CN106304100A - 一种共存于未授权频带的多通信系统分时传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共存于未授权频带的多通信系统分时传输方法，包括如下步骤：将未授权频带在时间域上的单个LTE周期分成用于蜂窝系统传输数据的LTE使用时间和用于其它短距离通信系统传输数据的非LTE使用时间；在空闲的LTE使用时间上传输用于蜂窝系统的数据；以及在LTE-OFF上传输用于其它短距离通信系统的数据。本发明通过分时方式将未授权频谱资源分别用于蜂窝通信和其它短距离通信，在很大程度上降低了无线接入技术共存干扰，实现了公平使用未授权无线资源的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据传输方法，尤其涉及一种共存于未授权频带的多通信系统分时传输方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
随着移动互联网的蓬勃发展，公众对高带宽无线业务需求的爆发与频谱资源稀缺的矛盾日益尖锐，未授权频带(也称为频段，信道)作为授权频带的补充，仍存在丰富的资源和极大的发展空间。以5GHz频带为例，目前全球各国已分配的未授权频带资源总计超过500MHz。长期演进(Long Term Evolution，LTE)使用未授权频带(LTE-U)通信技术作为新兴技术，越来越引人关注。当前LTE-U主要采用授权辅助接入(Licensed Assisted Access，LAA)，双连接(Dual Connectivity，DC)及无授权频谱辅助接入(Standalone)三种技术形式。3GPP提案R1-150819建议分类评估包含无先听后说(listen-before-talk，LBT)方式(No LBT)等4种LBT策略方式。这说明除了很多企业关注LTE采用诸如LBT方式使用免授权频带的同时，也关注其它共存方式，如无LBT方式。
为了在未授权频带上部署LTE蜂窝通信系统，使LTE与其它短距离通信系统(如WiFi等)公平共存，LTE R10版本引入时分复用，提出功率很低的几乎空白子帧(Almost Blank Sub-frame，ABS)，借此可以实现时域协调，降低同道干扰，允许蜂窝系统内(intra-system)的异构网络组网。此外，2013年E.P.L.Almeida等人在Proc.IEEEICC’13的论文《Enabling LTE/Wi-Fi Coexistence by LTE BlankSubframe Allocation》提出了一种ABS修改版本，不包含公共参考信号(Common Reference Signal)，将ABS修改版本作为无效子帧，支持LTE与WiFi共存。
公开号为US20130195073 A1的美国专利也提出了一种单独LTE系统部署于未授权频带的分布式载波聚合方法。如图1所示，LTE基站(eNB)通过调谐用户终端(UE)射频天线，在核心载波(core carrier)发送或接收有关数据载波(data carrier)的信息，该信息包括为UE配置的数据载波的带宽，天线何时调谐到数据载波或从数据载波转换到核心载波以及载波转换周期和转换比特图等。根据信息指示，LTE UE在核心载波和数据载波间转换，完成数据传输。核心载波和数据载波都隶属于未授权频带。核心载波可被映射为干扰较小的不重叠的WiFi信道保护间隔，发送必要的LTE信令。当核心载波信道条件恶劣时，数据载波可以替换成为新的核心载波。但是在该方法中，虽然当核心载波处于WiFi信道保护间隔时，LTE eNB可以持续使用未授权频带，对WiFi系统影响较小；但是，如果核心载波被放置在其它频带上，该专利并未给出LTE与WiFi系统公平使用频谱资源的方法；其次，数据载波需周期或按需转换到核心载波接收系统消息，为保证LTE蜂窝通信在未授权频带连续运转而不影响WiFi系统运行，这也是难以实现的,这一点在该技术方案中也未提及。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种共存于未授权频带的多通信系统分时传输方法。该方法可以使LTE系统与其它短距离通信系统实现一定程度上公平共享未授权频带。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述技术方案：
