CN110381538B - 广播网络和蜂窝网络协同传输方法及系统 - Google Patents

广播网络和蜂窝网络协同传输方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种通信技术领域内的广播网络和蜂窝网络协同传输方法，包括广播基站通过广播网络向移动终端和蜂窝基站广播发送数据流；当移动终端接收数据流后，通过外码误码校验(CRC校验)判断信息正确与否，如果错误向蜂窝基站反馈重传请求；蜂窝基站收到反馈后，通过蜂窝网络以单播的方式发送修复数据包；再由移动终端重组后完成解码。同时本发明还提供了这种方法对应的系统，系统包括广播服务器、蜂窝服务器和移动终端装置。应用本发明，能够在广播接收的基础上，通过与蜂窝网络的协同传输，提升了混合型网络中传输容量,增加了覆盖范围。

Description

广播网络和蜂窝网络协同传输方法及系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种协同传输方法和系统，尤其涉及一种广播网络和蜂窝网络的协同传输方法和系统。
背景技术
随着社会发展，科学技术进步，通信技术作为传播和获取信息的重要途径，在信息化进程中扮演重要的角色，人们对通信质量、数据传输速率等当面的需求也不断提高，但是无线通信网络一直以来受到信道容量和频谱资源之间的约束。如何在这样的一个需求和供应约束之间的矛盾下取得突破，成了无线通信领域的巨大技术挑战。
在现有的无线通信网络中，有以广播方式提供服务的广播网络，如欧洲的数字视频广播(Digital Video Broadcasting，DVB)网络。同时，随着移动通信的发展，蜂窝网络的传输能力大幅度提升，使得移动蜂窝网络也有能力支持数据服务，如4G长期演进(LongTerm Evolution，LTE)标准中的多媒体广播组播业务(Multimedia Broadcast MulticastService，MBMS)和5G新空口(New Radio，NR)标准中的enTV。
传统广播网络通过高功率高塔(High Power High Tower，HPHT)广播发送信号，具有覆盖范围广，频谱利用率高的优势，但是不具有用户反馈和交互的能力。因此它通常使用传统的纠错方法，比如FEC纠错编码技术来降低误码率(Bit Error Rate，BER)，但是任何强大的FEC编码也不能保证码流100％正确接收。而传统的蜂窝网络通过低功率低塔(LowPower Low Tower，LPLT)以单播形式发送信号，蜂窝网络的单播资源十分宝贵，用其提供大面积的多媒体广播业务会造成较高的资源消耗。因此如何通过广播网络和蜂窝网络的协同传输来提升广播业务的覆盖率的同时也提升抗误码性能，实现网络资源利用率的最大化，是本申请尝试解决的技术问题。
经现有技术检索发现，中国发明专利公开号为CN102625450A，发明名称为一种蜂窝网络中基站资源的调度方法，解决蜂窝网络中基站资源使用效率较低的问题，包括如下步骤：A、用户站对来自于蜂窝网络的邻近中继站信号强度进行观测和测量；B、用户站向相应基站发出容量分配请求；C、采用自适应传输方法提高带宽利用率；D、设置用户连接状态自适应切换控制器。该发明在抗误码性能以及覆盖率方面的效果均不佳。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种广播网络和蜂窝网络协同传输方法及系统。
根据本发明提供的一种广播网络和蜂窝网络协同传输的方法，包括如下步骤；
S1，广播基站通过广播网络向移动终端和蜂窝基站广播发送数据流；
S2，移动终端接收数据流后解码，对解码后的数据写入缓冲区缓冲并进行外码误码校验，暂时保留错误数据；
S3，移动终端根据校验结果通过反馈信道向蜂窝基站反馈NACK重传请求和需要重传数据的标记位置；
S4，蜂窝基站收到反馈后，通过蜂窝网络发送修复数据包；
S5,移动终端接收修复数据包，重新解码，将数据包写入缓冲区中对应位置。
一些实施方式中，步骤S1中广播基站通过专用控制信道向移动终端发送数据的调度信息。
一些实施方式中，所述步骤S2中移动终端将数据按照IP数据包的时间戳重组排列成应用帧，并将应用帧写入缓冲区内缓冲。
