CN110267331A - 增强公平性的帧结构 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及增强公平性的帧结构。提出了用于将数据从用户设备装置发送到基站的方法、用户设备装置和基站。用于传送数据的方法包括下述步骤：确定用于用户设备装置的不利传输状况，以及如果确定了这样的不利传输状况，则在预留帧中传送数据。

Description

增强公平性的帧结构

本申请是申请人于2014年5月28日申请的、2015年12月23日进入中国国家阶段的、申请号为201480035940.2的、发明名称为“增强公平性的帧结构”的PCT专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在蜂窝网络中的用户设备装置和基站之间的通信。

背景技术

该部分介绍可能有助于促进对本发明的更好理解的各方面。因此，该部分的陈述要在这方面被阅读，并且不应当被理解为承认现有技术中有什么。

在增强的4G无线系统中，并且特别是在未来的5G无线系统中，例如用户设备装置(UE)的大量设备将存在于例如eNobeB这样的基站的覆盖区域中。对于范例“物联网”已知的情景，预测到2020年，将发展到每用户10倍至100倍的机器/传感器。用于这样的机器的若干应用将需要全国范围的覆盖，并且便于接入因特网。鉴于此，3GPP已经开始了对例如用于支持机器传输模式的LTE的扩展的努力。

在物联网中，很多小机器类型通信设备存在，并且偶发地请求对网络的接入。这些用户设备装置必须以能量有效和公平的方式连接到网络。分时Aloha(Slotted Aloha)是用于基于竞争的接入的经典技术。现代接收机的能力允许所谓的多分组接收(MPR)。MPR接收机可以通过多用户检测技术正确地接收多个用户的分组，如干扰消除和线性MMSE接收机。这样的多天线和/或多码系统使用例如直接序列码分多址(DS-CDMA)信号格式。

尽管具有MPR的分时Aloha是一种有前景的用于例如利用DS-CSMA的机器型通信的方法，但是在用于用户设备装置的子集的吞吐量的公平和能量效率方面存在缺陷。

在用户设备装置在特定小区区域中分布(例如，宏或微小区)的情形下，接收信号功率的较大动态范围由于近远效应而发生。

在模拟中，观察到特定百分比的用户设备装置，例如20％，具有非常大数目的重发，并且具有用于成功接收的大的延迟。这些用户装备装置在获得对系统的公平接入中有困难。在物联网的范例下，这些用户设备装置不是移动的，并且随着时间将不位于具有更好传输状况的位置中。

大量的重传为这些设备花费了很多电池电力，并且将导致差的吞吐量。

发明内容

本发明的目的是提供一种对上述问题的解决方案，并且提高吞吐量并且在上述情形下节省电池电力。

本发明涉及一种用于在无线通信系统中从用户设备装置向基站传送数据的方法。数据传输在帧结构中进行，帧结构包括至少一个常规帧和至少一个预留帧。在用户设备装置中，通过检查基站和用户设备装置之间的传输链路来确定不利的传输状况。如果特定用户设备装置难以向基站传送数据，例如具有比其他用户设备装置更高的误比特率或高分组丢失，则存在不利的传输状况。如果确定了没有不利的传输状况，则用户设备装置在常规帧中传送数据。如果确定了这样的不利的传输状况，则用户设备装置在预留帧中传送数据。预留帧是专用于这样的不利的设备以提高其成功传送数据的机会的特定传输帧。这样，具有较差传输状况的不利的设备(例如，由于它们在小区中的物理位置)被系统优选以能够对整个系统作贡献。这具有下述优点：小区中的几乎所有设备可以传送数据并被使用，并且这些设备不因为其传输状况比其他设备的传输状况更差而被忽略。仅具有与基站的特定距离的设备或仅在基站处从其接收低功率信号的设备在预留帧时间中进行传送。因此，来自实际干扰消除接收机的残余干扰相对较小。实际接收机输出性能取决于信道估计的影响。利用真实信道估计，干扰消除将残差留在剩余信号中。当不同的用户设备装置的动态范围大时，这些错误是重要的，因为不利的用户设备装置然后在分组误差率性能方面特别受影响。

在一个实施例中，如果从基站接收到的信号低于阈值，则确定不利的传输状况。因此，在基站和用户设备装置之间的传输状况被直接测试，并且这样来估计连接质量。基站预先传送对用户设备装置已知的测试信号，例如导频、参考或训练符号。然后，用户设备装置通过接收和评估该信号、例如通过估计服务小区的接收功率水平，来决定其是否低于阈值。此外，还可以估计邻居小区的接收功率水平，并且相对功率水平差可以用作性能度量。在所接收的信号的功率水平低于阈值的情况下，用户设备装置将其本身定义为不利的设备。这样，用于实现该方法的系统开销被保持得低，因为要求在基站和用户设备装置之间没有额外的信令交换，以使得用户设备装置能够决定其是不利的设备。