一种共存于未授权频带的多通信系统分时传输方法，包括如下步骤：
将未授权频带在时间域上的单个LTE周期分成用于蜂窝系统传输数据的LTE使用时间和用于其它短距离通信系统传输数据的非LTE使用时间；
在空闲的所述LTE使用时间上传输用于蜂窝系统的数据；以及
在所述非LTE使用时间上传输用于其它短距离通信系统的数据。
其中较优地，空闲的所述LTE使用时间是通过以下方法来确定的：
LTE eNB在未授权频带上侦听到信道空闲，并且在当前非LTE使用时间广播发送“信道预占用公告”信息后，将下一个LTE周期的LTE使用时间确定为空闲的LTE使用时间。
其中较优地，空闲的所述LTE使用时间是通过以下方法来确定的：
LTE eNB侦听到未授权频带空闲，但在当前非LTE使用时间没有足够剩余时间发送“信道预占用公告”信息时，如果下一个LTE使用时间之前未授权频带一直空闲，将该下一个LTE使用时间确定为空闲LTE使用时间。
更优地，该方法还包括：如果下一个LTE使用时间之前未授权频带一直空闲非一直空闲，将下一个LTE使用时间确定为非空闲LTE使用时间，继续传输用于其它短距离通信系统的数据。
其中较优地，空闲的所述LTE使用时间是通过以下方法来确定的：
LTE eNB侦听到未授权频带空闲，但在当前非LTE使用时间没有足够剩余时间发送“信道预占用公告”信息时，LTE eNB在当前非LTE使用时间剩余时间内发送不携带有用信息且信号强度稍高于其它短距离通信接收机检测门限的伪信号，并将下一个LTE使用时间确定为空闲LTE使用时间。
其中较优地，所述“信道预占用公告”信息被携带在所述LTE eNB发送携带的改进的允许发送CTS帧中；所述改进的CTS帧包括：占用WiFiCTS帧“接收地址”域的“信道预占用公告”信息，以及继承WiFi CTS帧的WiFi帧控制，持续时长和帧校验。
其中较优地，所述“信道预占用公告”信息包括：表征发送该信息的LTE eNB的接入方式的授权辅助接入/双连接/无授权频谱辅助接入标签,表征发送该信息的标识的小区标识，以及包括LTE单个周期与LTE使用时间/非LTE使用时间的时间间隔的传输时长。
其中较优地，所述LTE eNB在首次尝试使用未授权频带时，随机选择一个时间点启动对未授权频带上的信道侦听；否则，在非LTE使用时间指定的预设时间点启动对未授权频带上的信道侦听。
其中较优地，该方法还包括：在所述非LTE使用时间传输数据的持续时间超出当前非LTE使用时间时，停止侦听，并将下一个LTE使用时间确定为非空闲LTE使用时间，继续传输该数据。
更优地，所述LTE eNB在所述下一个LTE使用时间发送用于与用户保持连接状态的信令。
本发明所提供的共存于未授权频带的多通信系统分时传输方法通过分时方式将未授权频谱资源分别用于蜂窝通信和其它短距离通信，在很大程度上降低了无线接入技术共存干扰，实现了公平使用未授权无线资源的目的。
附图说明
图1为本发明背景技术中分布式载波聚合的频率/时间图；
图2为本发明实施例的单个LTE通信周期内分时机制的示意图；
图3为本发明实施例的共存于未授权频带的多通信系统分时传输方法的流程图；
图4为现有技术中CTS帧和本发明实施例中改进的CTS帧的对比图；
图5为本发明实施例的WiFi传输时间持续到下一个LTE-ON的场景示意图；
图6为本发明实施例中LTE eNB发送携带“信道预占用公告”信息的改进的CTS帧的示意图；
图7为本发明实施例的LTE eNB无法完整发送改进的CTS帧的场景示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容作进一步的详细说明。
在本发明的实施例中，LTE与其它通信系统在单个LTE通信周期内采用分时机制轮流使用未授权频带，每个LTE通信周期被分成用于蜂窝系统传输数据的LTE使用时间(简写为LTE-ON)和用于其它短距离通信系统传输数据的非LTE使用时间(简写为LTE-OFF)，即，在LTE-ON内，LTE可以占用空闲的未授权频带来传输蜂窝数据；在LTE-OFF内，LTE释放未授权频带，暂停传输蜂窝数据，从而允许其它短距离通信系统(如，WiFi系统)工作在未授权频带。示例性的，以图2为例，LTE-ON与LTE-OFF可以按照1:1比例分配时间资源，前者用于蜂窝通信，后者用于其它短距离通信系统通信。通过比例分配资源，LTE系统与其它短距离通信系统实现一定程度上公平共享未授权频带。
