)本发明对传统LTE协议改动小，兼容性好，因而本发明的技术方案/设备可以通过对传统LTE系统进行简单升级实现，成本低。
附图说明
图1为本发明LTE-U SA系统中信令/数据收发的总体流程示意图。
图2为本发明信道接入的具体流程示意图。
图3为本发明采用LBE方案时子帧对齐的具体流程示意图。
图4为本发明利用计数器J1和计数器J2确定有规定时序要求的信令/数据收发时刻的具体流程示意图。
图5为本发明利用计数器J1和计数器J3确定有ARQ要求的数据的反馈时间窗的具体流程示意图。
图6为本发明利用计数器J1和计数器J2确定辅同步信号的基站发送/用户接收时刻的示意图。
图7为本发明利用计数器J1和计数器J3确定随机接入过程中有ARQ要求的MSG1的反馈时间窗的示意图。
图8为本发明免许可频段基站和用户信令/数据收发具体实现装置的示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种免许可频段信令/数据收发的方法，如图1所示包括信道接入、子帧对齐、信令/数据的收发三个部分，其中：
(1)信道接入。
按照3GPP规范规定，LTE-U采用类似于WLAN系统载波侦听的LBT方式进行信道接入。节点(基站或用户)既可以采用基于子帧的设备(Frame BasedEquipment，FBE)方案在子帧对齐时刻开始前的固定时长内侦听信道状态、确定是否进行信道接入，也可以采用基于负载的设备(Load Based Equipment，LBE)方案在任何时刻侦听信道状态、尝试接入信道。这里的“固定时长”指的是空闲信道评估(Clear Channel Assessment，CCA)时长。CCA开始的时刻为“信道侦听时刻”，CCA结束的时刻是子帧对齐时刻，CCA时段为从信道侦听时刻到子帧对齐时刻的时间长度。
本实施方式中信道接入的具体流程如图2所示。采用LBE方案时，基站在任意时刻侦听信道状态，若信道繁忙就继续侦听。一旦侦听到信道空闲，基站等待一个设定的时间(简称“设定时间”)。如果在设定时间结束时信道仍然空闲，则随机生成一个退避时间。若退避时间结束后信道仍空闲，则开始信道接入。采用FBE方案时，基站在子帧对齐前的CCA时段内侦听信道状态，如果信道始终空闲则开始信道接入，否则在下一子帧尾部的CCA时段内再次侦听信道状态。设定时间和随机生成的退避时间是大于等于零的整数，因此，FBE方案可看作是LBE方案当侦听时刻固定、设定时间和退避时间均为零的特例。
(2)子帧对齐。
采用LBE的信道接入方案，信道接入的时刻未必是子帧对齐的。为使LTE-USA系统在子帧对齐时刻开始信令/数据的传输，避免在信道接入时刻到子帧对齐时刻间信道被其它系统占用，基站信道接入后用发送Busy tone和/或Discovery信号的方法保留信道至首个子帧对齐时刻。若采用FBE的信道接入方案，则信道接入的时刻恰好是子帧对齐的。
本实施方式中采用LBE方案时，基站信道接入后的子帧对齐流程如图3所示。如果信道接入时不是正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)符号对齐的，基站先发送忙音(Busy tone)来保留信道，直至首个可以发送信令/数据的OFDM符号开始的时刻(称为“OFDM符号对齐时刻”)。基站再判断该OFDM符号对齐时刻是否是子帧对齐时刻。如果不是子帧对齐的，则基站发送Discovery信号直至首个子帧对齐时刻。这样，无论基站何时信道接入，开始发送信令/数据的时刻总是子帧对齐的。这里，“忙音”指的是LTE-U SA系统信道接入后基站为防止其它系统接入信道而持续发送的信号，“Discovery信号”指的是3GPP规范中基站发送的用于用户识别基站是否开启的信号。
(3)信令/数据的收发。