在一个实施例中，如果在预定义的时间内已经做出了多个不成功的传输尝试，则确定不利的传输状况。用户设备装置通过对特定数目的不成功的尝试(例如，自动重复请求(ARQ)重传)进行计数，来确定传送数据是困难的，并且然后将其本身定义为不利的设备。

在一个实施例中，如果用户设备装置已经确定了其是不利的设备，则用户设备装置请求接入预留帧。在一个实施例中，这经由上行链路控制信道上的请求来完成。这样的请求可以包含附加信息，例如不成功尝试的次数、从基站接收的测试信号的信号强度、要发送的数据的重要性、用户设备装置的剩余能量水平。这具有下述优点：如果多个用户设备装置发送这样的请求，则基站可以根据从用户设备装置接收的附加信息来优先处理该请求。

在一个实施例中，基站广播用于确定不利传输状况的参数。这样的参数可以是用户设备装置在特定时间内不成功地尝试网络直至它将其本身确定为不利设备的次数。此外，这样的参数可以是从基站接收到的测试信号的信号强度，以确定用户设备装置是不利设备。通过在建立系统时或在常规的基础上广播这样的参数，用户设备装置本身具有足够的信息来作出其是否是不利设备并且是作为预留帧用户的候选的专用决定。

在一个实施例中，预留帧是具有比其他帧更低误分组率的帧。在一个实施例中，实现了较低的误分组率，因为预留帧比其他帧更长。较长的帧持续时间的解决方案类似于提高不利设备的功率。尽管如此，非常便宜的设备的功率范围是非常有限的，而且最重要的是，电池寿命是非常关键的。因此，与功率控制解决方案相比，提高帧持续时间是有利的。此外，这具有降低在预留帧时段期间的接收信号功率水平的动态范围的优点。在一个实施例中，其中使用码分多址(CDMA)，较长的帧持续时间对应于较高的扩展因子，这增加了用户的扩展增益，并且从而降低了误分组率。

在一个实施例中，使用多载波传输系统。多载波传输系统提供在时间和频率空间上的区分，并且经由子载波和子载波组、物理资源块来实现传输。因此，通过为不利用户预留这样的物理资源块，子载波集合专用于这样的用户，并且其他用户使用无线电资源的其余部分。多载波传输系统可以是OFDM、多载波CDMA、基于滤波器组的多载波(FBMC)、IOTA-OFDM或利用CDMA或加上扩展的任何种类的多载波调制信号格式。在该上下文中，术语帧应当被理解为，多接入资源在时间、频率和码维度上的实现。

在一个实施例中，使用基于随机接入的传输。提供了一种帧结构用于经由分时ALOHA协议传送数据。包括常规帧的至少一个第一时间时隙被提供用于不是不利的用户设备装置的数据的传输。此外，提供了包括预留帧的至少一个第二时隙，用于不利的用户设备装置的数据的传输。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于在无线传输系统中由基站接收数据的方法。在基站处接收从用户设备装置源发的数据流。该数据流包含多个帧，例如在多载波传输系统中，数据流包含物理资源块形式的子载波集合。帧结构包括至少一个常规帧和至少一个预留帧。在一个步骤中，确定所接收的数据流在从具有不利传输状况的设备源发的预留帧中是否包含数据。如果接收的数据流在预留帧中包含数据，则预留帧中的数据被处理。在预留帧中接收到的数据的处理可以类似于处理任何其他数据，或者可以存在特定限制，例如因为预留帧具有另一帧持续时间，或者在预留帧中的误差编码可能是不同的或类似的。

在一个实施例中，用于接收数据的方法进一步接收用户设备装置对接入预留帧的允许的请求。作为响应，如果条件被满足并且对应信息被提交，则准许对使用/接入预留帧的允许。在用户设备装置的确是不利设备的情况下，准许对预留帧的接入的条件被满足。基站假定用户设备装置是不利的设备的状况例如是不成功尝试的次数、从基站接收的测试信号的信号强度、要发送的数据的重要性、用户设备装置的剩余能量水平等。用户设备装置将用于这些状况的其相应值与给定参数作比较，并且本身决定其是否是不利设备。在一个实施例中，当发起小区时或在常规的基础上，通过基站广播对应参数。

根据本发明的一个方面，提出了用于根据上述方法传送数据的设备。该设备包括用于确定不利传输状况的传输状况控制器。此外，该设备包括判定装置，用于在确定了不利传输状况时判定在包括至少一个常规帧和至少一个预留帧的帧结构的预留帧中传送数据。此外，该设备包括用于在预留帧中传送数据的发射机。