此处说明一点，一方面，在单个LTE通信周期中，LTE-ON和LTE-OFF的比例可以根据实际情况来进行调整：增大LTE-OFF，减小LTE-ON，可以提升其它短距离通信系统性能；或者增大LTE-ON，减小LTE-OFF，可以提升蜂窝通信系统性能；另一方面，在确定LTE-ON与LTE-OFF的时间分配比例后，为了保证在LTE-OFF暂停传输蜂窝数据，LTE eNB调度时可以根据LTE-ON及信道条件提前确定数据传输量，以保证在信道条件恶劣的情况下，在LTE-ON内收发方仍然能够完成数据或数据片段的正确收发，避免出现蜂窝数据传输延伸到LTE-OFF内的情况。LTEeNB调度数据量的粗略计算方式如下：假设LTE-ON的时长为t1，已知每个分组传输并接收到确认信息的最大时长为t2(比如，根据信道质量，最大重传次数所需要的往返时间)，则该LTE eNB在LTE-ON内能传输的数据个数为t1/t2，相应地，也可以估算出待传输的数据量。
以上说明了本发明实施例对于单个LTE通信周期的分时机制，本发明实施例以下将基于该分时机制来描述如何进行共存于未授权频带的多通信系统的数据传输，但是对于如何确定LTE-ON和LTE-OFF，本发明实施例不做出特别限定，只需要在应用场景满足的情况下合理选择调整即可。
为实现本发明的实施例，还需进行以下设定：
(1)本实施例中，LTE系统中接入到网络的UE可通过eNB设置，使得UE仅在LTE-ON内进行通信；典型地，允许非连续接收(DRX)的UE通过调整DRX参数，调整调度请求(SR)的发送周期，尽量减少UE因误判导致重新建链的操作；
(2)本实施例中，LTE eNB包含一个非LTE处理模块，该模块可以收发其它短距离通信系统的消息，例如，IEEE802.11无线局域网络(WLAN)(即，WiFi)消息。
以下将详细描述当LTE eNB与UE在未授权频带上处于无线资源控制协议(Radio Resource Control，RRC)连接状态时，在未授权频带上传输数据的方法，其中，其它短距离通信系统示例性地以WiFi来表示，该方法包括：
步骤101，判断LTE eNB是否是首次尝试使用未授权频带，如果是，则执行步骤102，否则，直接执行步骤104；
步骤102，LTE eNB随机选择一个时间点在未授权频带上首次启动侦听信道，然后执行步骤104；
步骤103，LTE eNB在当前LTE-OFF指定的预设时间点在未授权频带上启动侦听信道；一般地，指定的预设时间点一般在LTE-OFF的末端；
在此步骤中，对于启动侦听信道的时间选择需要特别说明的一点是，如果预留的侦听时间过长，将减少WiFi使用资源的使用，如果预留的侦听时间过短，将减少LTE抢占资源的机会，影响LTE性能，因此，对于侦听信道的启动时间需要根据系统设计合理确定。
步骤104，LTE eNB侦听未授权频带是否空闲，如果是，执行步骤105，否则，表明未授权频带被WiFi系统占用，执行步骤109；
在此步骤中，由于LTE eNB具有信道空闲评估(Clear ChannelAssessment,CCA)和载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)能力，因此，其可以通过CCA来判断未授权频带是否空闲并且估算频带占用时长；
步骤105，判断当前周期内LTE-OFF的剩余时间是否足够发送携带“信道预占用公告”信息的改进的允许发送(CTS)帧,如果是，执行步骤106，否则，执行步骤108；
在此步骤中，所述的“信道预占用公告”信息被预先设定为LTE eNB在未授权频带发送的占用未授权频带的广播消息，该消息可在LTE-OFF发送，并且利用参考WiFi协议的允许发送帧(CTS)格式所改进的CTS帧来发送，其中：
所述“信道预占用公告”信息包括授权辅助接入/双连接/无授权频谱辅助接入标签，小区标识，LTE传输时长(基本周期与LTE-ON/LTE-OFF比例设置)，以及可选设置的预留位，典型地为6字节，各字段具体如下：
