CN107171773A - 面向异构网络的蜂窝通信系统多载波聚合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蜂窝通信系统多载波聚合方法。在蜂窝通信系统和无线局域网融合组网的异构网络中，建立无线局域网的邻居信道列表，从中选取进行先听后说操作的非授权信道的主信道，蜂窝通信系统通过授权协助访问模式使用免授权频段，当无线局域网的主信道先听后说操作中的随机退避计数完成时，首先依据载波聚合概率进行聚合决策，然后对待聚合的载波进行快速空闲信道评估；或者，首先对待聚合的载波进行快速空闲信道评估，然后依据载波聚合概率进行聚合决策。利用本发明，可以解决蜂窝通信系统与WLAN系统在免授权频段共存时，由于两者多信道聚合技术不一致导致的信道解决机会无法均衡的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种多载波聚合方法，尤其涉及一种面向蜂窝网和WLAN融合组网的异构网络场景，实现蜂窝通信系统中多载波聚合的方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
目前，无线局域网(简称为WLAN)和蜂窝网(GSM、GPRS、CDMA、UMTS、LTE、LTE-A等)已经被广泛使用。WLAN以其技术体制简单、接入灵活、成本低等优点受到运营商的青睐，纷纷大规模建设WLAN热点来缓解蜂窝网流量和经营上的压力。为了提高运营商WLAN网络的利用率和用户体验，业界展开了大量蜂窝网和WLAN融合组网方面的技术研究。
为了满足用户与业务对服务速率的需求，充分利用免授权频段成为一个可行的技术方向。所谓授权频段是预留频谱资源供给系统使用的频段；而免授权频段则无需授权，只要设备满足免授权频段的功率发射要求，依照共存原则就能使用。任何运营商都不能排他使用免授权频段。在5G网络中，仍然存在大量免授权频段，利用免授权频段部署LTE通信，可以有效扩充无线容量。蜂窝网和WLAN在免授权频段共存，有望成为5G网络的核心技术。
蜂窝网使用免授权频段可以有两种模式：一种称为授权协助访问(licensed－assisted access，简称为LAA)模式，即蜂窝通信系统依然部署在授权频段，通过授权频段的辅助，机会性地使用免授权频段；另一种称为独立模式(standalone mode)，即蜂窝通信系统直接部署在非授权频段上。这种模式实现起来相对困难，因此现有的研究主要是针对前一种模式。
当前，3GPP针对LAA技术的讨论热点之一是如何进行多载波传输(multi-carrier operation/transmission)。众所周知，LTE系统具有载波聚合(carrier aggregation，简称为CA)功能，当前版本每个用户设备(UE)支持最多5个载波，而未来版本很有可能支持多达32个载波。而IEEE 802.11ac标准也提供多信道传输能力，称为信道绑定(channelbonding)。现有技术中，最多可以绑定8个20MHz的信道，进行并发的160MHz传输。
如图1所示，IEEE 802.11ac可以使用20MHz/40MHz/80MHz/160MHz信道，除160MHz信道之外，使用其它信道需要工作信道内的子信道是连续的。WLAN标准定义了严格的多信道接入过程。若在主信道上(PrimaryChannel，简称为PCH)上进行前导码检测，结果为PCH空闲，则需要在预定传输时间的前PIFS(点协调帧间间隙)时间段内检测次级信道(Secondary Channel，简称为SCH)。此外，WLAN的信道接入是发生在连续信道上的。例如，对于一个80MHz的VHT BSS，20MHz的传输只发生在主20MHz CH，40MHz的传输发生在主40MHz CH(即主20MHz CH+次级20MHzCH)。当要进行80MHz传输时，首先通过CCA-PD检测过程确认主20M CH空闲，然后在预定传输前的PIFS时间段内检测到每个次级20MHz/40MHzCH都空闲才能传输。多信道传输的空闲信道评估(Clear ChannelAssessment，简称为CCA)过程是分层的，具体如下：