信令/数据的收发包括有规定时序要求的信令/数据的发送/接收和有ARQ要求的数据的发送两种。基站和用户用计数器J1和计数器J2确定有规定时序要求的信令/数据的收发时刻，用计数器J1和计数器J3确定有ARQ要求的数据发出后等待反馈的时间窗。
计数器J1称为“剩余子帧数计数器”，用于确定本次接入剩余的传输子帧数。计数器J1在每次信道接入后的第0号子帧结束时刻置为初值，每逢子帧结束时刻减1，减到零的时刻即为本次信道接入结束时刻。其初值是本次接入的传输子帧总数N(与上一次接入的传输子帧总数可能不同)，如下：
式(1)中“信道接入时长”指的是从基站信道接入时刻到信道接入结束时刻间的时间长度，保留信道时长是从基站信道接入时刻到首个子帧对齐时刻之间的时间长度，大于等于0，小于1毫秒；子帧长度按3GPP规定为1毫秒。式(1)中取整数是因为LTE-U SA系统中的信令/数据的传输以子帧为单位，小于一个子帧的时间长度无法使用；减1是因为信道接入后在首个子帧中广播“传输子帧总数”等信息占用1个子帧的时间长度。信道接入后的子帧从0到N依次编号。首个子帧记为第0号子帧，用于广播“传输子帧总数”等信息。其他子帧依次记为第1到第N号子帧，用于信令/数据的传输，因此都称为“传输子帧”。式(1)中的信道接入时长不超过免许可频段法规约束的每次信道接入时间长度的上限。按照欧洲电信标准协会(European Telecommunications Standards Institute，ETSI)规定，采用基于FBE的方案则每次信道接入时长的上限为10毫秒，采用基于LBE的方案则每次信道接入时长的上限为13毫秒。本次接入的传输子帧总数N由基站计算并在信道接入后首个子帧(第0号子帧)上通过广播包含传输子帧总数的消息来通知用户，因此计数器J1的初值对基站和用户是已知的和一致的。基站和用户分别维护自己的计数器J1。由于初值相同、更新规则相同，基站和用户的计数器J1是同步的。基站或用户自己的计数器分别称为基站或用户的本地计数器。
计数器J2称为“信令/数据收发时刻计数器”，用于确定在信令/数据的规定传输时刻到来之前已经等待的子帧数。计数器J2位于基站和用户中，其初值是1，其终值为按规定时序要求计算出的信令之间、信令与数据之间的时间间隔(子帧数)。基站侧计数器J2在基站发送完前一信令的子帧结束时刻开始计数，用户侧计数器J2在用户接收到前一信令的子帧结束时刻开始计数。计数器J2在接入期间每逢子帧结束时刻加1，在两次信道接入之间的信道不可用时段停止计数(简称“冻结”)，在再次接入后第0号子帧结束时刻“解冻”。计数器J2加到终值时即为下一信令/数据的规定发送/接收时刻。例如，辅同步信号(后一信令)应在主同步信号(前一信令)之后发送，两者间隔3个子帧。计数器J2在主同步信号发出后开始计数，计到终值3时即是规定的基站发送辅同步信号、用户接收辅同步信号的时刻。由于在非接入期间冻结，计数器J2到达终值的时刻不会落在两次信道接入之间的信道不可用时段，且基站发送辅同步信号的时刻和用户接收辅同步信号的时刻均按信道不可用时段的长度而相应后延，从而保证辅同步信号发送/接收成功。
计数器J3称为“重传控制计数器”，用于确定有ARQ要求的数据发出后等待反馈的时间窗(简称“反馈时间窗”)对应的子帧数。这里“时间窗”指的是数据发出后等待反馈的时间长度，若超出此时间窗仍未收到反馈，则下一子帧重传该数据。计数器J3位于数据发送端(基站或用户)，初值为1，终值为反馈时间窗(子帧数)加1。计数器J3在基站/用户发送完有ARQ要求的数据的子帧结束时刻置为初值，在接入期间每逢子帧结束时刻加1，在非接入期间冻结，在再次接入后第0号子帧结束时刻解冻。若计数器J3加到终值前接收到反馈，表明数据传输无错/有错，则握手过程结束、计数器J3清零；若计数器J3加到终值，表明接收端未收到该数据，则下一子帧开始时刻基站/用户重传数据。由于在非接入期间冻结，计数器J3到达终值的时刻不会落在两次信道接入之间的信道不可用时段，时间窗按信道不可用时段的长度而相应后延，从而避免不必要的数据重传。