(1)授权辅助接入/双连接/无授权频谱辅助接入标签：表明发送方采用单独LTE蜂窝通信、双连接技术还是授权辅助接入(LAA)技术；当UE进行切换时，此信息有助于LTE eNB初步排除不适合作为目的接收方的基站。
(2)小区标识：表示发送信道预占用公告信息的LTE eNB标识，便于其它LTE eNB识别消息发送方。
(3)LTE传输时长：示例性地可以给出基本周期与LTE-ON/LTE-OFF的比例设置，二者结合就可表示LTE-ON与LTE-OFF的时间间隔。由于该信息要素只有LTE eNB才能正确解析，考虑到LTE物理帧格式与WiFi帧格式的差异性以及WiFi CTS帧长度的限制，填充该信息的最小时间单元可根据LTE协议设定，例如，设定最小时间单位等于LTE子帧长(1ms)，“基本周期”位为10，就表示基本周期是10ms。需要说明的是，基本周期，LTE-ON与LTE-OFF的持续时间设置需兼顾LTE现有功能，尽量避免改动LTE协议。同时以不改动WiFi协议为基本原则，兼顾LTE与WiFi公平占用信道的传输机制。在满足这两项要求的前提下，LTE传输时长本领域普通技术人员可以根据系统设计需要灵活设置。
(4)预留位：如果仍有空闲比特，则作为预留位。
在此步骤中，所述改进的CTS帧消息要素包括WiFi帧控制，持续时长，信道预占用公告信息，帧校验，其如图4(b)所示，通过对图4(a)所示出的WiFi CTS的帧格式信息进行改进而得到，所述WiFi CTS的帧格式信息包括WiFi帧控制(Frame control)(2字节)，持续时长(Duration)(2字节)，接收地址(6字节)，帧校验序列(FCS)(4字节)。可见，改进的CTS帧中由“信道预占用公告”信息替代WiFi CTS帧“接收地址”域，WiFi帧控制，持续时长，帧校验3个信息要素从WiFi CTS帧继承而来，作用也与原来WiFi CTS完全一致。
步骤106，LTE eNB停止侦听，并且广播发送携带“信道预占用公告”信息的改进的CTS帧(如图6所示)预先占用信道；
在本步骤中，LTE eNB发送改进的CTS帧，一方面向周围WiFi设备以及能够接收WiFi消息的其它LTE eNB广播自己占用未授权频带的时间，尽量避免冲突；另一方面，其它接收到该改进的CTS帧的邻居LTE eNB还可以据此选择或调整自己竞争未授权频带的时间，尽量降低干扰。
当改进的CTS帧被LTE eNB发送之后，如果接收到该信息的是WiFi设备，解析该改进的CTS后，WiFi设备将比较自己的地址信息与改进的CTS帧的地址信息(已由信道预占用公告信息替换)，如果二者不一致，则首先根据“持续时长”重置自己的退避时间，然后丢弃该改进的CTS帧；如果接收到该消息的是邻居LTE eNB，解析该改进的CTS后，邻居LTE eNB将提取“信道预占用公告”信息获取消息发送方占用信道时长，暂停竞争未授权频谱资源，并丢弃该改进的CTS帧，然后还可以据此信道预占用公告消息调整网络运行参数；
步骤107，将下一个LTE周期的LTE-ON确定为空闲的LTE-ON，在该空闲的LTE-ON内进行LTE通信；然后继续执行步骤112；
步骤108，LTE eNB不作任何处理，继续侦听未授权频带是否空闲；并判断直至下一个LTE-ON来临时，未授权频带是否一直空闲，如果是，LTE eNB停止侦听，然后执行步骤107；如果否，LTE eNB停止侦听，然后执行步骤111；
步骤109，LTE eNB解析WiFi帧头，记录WiFi占用未授权频带的时间；
对于此步骤，需要说明的是，如果在剩余的LTE-OFF内，LTE eNB未能正确获取WiFi频带占用时间，则继续侦听，反复尝试，直至成功解析WiFi占用频带的时间或频带空闲为止。
步骤110，判断WiFi占用频带的时间是否大于或等于剩余的LTE-OFF？即，判断WiFi传输时长将持续到下一个LTE-ON，如果是，为了保证LTE帧结构的完整性，同时避免干扰WiFi传输，LTE eNB认为下一个LTE-ON时间间隔不适合传输蜂窝数据，将下一个LTE-ON确定为非空闲LTE-ON，由此LTE eNB停止侦听，暂停抢占下一个LTE-ON内的频带资源，并执行步骤111；如果否，则返回步骤104；