1.对于20MHz传输，进行前导码检测(CCA-PD＝－82dBm)与能量检测(CCA-ED＝－62dBm)。
2.对于40MHz传输，
a.主20MHz信道上进行前导码检测(CCA-PD＝－82dBm)；
b.在次级20MHz信道上，进行PIFS(25us)长度的单次(oneshot)能量检测(CCA-ED＝－75dBm)。
3.对于80MHz传输，
a.在主20MHz信道上进行前导码检测(CCA-PD＝－82dBm)；
b.次级20MHz信道上进行单次能量检测(CCA-ED＝－75dBm)；
c.次级40MHz信道上进行单次能量检测(CCA-ED＝－72dBm)。
从以上过程可以看出：一旦确定了主20MHz信道，当次级20MHz信道检测为忙时，即便次级40MHz信道空闲也不能与主20MHz信道绑定使用。
另一方面，从3GPP LAA方面来说，R1 #83次会议上达成了如下共识：
对于一组载波上的多载波LBT(Listen Before Talk，先听后说)
·Alt 1：eNB(基站)仅在一个非授权载波上进行Cat-4based LBT
–eNB在每次数据传输之前均匀随机地选择需要进行Cat-4basedLBT的载波，或者是固定的载波，固定时间不少于1秒
–将不进行Cat-4based LBT的载波上的能量检测门限设置为与进行Cat-4based LBT的载波相同
–在进行Cat-4based LBT的载波上使用一个单独的退避计数器。工作假设：eNB能够使用以下两种方式确定竞争窗大小(简写为CWS)：
·Option 1：基于所有载波上的HARQ反馈更新一个CWS
·Option 2：每个载波独立更新CWS，采用其中最大的CWS产生退避计数器
·Alt 2：eNB在多个非授权载波上进行Cat-4based LBT
–允许eNB在完成Cat-4based LBT的载波上进行自退避以与其它载波对其后进行传输。自退避过程包括一个时间段的空闲信道检测。
–eNB能够在多个进行Cat-4based LBT的非授权载波上独立进行CWS的更新
·eNB能够为多个载波使用单独的退避计数器或统一的退避计数器
–当使用统一退避计数器时，需要基于上一个传输使用的多个载波中最大的CWS产生
·若无其它保证长期共享载波的技术(如，以法规的层面)
–如果使用统一的随机计数器，那么在多个载波上传输一次下行数据之后，为所有进行LBT的载波重置ECCA计数器
–如果使用单独的随机计数器，在使用一个或多个载波传输下行数据后，进行下列之一操作
·对用户设备调度该次传输的所有激活LAAScell上重新启动退避过程之前等待4个空闲信道评估时隙
·对用户设备调度该次传输的所有激活LAAScell上重置计数器
·Note：eNB可以动态决定为某个载波选择哪种操作
·LAA支持上述Alt.1和Alt.2。
将上述LAA中的多载波LBT过程与WLAN的信道绑定技术进行比较可以看出：为了保证与WLAN的公平共存，LAA在设计LBT过程时参考了WLAN的信道绑定技术，上述Alt.1与WLAN的信道绑定技术的流程非常接近，进行空闲信道评估的门限也与WLAN相同。然而，由于LTE的载波聚合技术本身具有更高的灵活性，在共存过程中还是产生了一些问题，例如使WLAN在其次级信道上的传输机会大大降低等。因此，需要结合LTE载波聚合技术的特性，同时考虑对WLAN的影响，设计新的多信道LBT与聚合技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种面向异构网络的蜂窝通信系统多载波聚合方法。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种蜂窝通信系统多载波聚合方法，在所述蜂窝通信系统和无线局域网融合组网的异构网络中，建立无线局域网的邻居信道列表，从中选取进行先听后说操作的非授权信道的主信道，所述蜂窝通信系统通过授权协助访问模式使用免授权频段，包括如下步骤：