计数器J1和计数器J2的状态组合如表1所示。计数器J1当前值非零(大于零)，表示LTE-U SA系统处于接入期间；计数器J1当前值等于零，表示LTE-USA系统处于非接入期间。计数器J2当前值大于零小于终值，则基站/用户在等待信令/数据的收发时刻；计数器J2当前值等于终值时基站/用户开始发送/接收信令/数据；计数器J2当前值为零表示基站/用户不存在有规定时序要求的信令/数据的收发操作。若计数器J2计数到终值的时刻恰好为信道接入结束时刻，则用户/基站冻结计数器J2，在再次接入后的第0号子帧结束时刻解冻计数器J2且在下一子帧发送/接收信令/数据。
表1
计数器J1和计数器J3的状态组合如表2所示。计数器J1当前值非零(大于零)，表示LTE-U SA系统处于接入期间；计数器J1当前值等于零，表示LTE-USA系统处于非接入期间。计数器J3当前值大于零小于终值，则基站/用户等待反馈；计数器J3当前值等于终值，表示反馈时间窗内未收到反馈，则基站/用户重传数据；计数器J3当前值为零表示基站/用户不存在有反馈时间窗要求的握手过程。若计数器J3当前值为终值的时刻恰好为信道接入结束时刻，计数器J3冻结，在再次接入后的第0号子帧结束时刻解冻计数器J3且在下一个子帧重传数据。
表2
若用户和基站间存在多个有规定时序要求的信令/数据的收发过程，则用户和基站各维护多个本地计数器J2。例如，基站要维护用于确定主同步信号之后辅同步信号发送时刻的计数器J2-1，用于确定主同步信号之后包含主信息块(Master Information Block，MIB)的广播消息的发送时刻的计数器J2-2，用于确定主同步信号之后包含系统信息块(System Information Block，SIB)的广播消息的发送时刻的计数器J2-3，等等。多个计数器J2的启动时刻可能相同也可能不同，终值可能相同也可能不同，但更新规则相同，与计数器J1的状态组合及相应操作相同。
若用户和基站间存在多个有反馈时间窗要求的握手过程，则每一过程的发送端(用户或基站)维护一个计数器J3，例如，基站发出数据后等待用户反馈的计数器J3-1，用户发出数据后等待基站反馈的计数器J3-2，等等。多个计数器J3的启动时刻可能相同也可能不同，终值可能相同也可能不同，但更新规则相同，与计数器J1的状态组合及相应操作相同。
本实施例中信令/数据的收发包括用计数器J1和计数器J2确定信令/数据收发的时刻、用计数器J1和计数器J3确定反馈时间窗的方法。其中用计数器J1和计数器J2确定信令/数据收发的时刻的流程如图4所示，具体包括：
(1)在首个子帧(第0号子帧)中基站广播(用户接收和解析)传输子帧总数。在第0号子帧结束时刻，基站/用户将本地计数器J1置初值。这里，计数器J1的初值由公式(1)得到。
(2)判断计数器J2数值是否为零。如果计数器J2不为零，则解冻计数器J2；若解冻时计数器J2的计数值恰好到达终值，则在第1号子帧发送/接收后一信令/数据且在该子帧结束时刻将计数器J2清零；若解冻时计数器J2的计数值未到达终值，则转到第(3)步。如果计数器J2为零，说明此刻无规定时序要求的后一信令/数据等待收发，则等待下一子帧结束时刻，将计数器J1减1。判断是否存在有规定时序要求的前一信令发出，若有则将计数器J2置初值1并转到第(3)步，若没有则判断计数器J1是否减到零。若计数器J1减到零(本次信道接入结束)，则转到第(5)步；若计数器J1未减到零则等待下一子帧结束时刻。这里，计数器J2解冻时的数值就是上次信道接入结束时计数器J2的数值。
(3)等待下一子帧结束时刻，在子帧结束时刻将计数器J1减1，计数器J2加1。