步骤111，在下一个到来的LTE-ON内，LTE eNB仅发送用于保持连接状态的必要信令，使LTE用户保持与eNB的连接状态，避免LTE用户误以为链路断开，避免重复建链；同时在该LTE-ON内进行WiFi通信；
在本步骤中，必要的信令可以根据实际情况选取，在此不做限定，例如，LTE eNB可以向广播发送A.Ghosh,R.Ratasuk,等人在论文《LTE-Advanced:next-generation wireless broadband technology》(刊载于2010年的Wireless Communications,IEEE,vol.17,第3期,第10-22页)中提出的ABS修改版本；
步骤112，在对应的下一个LTE-OFF内，LTE eNB不发送任何消息，WiFi系统在该对应的LTE-OFF内进行WiFi通信，如果该LTE-OFF结束，则进入下一个基本周期，返回执行步骤101。
由此，那个过上述方法可以实现共存于未授权频带的多通信系统的时分传输。
对于上述实施例的方法中所涉及的WiFi传输时间持续到下一个LTE-ON的场景可以参照图5进行更详细的说明。当LTE-ON内完成LTE数据传输后(图5(a))，LTE eNB在LTE-OFF末端启动帧听未授权频带，若LTE eNB发现信道正在传输WiFi分组，则可通过解析该WiFi帧头获取WiFi传输完整数据分组的时间；若该传输时间大于剩余LTE-OFF时间，需持续到下一个LTE-ON内才能传输完毕，在这种情况下，在下一个LTE-ON内，LTE eNB暂停占用未授权频带，这段时间间隔内的未授权频带可用于传输WiFi数据(图5(b))。在该LTE-ON内，由于LTE eNB需要保持UE与LTE eNB的连接状态，LTE eNB发送必要的控制信令，使LTE用户与eNB保持连接状态。
对于上述实施例的方法中所涉及的LTE eNB无法完整发送改进的CTS帧时的场景可以可参照图7进行更详细说明。如果LTE-OFF剩余时间过短，LTE可能来不及传输携带“信道预占用公告”信息的改进的CTS帧；例如，LTE eNB侦听定时器启动时仍有WiFi设备在未授权频带传输数据，在下一个LTE-ON时间间隔到来前，WiFi数据传输完毕。如图7所示，在这种情况下，LTE eNB可不作任何处理，直至LTE-ON到来，如果未授权频带一直空闲，则在下一个LTE-ON来临时，LTE eNB占用未授权频带，传输蜂窝数据，如图7(c)；并且进一步较优地，如果LTE eNB有能力在LTE-OFF剩余时间内发送不携带有用信息且信号强度稍高于WiFi接收机检测门限的伪信号，用于预先占用未授权频带，则LTE eNB可首先发送伪信号，直至LTE-ON到来，然后传输蜂窝数据，如图7(d)。
由此可见，在以上提出的一种共存于未授权频带的多通信系统的分时传输方法通过分时方式将未授权频谱资源分别用于蜂窝通信和其它短距离通信，在很大程度上降低了无线接入技术共存干扰，实现了公平使用未授权无线资源的目的；并且该方法最大限度地兼容现有的LTE协议，在实现过程中，不需要改动WiFi系统和LTE用户设备，仅需要对LTE eNB进行微小改变，只需要一个未授权频带，而不需要用户天线在两个载波上往复转换，实现过程更为容易。本方法也适于实现在授权频带无法覆盖的区域的LTE蜂窝通信。
此外，对于上述的实施例，还需要补充说明以下两点：
(1)在本发明实施例的具体实现过程中，LTE eNB是否启动侦听帧听可以通过设置一个侦听定时器来实现，当启动该侦听定时器时，LTE eNB帧听信道；当清除该侦听定时器，LTE eNB停止帧听信道。
(2)本发明实施例的LTE eNB能够控制LTE上下行数据在LTE-ON内调度传输，但上行数据调度请求可能出现在LTE-OFF内。为降低LTE在LTE-OFF内对WiFi系统的干扰，可选地，eNB可通过设置连接态UE的SR周期，使UE可选的SR周期与LTE-ON保持一致，以便SR请求只被许可在LTE-ON内发射。
上面对本发明所提供的共存于未授权频带的多通信系统分时传输方法进行了详细说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对他所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (10)