当无线局域网的主信道先听后说操作中的随机退避计数完成时，首先依据载波聚合概率进行聚合决策，然后对待聚合的载波进行快速空闲信道评估；或者，首先对待聚合的载波进行快速空闲信道评估，然后依据载波聚合概率进行聚合决策。
其中较优地，如果聚合决策为是，则对待聚合的载波进行快速空闲信道评估；如果评估结果为信道空闲，则在下一个传输机会时与进行先听后说操作的非授权信道的主载波一起传输。
其中较优地，进行快速空闲信道评估时，若评估结果为信道空闲，则依据载波聚合概率进行聚合决策；若聚合决策为是，则在下一个传输机会时与进行先听后说操作的非授权信道的主载波一起传输；若聚合结果为否，则等待下一次聚合机会。
其中较优地，所述聚合机会包括下一次当无线局域网的主信道先听后说操作中的随机退避计数完成时，下一个传输机会之前的选取可聚合载波的过程；或者，所述聚合机会包括在开启以子帧为单位的载波聚合模式时，接下来的传输中的每个子帧之前的选取可聚合载波的过程。
其中较优地，如果开启以子帧为单位的载波聚合模式，则在下一个传输机会开始后，对于未聚合的载波，继续以子帧为单位进行快速空闲信道评估。
其中较优地，当存在无线局域网邻居时，以与无线局域网的主信道对齐的方式选取进行先听后说操作的非授权信道的主信道；当不存在无线局域网邻居时，选择干扰最小的信道承载进行先听后说操作的非授权信道的主信道。
其中较优地，根据无线局域网对主、次信道的占用情况，所述蜂窝通信系统相应调整对各个载波的载波聚合概率。
其中较优地，所述无线局域网对某信道的接入机会与所述蜂窝通信系统在该信道的载波聚合概率正向相关。
其中较优地，所述蜂窝通信系统的基站之间通过X2接口交互各自的载波聚合概率或者各自是否已经开启以子帧为单位的载波聚合模式。
其中较优地，所述蜂窝通信系统的基站通过XW接口告知所述无线局域网其载波聚合概率或者是否已经开启以子帧为单位的载波聚合模式。
与现有技术相比较，本发明具有两方面的技术特点：①当非授权信道上的非主载波上的快速空闲信道评估通过时，按照载波聚合概率进行载波聚合；②以子帧为单位进行快速空闲信道评估与聚合。利用本发明，可以解决蜂窝通信系统与WLAN系统在免授权频段共存时，由于两者多信道聚合技术不一致导致的信道解决机会无法均衡的问题。
附图说明
图1为IEEE 802.11ac标准中，带宽分配的示例图；
图2为IEEE 802.11ac标准中，信道绑定过程的示意图；
图3为本发明所提供的蜂窝通信系统多载波聚合方法的流程图；
图4为以子帧为单位的快速空闲信道评估和载波聚合的示意图；
图5a)为非授权信道上，WLAN主信道对齐场景的示意图；
图5b)为非授权信道上，WLAN主信道非对齐场景的示意图。
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展开详细具体的说明。
图2为IEEE 802.11ac标准中，绑定4个连续信道进行80MHz数据传输的示意图。其中，载波1为WLAN通信系统的主信道。当网络中其他的WLAN通信系统都是遵循IEEE 802.11ac标准时，所有的WLAN通信系统可以选用相同的主信道，即载波1，称为对齐模式。或者，一部分WLAN通信系统选择载波3/载波4为主信道，称为非对齐模式。主信道对齐的结果是所有遵循IEEE 802.11ac标准的节点(简称为11ac节点)都进行80MHz的传输，各个节点之间公平共享所有信道的接入机会。主信道非对齐的结果是以载波1为主信道的11ac节点绑定载波1和载波2进行40MHz的传输，其它节点绑定载波3与载波4进行40MHz的传输。