一些实施方式中，所述步骤S2中移动终端根据数据流外码误码校验结果对误码数据包进行标记，并根据校验结果决定缓冲区内需重传的数据包。
一些实施方式中，所述缓冲区的缓冲时间影响因素包括移动终端和蜂窝基站双向通信的数据往返时间、移动终端数据处理时间以及时延。
一些实施方式中，所述步骤S3中，当重传需要的移动终端和蜂窝基站双向通信往返时间小于数据将要呈现给用户的时间时，则移动终端向蜂窝基站发送NACK重传请求；当重传需要的移动终端和蜂窝基站双向通信往返时间大于数据将要呈现给用户的时间时，则确定该数据包传输错误并丢弃该包。
一些实施方式中，所述步骤S4中，所述修复数据包通过蜂窝网络下行链路以单播的方式发送给移动终端。
一些实施方式中，所述步骤S5中，移动终端将所述步骤S2中暂时保留的错误数据与修复数据包解码后数据中的校验位数加权组合，若可通过前相纠错正确译码，则写入缓冲区中对应位置；若无法通过前相纠错正确译码，则放弃错误数据，直接将重传的修复数据包解码并写入缓冲区中对应位置。
一种广播网络和蜂窝网络协同传输系统，包括：
广播服务器，通过广播网络把数据以广播方式发送给移动终端装置；
蜂窝服务器，接收广播网络广播发送的数据，同时响应移动终端装置发来的NACK重传请求，并把修复数据以单播方式发送给移动终端装置；
移动终端装置，接收广播网络广播发送的数据，通过CRC校验确定需要重传的数据，并向蜂窝服务器发送NACK重传请求，接收蜂窝网络单播发送的数据，通过组合进行译码再呈现给用户。
一些实施方式中，所述移动终端装置进一步包括：
数据流获取模块，接收获取广播发送数据流；
外码校验模块，对译码数据流进行校验；
数据帧重组模块，把接收解码后的数据流按照IP数据包时间戳重组成数据帧，并根据外码校验结果对错误数据包进行标记；
数据帧缓冲模块，将数据帧写入缓冲模块中缓冲；
前向纠错(FEC)译码模块，将接收到的数据进行前向纠错译码；
NACK请求发送模块，向蜂窝基站发送NACK重传请求，并把需要重传数据的位置告知蜂窝基站；
重传数据包接收模块，接收来自蜂窝基站以单播方式向移动终端发送的数据包；
组合解码模块，将修复数据包按照规则组合，写入数据帧缓冲模块中的对应位置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过移动终端根据接收到的广播数据流的错误情况，向移动蜂窝基站请求重传，并把单播重传的修复数据与原数据结合，组合译码。
2、本发明在移动终端接收过程中加入了缓冲延迟，在误码时向移动蜂窝基站请求重传的延迟机制，用延迟换取高抗误码性能，降低了对物理层BER性能的要求，也降低了单以FEC纠错编码来降低BER所带来的额外带宽开销。
3、本发明应用广播网络和蜂窝网络协同传输的方法，还可以在单一广播通道信号衰减情况下，从蜂窝基站通信信道中获取数据，保证移动终端接收信号能够正常播放。
附图说明
通过阅读参照以下附图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明显：
图1是本发明中广播网络和蜂窝网络的基站覆盖范围和无线传输示意图；
图2是本发明实施例一的主要网元间信令流程示意图；
图3是本发明实施例二的主要网元间信令流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明中广播网络和蜂窝网络的基站覆盖范围和无线传输示意图如图1所示，广播基站通过广播网络向移动终端和蜂窝通信基站广播发送数据流，当蜂窝基站收到移动终端接收质量差，部分内容请求重传的反馈后，通过蜂窝网络将蜂窝基站接收的广播信号重新发送。
下面通过具体实例对本发明技术方案进行进一步详细说明。
实施例1
图2为本实施例的主要网元间的信令流程示意图，具体包括：
步骤S201：广播基站通过专用控制信道向移动终端发送数据的调度信息，蜂窝基站通过专用控制信道向移动终端发送重传请求信息。
在本实施例中，通过蜂窝网络专用控制信道发送的重传请求信息包括重传数据的资源信息和用于重传数据的反馈信道资源信息。
广播网络发送的调度信息和蜂窝网络发送的重传请求信息必须按照规律周期重复发送，使得移动终端能够接收享受数据业务。在本实施例中，基站按照规则时间间隔重复发送这些控制信息。
步骤S202：广播网络将数据流通过广播的方式发送到其覆盖区域的所有移动终端和蜂窝基站。