1.一种共存于未授权频带的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
将未授权频带在时间域上的单个LTE周期分成用于蜂窝系统传输数据的LTE使用时间和用于其它短距离通信系统传输数据的非LTE使用时间；
在空闲的所述LTE使用时间上传输用于蜂窝系统的数据；以及
在所述非LTE使用时间上传输用于其它短距离通信系统的数据。
2.如权利要求1所述的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
空闲的所述LTE使用时间是通过以下方法来确定的：
LTE eNB在未授权频带上侦听到信道空闲，并且在当前非LTE使用时间广播发送“信道预占用公告”信息后，将下一个LTE周期的LTE使用时间确定为空闲的LTE使用时间。
3.如权利要求1所述的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
空闲的所述LTE使用时间是通过以下方法来确定的：
LTE eNB侦听到未授权频带空闲，但在当前非LTE使用时间没有足够剩余时间发送“信道预占用公告”信息时，如果下一个LTE使用时间之前未授权频带一直空闲，将该下一个LTE使用时间确定为空闲LTE使用时间。
4.如权利要求3所述的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
该方法还包括：如果下一个LTE使用时间之前未授权频带一直空闲非一直空闲，将下一个LTE使用时间确定为非空闲LTE使用时间，继续传输用于其它短距离通信系统的数据。
5.如权利要求1所述的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
空闲的所述LTE使用时间是通过以下方法来确定的：
LTE eNB侦听到未授权频带空闲，但在当前非LTE使用时间没有足够剩余时间发送“信道预占用公告”信息时，LTE eNB在当前非LTE使用时间剩余时间内发送不携带有用信息且信号强度稍高于其它短距离通信接收机检测门限的伪信号，并将下一个LTE使用时间确定为空闲LTE使用时间。
6.如权利要求2至5中任意一项所述的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
所述“信道预占用公告”信息被携带在所述LTE eNB发送携带的改进的允许发送CTS帧中；所述改进的CTS帧包括：占用WiFi CTS帧“接收地址”域的“信道预占用公告”信息，以及继承WiFi CTS帧的WiFi帧控制，持续时长和帧校验。
7.如权利要求2～5中任意一项所述的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
所述“信道预占用公告”信息包括：表征发送该信息的LTE eNB的接入方式的授权辅助接入/双连接/无授权频谱辅助接入标签,表征发送该信息的标识的小区标识，以及包括LTE单个周期与LTE使用时间/非LTE使用时间的时间间隔的传输时长。
8.如权利要求2所述的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
所述LTE eNB在首次尝试使用未授权频带时，随机选择一个时间点启动对未授权频带上的信道侦听；否则，在非LTE使用时间指定的预设时间点启动对未授权频带上的信道侦听。
9.如权利要求1所述的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
该方法还包括：在所述非LTE使用时间传输数据的持续时间超出当前非LTE使用时间时，停止侦听，并将下一个LTE使用时间确定为非空闲LTE使用时间，继续传输该数据。
10.如权利要求9所述的多通信系统分时传输方法，其特征在于：
所述LTE eNB在所述下一个LTE使用时间发送用于与用户保持连接状态的信令。
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