当网络中新进入一个遵循IEEE 802.11a/n标准的节点(简称为11a/n节点)或遵循IEEE 802.11ac标准的节点(简称为11ac节点)时，其主信道应与网络中的某个WLAN节点(该WLAN节点可以为11a/n节点，也可以为11ac节点)的主信道对齐，假设所对齐的主信道为载波1，当其进行20MHz/40MHz传输时，其余的载波空闲。此时，若网络中有LAA节点，按照3GPP R1 #83会议通过的Alt.1方式，则LAA会占用这些信道，并且在业务繁忙时会一直占用这些信道，WLAN基本没有机会将信道扩展为40MHz/80MHz。
综上所述，在LAA与WLAN共存的场景中，当使用多载波进行联合传输时，由于LTE的载波聚合技术比WLAN的信道绑定技术更加灵活，因此WLAN在其次级信道上的传输机会(Transmission Opportunity，简写为TXOP)大大降低。为此，本发明在LAA的多载波LBT过程中引入了次级载波的载波聚合概率概念，可以在一定程度上为WLAN预留其竞争次级信道的机会；同时，为了增加系统频谱资源的利用率，结合LTE调度更加灵活的特点，引入了以子帧为粒度单位进行快速空闲信道评估的聚合操作。
由于WLAN的传输是以每次传输机会为单位的，而LAA的调度是以子帧为单位的，因此LAA不仅可以在每次传输机会之前判断是否进行载波聚合，而且可以在传输机会启动之后，其它载波进行聚合传输时，在每个子帧之前进行载波聚合的检测和决定。因此，在本发明中同时增加以子帧为粒度单位进行快速空闲信道评估的聚合操作，可以进一步提高LAA的信道接入机会。
利用本发明所提出的蜂窝通信系统多载波聚合方法，可以解决LAA夺取WLAN信道接入机会的问题，同时也保证LAA的信道接入机会。下面结合图3，对该蜂窝通信系统多载波聚合方法展开详细具体的说明。
步骤一：建立WLAN的邻居信道列表。具体获取方式可以为：①通过侦听WLAN系统的Beacon帧等信号，解读其中主信道和次级信道分布的信息；②通过与WLAN系统之间的信息交互，如通过XW(控制平面)接口，WLAN AP(无线接入点)告知LAA eNB其信道分布情况。
步骤二：选取进行LBT的非授权信道的主信道，选取原则可以为：①当存在WLAN邻居时，与WLAN系统的主信道(之一)对齐；②当所处区域无WLAN邻居时，随意选取信道或基于其它衡量标准选择，如干扰最小等。
步骤三：当WLAN的主信道LBT的随机退避计数完成时，依据载波聚合概率P进行聚合决策，对待聚合的载波进行为时为PIFS的快速空闲信道评估。或者，对待聚合的载波进行为时为PIFS的快速空闲信道评估，依据载波聚合概率P进行聚合决策。
当首先依据载波聚合概率P进行聚合决策时，若聚合决策为是，则进行空闲信道评估，如果评估结果为信道空闲，则在下一个传输机会时与进行LBT的非授权信道的主载波一起传输；否则，若评估结果为信道占用，则进入步骤四。载波聚合概率P的设置方法参见下文中的实施例1和实施例2。
当首先对待聚合的载波进行快速空闲信道评估时，若评估结果为信道空闲，则依据载波聚合概率进行聚合决策；若聚合决策为是，则在下一个传输机会时与进行先听后说操作的非授权信道的主载波一起传输；若聚合结果为否，则等待下一次聚合机会。
这里所说的聚合机会可以包括下一次当无线局域网的主信道先听后说操作中的随机退避计数完成时，下一个传输机会之前的选取可聚合载波的过程；也可以包括在开启以子帧为单位的载波聚合模式时，接下来的传输中的每个子帧之前的选取可聚合载波的过程。
步骤四(该步骤为可选项)：如果开启以子帧为单位的载波聚合模式，则在下一个传输机会的传输开始后，对于不受当前传输邻道泄漏影响的未聚合载波，继续以子帧为单位进行快速空闲信道评估。
如图4所示，假设一个传输机会由4个子帧组成，起始子帧号为i，则在子帧i+1、i+2、i+3开始之前都可以进行快速空闲信道评估。若评估结果为信道空闲，则与步骤三类似，依据载波聚合概率P产生聚合结果，若聚合结果为是，则在下一个子帧开始时，与其它载波一起进行传输。具体何时激活该步骤的功能，将在实施例2中予以说明。
实施例1