根据本发明的一个方面，提出了用于执行上述方法的基站。基站包括用于接收数据流的至少一个接收机。此外，基站包括数据控制器，用于确定接收的数据流在帧结构的预留帧中是否包含数据，该帧结构包括至少一个常规帧和至少一个预留帧。此外，该设备包括用于处理在预留帧中接收到的数据的处理器。

附图说明

现在仅通过示例的方式并且参考附图来描述根据本发明的实施例的装置和方法的一些实施例，在附图中：

图1示出了机器类型通信情形；

图2示出了在示例性机器类型情形中的成功接收的延迟；

图3示出了在示例性机器类型情形中的用于成功接收的重传尝试的数目；

图4示出了包括预留帧的根据本发明的帧结构；

图5示意性示出了本发明的方法。

具体实施方式

说明书和附图仅仅说明本发明的原理。因此，应当理解，本领域的技术人员将能够设计各种布置，尽管没有明确地描述或示出，但是该布置实现本发明的原理并且被包括在其精神和范围内。此外，这里阐述的所有示例主要明确意在是仅用于教学目的，以帮助读者理解发明人对促进现有技术所贡献的发明的原理和概念，并且将被解释为不限于这些具体引用的示例和条件。此外，阐述本发明的原理、各方面和实施例及其具体示例的所有陈述意在包含其等价内容。

图1示出了根据优选实施例的机器类型通信情形，优选实施例包括例如4G无线系统或5G无线系统中的基站10的第一设备以及关联的用户设备装置12、14，例如传感器设备等。术语用户设备装置12、14应当被理解为涵盖传感器网络中的传感器设备、可以在与人类交互或不交互的情况下传送和接收数据的其他已知用户设备装置、如移动电话以及能够传送和接收数据的其他固定安装的或移动通信设备。用户设备装置12、14和基站10位于这些设备的通信距离内，并且经由传输信道16来执行通信，该传输信道16例如是无线传输信道。多载波系统用于基站10和用户设备装置12、14之间的通信，例如利用以传输时间间隔和频率资源的资源分配的OFDM、SC-FDMA或FBMC系统。

在设备分布在特定小区区域(例如，宏或微小区)中的情形下，较大动态范围的接收信号功率由于远近效应而发生。基站10的小区覆盖内的一些用户设备装置被认为是不利的用户设备装置14。由于障碍物18阻挡不利的用户设备装置14和基站10之间的直接无线连接，或者因为不利的用户设备装置14在无线小区边缘处相对远离基站，所以这些用户设备装置14在不需要很多重传的情况下难于传送数据。

图2公开了示出特定百分比的不利用户设备装置14，即20％具有大量重传的示例性情形的模拟。这导致了对成功接收的大的延迟，这在图3中公开。这些不利用户设备装置14难以得到对系统的公平接入。该原因是，例如来自利用真实信道估计的、真实多分组接收的非理想干扰消除的残余干扰。如果接收机使用连续干扰消除(SIC)，则当从叠加的接收信号抵消具有强接收信号的设备时，残余信号中的误差发生。这是由于信道知识的不准确而导致的。在SIC中，最弱的设备最后被检测。来自先前取消的设备的累积误差增加了分组不被正确解码的概率。

图4公开了用于经由无线通信链路16的在基站10和用户设备装置12、14之间的通信的帧结构，超帧40。帧结构40包括上行链路控制帧42、常规帧44和专用于不利用户设备装置14的预留帧46，其根据它们在小区中的地理位置或者出于任何其他原因难以与基站10进行通信。这些困难可能出现在针对这些用户设备装置14的高误比特率和/或成功完成传输之前的大量重传中。仅不利用户设备装置14被允许接入或至少在接入预留帧46中是优选的。在一个实施例中，还可以在超帧40中提供多个预留帧46。例如，在分时ALOHA CDMA系统中使用图4中公开的超帧40。时隙被定义用于基于随机接入的数据传输，并且用作上行链路控制帧42、常规帧44或预留帧46。在一个实施例中，预留帧46具有比其他帧更长的持续时间，例如，图4中描绘的常规帧的两倍长。