(4)若计数器J2计数到达终值，则在下一子帧发送/接收后一信令/数据，计数器J2清零，转到第(2)步。若计数器J2计数未到达终值，判断计数器J1是否减到1，若不为1则返回第(3)步，若为1在下一子帧结束时刻将计数器J1减1，计数器J2加1，转到第(5)步。
(5)冻结计数器J2，本次信道接入结束。
图4流程同时在信令/数据的发送方(基站或用户)和接收方(用户或基站)中运行。每次有规定时序要求的前一信令发出后，基站和用户各维护本地计数器J2用于确定后一信令/数据的收发时刻，当后一信令/数据的收发结束时，计数器J2清空、等待下一对有规定时序要求的信令/数据的发送/接收。
其中用计数器J1和计数器J3确定反馈时间窗的流程如图5所示，具体包括：
(1)在首个子帧(第0号子帧)中基站广播(用户接收和解析)传输子帧总数。在第0号子帧结束时刻，基站和用户各将本地计数器J1置初值。这里，计数器J1的初值由公式(1)得到。
(2)判断计数器J3数值是否为零。如果计数器J3不为零，则解冻计数器J3。若计数器J3解冻时的计数值恰好到达终值，则在下一子帧重传数据，本次握手过程结束，计数器J3清零；若计数器J3解冻时的计数值未到达终值，则转到第(3)步。如果计数器J3为零，说明没有尚未结束的握手过程，则等待下一子帧结束时刻，将计数器J1减1。判断是否有ARQ要求的数据发出，若有则将计数器J3置初值1并转到第(3)步，若没有则判断计数器J1是否减到零。若计数器J1减到零，则转到第(5)步；若计数器J1未减到零，则等待下一子帧结束时刻。这里，计数器J3解冻时的数值就是上次信道接入结束时计数器J3的数值。
(3)等待下一子帧结束时刻，在子帧结束时刻将计数器J1减1，计数器J3加1。
(4)判断是否接收到对方的反馈。如果接收到，则本次握手过程结束，计数器J3清零，转到第(2)步。若未接收到反馈，则判断计数器J3的计数值是否到达终值。若计数器J3的计数值达到终值则在下一子帧向对方重传数据，本次握手过程结束，计数器J3清零，转到第(2)步；若计数器J3未到达终值且计数器J1减到1，则在下一子帧结束时刻将计数器J1减1，计数器J3加1，转到第(5)步；若计数器J3未到达终值且计数器J1未减到1，则返回第(3)步。
(5)冻结计数器J3，本次信道接入结束。
图5流程在有ARQ要求的数据的发送方(基站或用户)中运行。每次有ARQ要求的数据发出后，数据发送方维护本地计数器J3用于确定反馈时间窗。当数据发送方接收到反馈时，计数器J3清空，等待下一个有ARQ要求的数据发出。若计数器J3到达终值时还未接收到反馈，则重传数据并开始下一次握手过程。
实施例2
本实施例给出用计数器J1和计数器J2确定辅同步信号(SecondarySynchronization Signal，SSS)的基站发送/用户接收时刻的流程，作为实施例1中用计数器J1和计数器J2确定有规定时序要求的信令/数据的发送/接收时刻方法的一个应用例。
按3GPP规定，传统LTE TDD系统中主同步信号(Primary SynchronizationSignal，PSS)位于每个无线帧的第2号子帧和第7号子帧中，即每5毫秒(5个子帧)发送一次；SSS位于每个无线帧的第1号子帧和第6号子帧中，即每5毫秒发送一次；PSS和SSS的发送时刻之间有固定的时间关系，即SSS比PSS的发送时刻迟4毫秒(4个子帧)发送/接收。
本实施例确定SSS发送/接收时刻的流程如图6所示。LTE-U SA系统首次信道接入，传输子帧总数由公式(1)得到，例如为10，则信道接入后第0号子帧结束时刻将计数器J1置为初值10。由于是首次信道接入，此时计数器J2的数值为零。