在该实施例中，假设LAA具有读取WLAN信号的能力，例如能够解读Beacon帧和Probe response帧内的主、次信道分布信息。此时，LAA可以依据自身对WLAN传输情况的监测与记录辅助蜂窝网和WLAN两个系统的公平共存，即依据WLAN各种版本的客户端对主、次信道的占用情况，调整LAA对各个载波的载波聚合概率。具体地说，WLAN的客户端对某信道的接入机会与LAA在该信道的载波聚合概率正向相关，反之，LAA如果想为WLAN预留出接入机会，就设置相对较小的载波聚合概率。该载波聚合概率的具体取值可以根据实际情况，由LAA与WLAN沟通确定，或者由LAA单独确定。
图5(a)和图5(b)分别为WLAN主信道对齐/非对齐场景下的传输示意图。其中，CC1～CC4是4个连续的20MHz信道，图5(a)中所示的WLAN系统中存在11a、11n和11ac的客户端(STA)，各种版本的客户端采用主信道对齐模式，均选取CC1为主20MHz信道，相应的CC2为11n和11ac的次级20MHz信道，CC3和CC4为11ac的次级40MHz信道。由于三个版本的客户端都在CC1上进行LBT和随机退避计数，因此客户端之间在CC1上公平竞争，并享有均等的接入机会。当11a的客户端获得20MHz的传输机会时，CC2～CC4是空闲的。当11n的客户端获得40MHz传输机会时，CC3和CC4是空闲的。只有当11ac的客户端获得传输机会时，4个载波才是充分使用的。在该种情况下，当LAA加入并开始使用这4个分量载波时，可以将自己作为一个11ac节点来衡量对WLAN的影响，以与其它WLAN节点在每个信道上公平使用为标准设置自己的载波聚合概率，即信道占用比例的上限。在本发明的一个实施例中，可以将CC3和CC4对应的Pi(即P3和P4)设置较高，例如P3＝P4＝1/4+1/2＝3/4；将CC2对应的Pi设置为P2＝1/4+1/4＝1/2。
相应地，图5(b)为11a、11n和11ac的客户端主信道在非对齐场景下的传输示意图。其中，11a和11n的客户端主信道为CC3，而11ac的客户端主信道为CC1。此时，若在业务繁忙时段，3个版本的客户端都要进行不间断的传输，可见11ac的客户端无法进行信道扩展，最多只能进行40MHz的传输。LAA加入后，可选的主信道为CC1和CC3，而在CC2和CC4上设置P2＝1/4，P4＝1/2+1/4＝3/4，与11ac的客户端、11n的客户端享有相同的接入机会。而在没有被选为主信道的CC1或CC3的情况下，出于优先保护WLAN传输机会的出发点考虑可以将P1或P3调小，如1/4，从而为WLAN预留了接入其次级信道的机会。
实施例2
在该实施例中，假设LAA并不具有解读WLAN信号的能力，其对WLAN信道使用的相关信息均通过两个系统之间的XW接口获得，因此主、次信道的占用情况是半静态获知的。此时，LAA根据这些信息设置的Pi可能有失偏颇，因此WLAN可以通过XW接口告知LAA eNB其无法获得某些信道的接入机会，请求LAA降低其在该信道的Pi和/或关闭子帧粒度的聚合操作。此时，LAA会相应调整Pi以及考虑是否关闭子帧粒度的聚合操作，以达到与WLAN公平共存的目的。
此外，该载波聚合模式可以基于载波设置，也可以基于基站设置。基于是否调整载波聚合概率以及是否开启或关闭LAA中以子帧为单位的载波聚合模式，LAA中的各个基站(LAA eNB)之间可以通过X2接口交互各自的载波聚合概率以及是否已经开启以子帧为单位的载波聚合模式，从而进行协商与合作。与此类似的，LAA也可以通过XW接口告知WLAN：其载波聚合概率以及是否已经开启以子帧为单位的载波聚合模式，从而进行异构系统之间的协商与合作。
需要说明的是，实施例2中的实现方式可以与实施例1中的实现方式组合，共同保障与WLAN的公平共存。
与现有技术相比较，本发明所提供的蜂窝通信系统多载波聚合方法具有两方面的技术特点：①当非授权信道上的非主载波上的快速空闲信道评估通过时，按照载波聚合概率进行载波聚合；②以子帧为单位进行快速空闲信道评估与聚合。本发明在LAA的多载波LBT过程中引入了次级载波的载波聚合概率概念，可以在一定程度上为WLAN预留其竞争次级信道的机会；此外，由于WLAN的传输是以每次传输机会为单位的，而LAA的调度是以子帧为单位的，因此LAA不仅可以在每次传输机会之前判断是否进行载波聚合，而且可以在传输机会启动之后，在其它载波进行聚合传输时，引入以子帧为粒度单位进行快速空闲信道评估的聚合操作，在每个子帧之前进行载波聚合的检测和决定。因此，利用本发明所提出的蜂窝通信系统多载波聚合方法，可以解决LAA夺取WLAN信道接入机会的问题，同时也保证LAA的信道接入机会。