图5图示了用于在使用预留帧46用于不利用户设备装置14的系统中传送数据的方法。在步骤50中，当应当执行通信时，用户设备装置12、14在常规帧44的时隙内向基站10传送其数据和ID。在步骤51中，用户设备装置检查是否从基站10接收到确认(ACK)。如果接收到ACK，则传输完成，并且该方法在步骤52结束。如果没有接收到ACK，则用户设备装置12、14检查迄今进行了多少次尝试来传送数据，并且如果尝试的次数低于预定义的次数，则用户设备装置12、14使不成功的尝试的次数增加1并且返回到步骤50，以便于再次传送数据和ID。该重传可以在前一次尝试之后的预定义的时间或随机定义的时间发生。如果传输尝试的次数超过预定义的次数，则用户设备装置14判定是不利的用户设备装置14。然后，在步骤53中，用于在预留帧46中传输的请求经由上行链路控制帧42被发送到基站。在一个实施例中，传送上行链路控制帧42的上行链路控制信道已经延伸了持续时间，以便于允许来自不利用户设备装置14的有效通信。然后，基站10关于该请求进行判定，并且用户设备装置14在步骤54中从基站10接收用于在预留帧46中发送数据的确认。在一个实施例中，通过用于不利用户设备装置14的可选额外配置来传送该确认。这里可以使用下行链路控制信道。在步骤55中，用户不利用户设备装置14在预留帧46中传送其数据。

在一个实施例中，请求在预留帧46中的传输的步骤53和用于接收针对预留帧46中的传输的确认的步骤54被省略。替代地，其传输尝试超过预定义的次数的不利用户设备装置14接入预留帧46，而没有对基站的特殊上行链路请求。替代地，其重复接收关于预留帧46通信的信息，或者使该信息被存储。该控制信息可以包含但不限于预定义次数的失败尝试，直到机器可以接入预留帧46、以及用于接入预留帧46的其他配置，诸如竞争概率和最大重传。在步骤56中评估该信息，并且然后不利用户设备装置14在步骤55中刚好在预留帧46中发送数据。因此，减少了通过网络传送的控制信息。

在一个实施例中，使用多载波CDMA，并且子载波集合(物理资源块)被保留用于不利用户设备装置14。频带的其余部分可以由其他用户设备装置12使用，其不必是机器对机器通信设备。不同码和子载波可以用于预留帧46。

尽管在现有技术中多载波CDMA可以被理解为在OFDM资源元素上附加扩展的OFDM，但是在本公开的范围内，表述多载波CDMA被更一般地解释，例如作为CDMA/扩展与任何类型的多载波调制信号格式的组合，如FBMC(基于滤波器组的多载波)或IOTA-OFDM。

附图中示出的各种元素的功能、包括任何功能块可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，该功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或由多个独立处理器来提供，其中一些可以被共享。此外，在没有限制的情况下，该功能可以由数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储来提供。还可以包括其他常规和/或定制的硬件。

Claims (13)

1.一种在用户设备装置中实施的用于在帧结构(40)中的基于随机接入的传输的方法，所述帧结构(40)包括物理资源块，所述方法包括下述步骤：

-在所述用户设备装置中确定(51)不利的传输状况，

-如果由所述用户设备装置确定没有不利的传输状况，则在所述帧结构(40)内的第一物理资源块集合中传送(50)，以及

-如果由所述用户设备装置确定了不利的传输状况，则在所述帧结构(40)内的第二物理资源块集合中传送(55)；

其中所述第二资源块集合比所述第一物理资源块集合更长。

2.根据权利要求1所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中如果从基站接收的信号低于阈值，则确定不利的传输状况。

3.根据权利要求1所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中如果已经进行了多次不成功的传输尝试，则确定(51)不利的传输状况。

4.根据权利要求1所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中用于确定不利的传输状况的参数被广播。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中所述第二资源块集合具有比所述第一资源块集合更低的误分组率。

6.根据权利要求1至4中的一项所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中多载波传输系统被使用。

7.根据权利要求1至4中的一项所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中用于基于随机接入的传输的协议被使用，并且至少一个第一时隙被提供用于在所述第一物理资源块集合中非不利的用户设备装置(12)的传输，并且至少一个第二时隙被提供用于在所述第二物理资源块集合中不利的用户设备装置(14)的传输。

8.一种用于基于随机接入的传输的用户设备装置，包括：

-传输状况控制器，用于确定不利的传输状况；

-判定部件，用于如果确定了不利的传输状况，则判定在包括物理资源块的帧结构(40)的第一物理资源块集合中传送数据，以及

-发射机，用于在第二物理资源块集合中的基于随机接入的传输；

其中所述第二物理资源块集合比所述第一物理资源块集合更长。

9.根据权利要求7所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中时隙被定义用于基于随机接入的数据传输，并且被用作上行链路控制帧(42)、常规帧(44)或者预留帧(46)。

10.根据权利要求1所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中所述第二资源块集合被保留用于不利的用户设备装置。

11.根据权利要求2所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中不利的传输状况基于估计服务小区的接收功率水平和/或邻居小区的接收功率水平而被确定。

12.根据权利要求1所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中所述第二资源块集合具有比所述第一物理资源块集合更长的持续时间。

13.根据权利要求1所述的用于基于随机接入的传输的方法，其中所述第二资源块集合是所述第一物理资源块集合的两倍长。