在发送PSS的子帧(第2号子帧)的结束时刻，基站和用户的计数器J2置初值1，并在信道接入期间每逢子帧结束时刻加1。在计数器J1计数为5时，计数器J2数值达到4(计数器J2的终值)，因此基站在下一子帧(第6号子帧)中发送SSS，清空本地计数器J2，用户则在第6号子帧中接收SSS，清空本地计数器J2。类似地，在第7号子帧中发送PSS后，基站和用户的计数器J2置为初值1，计数器J2在信道接入期间每逢子帧结束时刻加1。当计数器J2计数为4时，计数器J1计数为零，即此时信道接入结束，基站和用户冻结本地计数器J2。
LTE-U SA系统基站再次信道接入。公式(1)计算得到本次的传输子帧总数N为10。在第0号子帧结束时刻，基站将计数器J1置为初值10，解冻计数器J2。因为此时计数器J2的计数达到终值4，基站在下一子帧(第1号子帧)发送SSS，清空本地计数器J2，而用户则在第1号子帧接收SSS，清空本地计数器J2。
其它应用包括但不限于：(1)MIB的发送/接收比在第7号子帧中发送/接收的PSS迟4个子帧。因而确定MIB发送/接收时刻的专用计数器J2在第7号子帧中PSS发送/接收后置为初值1，其终值为4。(2)SIB的发送/接收时刻比PSS发送/接收时刻(第7号子帧)迟某个固定的帧数，具体帧数取决于系统配置。(3)随机接入信道所在的子帧比PSS发送/接收所在的第7号子帧迟固定的子帧数，具体帧数取决于系统配置。(4)用户发送上行数据的上行传输子帧比基站发送上行调度许可的下行子帧迟k个子帧，即在第n号子帧(上行子帧)中发送上行数据的用户是基站在第n-k号子帧(下行子帧)中用信令DCI format0指定的，这两个子帧之间的间隔k是固定的，k值见3GPP规范TS 36.213中的表7.3-Y，取决于上/下行子帧配置。
实施例3
本实施例给出用计数器J1和计数器J3确定随机接入过程中反馈时间窗的流程，作为实施例1中用计数器J1和计数器J3确定反馈时间窗的方法的一个应用例。
作为3GPP规定的两种随机接入之一，基于竞争的随机接入由两次握手过程组成。在第一次握手过程中，用户发送Message1(MSG1)。基站在接收到MSG1后用TRAR个子帧进行处理，然后发送Message2(MSG2)作为对MSG1的反馈。如果用户在随机接入响应窗(即前述反馈时间窗)内未收到MSG2，则再次发送MSG1；否则，用户收到MSG2，进入第二次握手过程。在第二次握手过程中，用户根据MSG2的指示进行上行数据传输，即发送Message3(MSG3)。用户发送MSG3之后，启动竞争解决定时器。基站收到用户的MSG3后，发送Message4(MSG4)来反馈竞争解决结果。若用户在竞争解决定时器超时之前没有收到MSG4，表明未能在规定的时间窗内完成竞争解决，则用户重新发起随机接入，即重新进入第一次握手过程。这里，TRAR为基站接收MSG1的信号处理时间，3GPP规定TRAR等于2毫秒(2个子帧时长)，竞争解决定时器用于控制用户发出MSG3后等待反馈的时间窗。
本实施例的随机接入第一次握手过程中用户发送MSG1、等待MSG2、超时而未收到MSG2则重传MSG1的操作流程如图7所示。图7中上/下行子帧配置采用3GPP 36.211规范中的上/下行子帧配置1，TRAR为2毫秒(即2个子帧)，随机接入响应窗为7毫秒。用户在发送MSG1的第3号子帧的结束时刻将本地计数器J3置为初值1。计数器J3在信道接入期间每逢子帧结束时刻计数加1。计数器J3的终值为随机接入响应窗(7个子帧)+TRAR(2个子帧)+1＝7+2+1＝10。情况1：用户在计数器J3计数到5(未到达终值10)前的第7号子帧中接收到基站发送的MSG2，说明自己之前的MSG1发送成功，则用户清空本地计数器J3。情况2：计数器J1计数到零即本次信道接入结束时，用户未接收到基站的MSG2，此时计数器J3计数到8(未到达终值10)，因此用户冻结计数器J3，等待再次信道接入。