上面对本发明所提供的面向异构网络的蜂窝通信系统多载波聚合方法进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本领域的一般技术人员来说，在不背离本发明的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种蜂窝通信系统多载波聚合方法，在所述蜂窝通信系统和无线局域网融合组网的异构网络中，建立无线局域网的邻居信道列表，从中选取进行先听后说操作的非授权信道的主信道，所述蜂窝通信系统通过授权协助访问模式使用免授权频段，其特征在于包括如下步骤：
当无线局域网的主信道先听后说操作中的随机退避计数完成时，首先依据载波聚合概率进行聚合决策，然后对待聚合的载波进行快速空闲信道评估。
2.如权利要求1所述的蜂窝通信系统多载波聚合方法，其特征在于：
如果聚合决策为是，则对待聚合的载波进行快速空闲信道评估；如果评估结果为信道空闲，则在下一个传输机会时与进行先听后说操作的非授权信道的主载波一起传输。
3.一种蜂窝通信系统多载波聚合方法，在所述蜂窝通信系统和无线局域网融合组网的异构网络中，建立无线局域网的邻居信道列表，从中选取进行先听后说操作的非授权信道的主信道，所述蜂窝通信系统通过授权协助访问模式使用免授权频段，其特征在于包括如下步骤：
当无线局域网的主信道先听后说操作中的随机退避计数完成时，首先对待聚合的载波进行快速空闲信道评估，然后依据载波聚合概率进行聚合决策。
4.如权利要求3所述的蜂窝通信系统多载波聚合方法，其特征在于：
进行快速空闲信道评估时，若评估结果为信道空闲，则依据载波聚合概率进行聚合决策；若聚合决策为是，则在下一个传输机会时与进行先听后说操作的非授权信道的主载波一起传输；若聚合结果为否，则等待下一次聚合机会。
5.如权利要求4所述的蜂窝通信系统多载波聚合方法，其特征在于：
所述聚合机会包括下一次当无线局域网的主信道先听后说操作中的随机退避计数完成时，下一个传输机会之前的选取可聚合载波的过程；或者，所述聚合机会包括在开启以子帧为单位的载波聚合模式时，接下来的传输中的每个子帧之前的选取可聚合载波的过程。
6.如权利要求1或3所述的蜂窝通信系统多载波聚合方法，其特征在于：
如果开启以子帧为单位的载波聚合模式，则在下一个传输机会开始后，对于未聚合的载波，继续以子帧为单位进行快速空闲信道评估。
7.如权利要求1或3所述的蜂窝通信系统多载波聚合方法，其特征在于：
当存在无线局域网邻居时，以与无线局域网的主信道对齐的方式选取进行先听后说操作的非授权信道的主信道；当不存在无线局域网邻居时，选择干扰最小的信道承载进行先听后说操作的非授权信道的主信道。
8.如权利要求1或3所述的蜂窝通信系统多载波聚合方法，其特征在于：
根据无线局域网对主、次信道的占用情况，所述蜂窝通信系统相应调整对各个载波的载波聚合概率。
9.如权利要求8所述的蜂窝通信系统多载波聚合方法，其特征在于：
所述无线局域网对某信道的接入机会与所述蜂窝通信系统在该信道的载波聚合概率正向相关。
10.如权利要求1或3所述的蜂窝通信系统多载波聚合方法，其特征在于：
所述蜂窝通信系统的基站之间通过X2接口交互各自的载波聚合概率或者各自是否已经开启以子帧为单位的载波聚合模式。
11.如权利要求1或3所述的蜂窝通信系统多载波聚合方法，其特征在于：
所述蜂窝通信系统的基站通过XW接口告知所述无线局域网其载波聚合概率或者是否已经开启以子帧为单位的载波聚合模式。
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