再次信道接入后，第0号子帧结束时刻解冻计数器J3，在计数器J3计数到9前的第1号子帧用户接收到基站的MSG2，说明自己之前的MSG1发送成功，则用户清空本地计数器J3。情况3：本地计数器J1计数到零即本次信道接入结束时，用户未接收到基站的MSG2，此时计数器J3计数到8(未到达终值10)，因此用户冻结计数器J3，等待再次信道接入。再次信道接入后，第0号子帧结束时刻解冻计数器J3，在计数器J3计数达到终值10时用户仍未接收到基站的MSG2，说明自己之前的MSG1发送失败，则用户清空本地计数器J3，在下一子帧(第3号子帧)重新发送MSG1。
本实施例的随机接入第二次握手过程中用户发送MSG3、等待MSG4、超时而未收到MSG4则重传MSG3的操作流程与上述第一次握手过程中的流程类似。计数器J3的初值为1，其终值由基站广播消息中的SIB通知用户。计数器J3在信道接入期间每逢子帧结束时刻加1，在非信道接入期间冻结，在再次信道接入后第0号子帧结束时刻解冻。用户发送MSG3，在该子帧结束时刻将本地计数器J3(即上述竞争解决定时器)置为初值1，如果在本地计数器J3计数到终值时用户仍未收到MGS4，则用户清空本地计数器J3，重传MSG3。
其它应用包括但不限于：(1)基站发送MSG4，在该子帧结束时刻将本地计数器J3置为初值1，计数器J3的终值为系统设定的固定值。如果在本地计数器J3计数到终值时基站仍未收到用户对MSG4的反馈，则基站清空本地计数器J3，重传MGS4。(2)3GPP协议规定上行数据传输用ARQ机制，用户发送数据后在长k1个子帧的时间窗中等待基站的反馈，k1的取值见3GPP规范TS 36.213中的表7.3-Y。如果用户在反馈时间窗内没有收到基站的反馈，则重传数据。(3)3GPP协议规定下行数据传输使用ARQ机制，基站发送数据后在长k2个子帧的时间窗中等待用户的反馈，k2的取值见3GPP规范TS 36.213中的表7.3-Y。如果基站在反馈时间窗内没有收到用户的反馈，则重传数据。
实施例4
本实施例提供了一种免许可频段LTE-U SA系统中用于信令/数据收发的装置如图8所示，包括基站模块和用户模块；其中：
基站模块具体包括：
信道接入子模块，用于LTE-U SA系统以LBT方式进行信道接入。
子帧对齐子模块，根据“信道接入子模块”提供的信道接入等信息，在基站信道接入后保留信道至首个传输子帧对齐时刻(第0号子帧开始时刻)，保证LTE-U SA系统在子帧对齐时刻开始信令/数据的收发。
广播消息发送子模块，根据“子帧对齐子模块”提供的子帧对齐信息，在子帧对齐后的第0号子帧中发送各种广播消息，包括传输子帧总数等信息。
计数器子模块，根据“广播消息发送子模块”提供的传输子帧总数确定计数器J1(剩余子帧数计数器)的初值；根据“信令/数据收发子模块”中信令的发送时刻信息确定计数器J2(信令/数据收发时刻计数器)和计数器J3(重传控制计数器)的初值。由计数器J1和计数器J2确定下一信令/数据的发送时刻；由计数器J1和计数器J3确定反馈时间窗。
信令/数据收发子模块，用于信令/数据的发送和接收，根据“计数器子模块”中计数器J1和计数器J2的状态组合，在规定的时刻发送信令/数据；根据“计数器子模块”中计数器J1和计数器J3的状态组合，在规定的时间窗内接收反馈。
用户模块具体包括：
广播消息解析子模块，用于解析基站下发的广播消息，获取本次信道接入的传输子帧总数等信息。
计数器子模块，根据“广播消息解析子模块”中获得的传输子帧总数设置计数器J1(剩余子帧数计数器)的初值；根据“信令/数据收发子模块”中信令的接收时刻信息确定计数器J2(信令/数据收发时刻计数器)和计数器J3(重传控制计数器)的初值。由计数器J1和计数器J2确定下一信令/数据的收发时刻；由计数器J1和计数器J3确定反馈时间窗。
信令/数据收发子模块，用于信令/数据的发送和接收，根据“计数器子模块”中计数器J1和计数器J2的状态组合，在规定的时刻接收/发送信令/数据；根据“计数器子模块”中计数器J1和计数器J3的状态组合，在规定的时间窗内接收反馈。
本发明提出的设计方法和实现装置同样也适用于其它机会式频谱接入(如认知无线电)系统，适用于需要发送节点发送某些有规定时序要求的标志性信号(如信标Beacon信号等)的系统，或者发送节点与接收节点间信号的传输有规定时序要求/规定时间窗要求时，其方案、步骤、装置与本发明方案相同。
本发明中计数器都是以子帧的整数倍计数的，当以其它时间单位计数时，其方案、步骤与本发明相同。
本发明中，每次基站信道接入后在子帧对齐时刻开始信令/数据的收发，如果在OFDM符号对齐、时隙对齐等时刻进行信令/数据的收发，都不会改变本发明方案的实质和特点，仍然属于本发明的保护范围之内。
本发明适用范围不限于将传统LTE技术应用到免许可频段的LTE-U SA系统，如果其它新型蜂窝移动无线通信系统在免许可频段使用时，需要发送有规定时序/规定时间窗要求的信令/数据时，本发明的方法方案、步骤、装置同样可达到类似的效果。
Claims (7)
1.一种免许可频段下信令与数据的收发方法，包括：
在采用SA模式的LTE-U系统中，首先使基站接入免许可频段信道并避免该信道在子帧对齐前被其他系统抢占；
在基站和用户分别维护三种计数器J1～J3，利用计数器J1由初值N逐子帧倒计数来确定本次接入的剩余传输子帧数，N为本次接入的传输子帧总数；
对于基站与用户之间有规定时序要求的信令或数据收发：利用计数器J2进行计数直至达到规定时序要求对应的子帧个数后，使用户或基站利用下一子帧向对方发送信令或数据；在该过程中当出现免许可频段信道占用结束情况，则通过冻结计数器J2的方式避免计数器J2到达终值的时刻落在两次信道接入之间的信道不可用时段，从而保证有规定时序要求的信令或数据收发成功；
对于基站与用户之间具有ARQ要求的数据收发：利用计数器J3进行计数直至达到反馈时间窗对应的子帧个数，若用户或基站未收到对方的反馈，则利用下一子帧向对方重传数据；在该过程中当出现免许可频段信道接入结束情况，则通过冻结计数器J3的方式避免跨两次或多次接入的数据传输-等待反馈握手过程中计数器J3在信道不可用时段加到终值导致的不必要重传。
2.根据权利要求1所述的收发方法，其特征在于：所述的基站采用FBE方案或LBE方案接入免许可频段信道。
3.根据权利要求2所述的收发方法，其特征在于：当采用LBE方案时，则基站接入免许可频段信道后发送Busy tone信号和/或Discovery信号给所有用户以及其他系统直至首个子帧对齐时刻。
4.根据权利要求3所述的收发方法，其特征在于：所述的首个子帧对齐时刻即基站接入免许可频段信道后的首个子帧的起始时刻。
5.根据权利要求1所述的收发方法，其特征在于：所述传输子帧总数N的计算式如下：
其中：表示向下取整。
6.根据权利要求1所述的收发方法，其特征在于：对于基站与用户之间有规定时序要求的信令或数据收发，其具体收发过程如下：
(1)由基站在接入免许可频段信道后的首个子帧上向所有用户广播包含本次接入的传输子帧总数N的消息，并在该子帧结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值减1；同样，用户在收到该广播消息所在子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值减1；
(2)对于当前子帧，用户判断该子帧上是否有规定时序要求的信令：若否，则继续等待下一子帧并判断；若有，则在当前子帧结束时刻将本地计数器J2的计数值置为1且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J2的计数值加1；同样，基站在发出该信令所在子帧的结束时刻将本地计数器J2的计数值置为1且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J2的计数值加1；
(3)当本地计数器J2的计数值达到规定时序要求对应的子帧个数且本地计数器J1的计数值不为零，则基站或用户则利用下一子帧向对方发送信令或数据；当本地计数器J2的计数值达到规定时序要求对应的子帧个数且本地计数器J1的计数值恰好为零，则基站和用户均将本地计数器J2冻结；若本地计数器J2的计数值达到规定时序要求对应的子帧个数前本地计数器J1的计数值已减至零，则基站和用户均将本地计数器J2冻结；
待基站再次接入免许可频段信道，则在接入后的首个子帧上向所有用户广播包含本次接入的传输子帧总数N的消息，并在该子帧结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且同时将本地计数器J2解冻；而用户在收到该广播消息所在子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N并同时将本地计数器J2解冻，继续执行步骤(3)。
7.根据权利要求1所述的收发方法，其特征在于：对于基站与用户之间具有ARQ要求的数据收发，其具体收发过程如下：
<1>由基站在接入免许可频段信道后的首个子帧上向所有用户广播包含本次接入的传输子帧总数N的消息，并在该子帧结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值减1；同样，用户在收到该广播消息所在子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值减1；
<2>作为数据发送方的基站或用户在向对方发送具有ARQ要求的数据所在子帧的结束时刻将本地计数器J3的计数值置为1且在之后每一子帧的结束时刻将本地计数器J3的计数值加1；
<3>当作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J3的计数值达到反馈时间窗对应的子帧个数前已收到对方的反馈，则在收到该反馈所在子帧的结束时刻将本地计数器J3清零且本次握手过程结束；
当作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J3的计数值达到反馈时间窗对应的子帧个数时仍未收到对方的反馈且本地计数器J1的计数值不为零，则作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J3的计数值达到反馈时间窗对应的子帧个数的下一子帧向对方重传具有ARQ要求的数据且回到步骤<2>开始下一握手过程；
当作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J1的计数值已减至为零时仍未收到对方的反馈，则将本地计数器J3冻结；
当作为数据发送方的基站或用户在本地计数器J3的计数值达到反馈时间窗对应的子帧个数时仍未收到对方的反馈且本地计数器J1的计数值恰好减至为零，则将本地计数器J3冻结；
待基站再次接入免许可频段信道，则在接入后的首个子帧上向所有用户广播包含本次接入的传输子帧总数N的消息，并在该子帧结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N；而用户在收到该广播消息所在子帧的结束时刻将本地计数器J1的计数值置为N，同时作为数据发送方的基站或用户将本地计数器J3解冻，继续执行步骤<3>。
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