蜂窝基站接收数据流后，将数据流解码，并按照IP数据包的时间戳组合排列成数据帧，然后等待移动终端的反馈，根据反馈判断打包修复数据包。
步骤S203：移动终端接收广播数据流后，进行解码与CRC校验，并将数据重组成帧，写入缓冲区缓冲。
本实施例中，缓冲时间长度是根据具体实现的要求而定的，决定因素通常有移动终端和蜂窝基站之间双向通信的时间、移动终端数据处理时间及时延等因素。
步骤S204：根据CRC校验结果，标记错误数据包。若无误码，或者误码请求重传所需要的移动终端和蜂窝基站双向通信往返时间将超过该位置数据在缓冲中距离要呈现给用户的时间，则判断为不需要重传。
步骤S205：移动终端通过反馈信道向蜂窝基站发送不需要重传的ACK反馈信号。
在本实施例中，移动终端通过反馈信道向蜂窝基站发送的不需要重传的ACK反馈信号不是必要的。在反馈信道会对系统产生较大干扰的情况下，可以选择不发送ACK反馈信号。
步骤S206：移动终端对缓冲区中数据FEC译码，用户享受数据业务。
在本实施例中，移动终端首先选择保留CRC校验标记的错误数据，将错误数据和重传数据根据收到的信噪比加权组合，可以同时获得时间分集增益，然后将组合后的数据写入缓存区中的对应位置，完成FEC译码，呈现给用户。若FEC译码无法纠错数据，则直接放弃CEC校验标记的错误数据，将重传数据直接写入缓存区中的对应位置，完成FEC译码，呈现给用户。
实施例2
图3为本实施例的主要网元间的信令流程示意图，具体包括：
步骤S301：广播基站通过专用控制信道向移动终端发送数据的调度信息，蜂窝基站通过专用控制信道向移动终端发送重传请求信息。
在本实施例中，通过蜂窝网络专用控制信道发送的重传请求信息包括重传数据的资源信息和用于重传数据的反馈信道资源信息。
广播网络发送的调度信息和蜂窝网络发送的重传请求信息必须按照规律周期重复发送，使得移动终端能够接收享受数据业务。在本实施例中，基站按照规则时间间隔重复发送这些控制信息。
步骤S302：广播网络将数据流通过广播的方式发送到其覆盖区域的所有移动终端和蜂窝基站。
蜂窝基站接收数据流后，将数据流解码，并按照IP数据包的时间戳组合排列成数据帧，然后等待移动终端的反馈，根据反馈判断打包修复数据包。
步骤S303：移动终端接收广播数据流后，进行解码与CRC校验，并将数据重组成帧，写入缓冲区缓冲。
本实施例中，缓冲时间长度是根据具体实现的要求而定的，决定因素通常有移动终端和蜂窝基站之间双向通信的时间、移动终端数据处理时间及时延等因素。
步骤S304：根据CRC校验结果，标记误码数据包。若有误码，且误码请求重传所需要的移动终端和蜂窝基站双向通信往返时间小于该位置数据将要呈现给用户的时间，则判断为需要重传。
步骤S305：移动终端通过反馈信道向蜂窝基站反馈NACK重传请求。
步骤S305：蜂窝基站通过单播的方式向移动终端发送修复数据包。
修复数据包是通过蜂窝网络下行链路以单播的方式发送给移动终端的。
步骤S306：移动终端接收修复数据包。
步骤S307：移动终端根据一定规则将修复数据与错误数据组合，写入缓存区中对应位置，完成FEC译码。用户享受数据业务。
在本实施例中，移动终端首先选择保留CRC校验标记的错误数据，将错误数据和重传数据根据收到的信噪比加权组合，可以同时获得时间分集增益，然后将组合后的数据写入缓存区中的对应位置，完成FEC译码，呈现给用户。若FEC译码无法纠错数据，则直接放弃CEC校验标记的错误数据，将重传数据直接写入缓存区中的对应位置，完成FEC译码，呈现给用户。
实施例3
本发明基于实施例1与实施例2的基础上，还提供一种广播网络和蜂窝网络协同传输系统，包括：
广播服务器，通过广播网络把数据以广播方式发送给移动终端装置；
蜂窝服务器，接收广播网络广播发送的数据，同时响应移动终端装置发来的NACK重传请求，并把修复数据以单播方式发送给移动终端装置；
移动终端装置，接收广播网络广播发送的数据，通过CRC校验确定需要重传的数据，并向蜂窝服务器发送NACK重传请求，接收蜂窝网络单播发送的数据，通过组合进行译码再呈现给用户。
其中，广播基站通过专用控制信道向移动终端发送数据的调度信息，蜂窝基站通过专用控制信道向移动终端发送重传请求信息，蜂窝基站将修复数据包通过蜂窝网络下行链路以单播方式发送给移动终端。
其中，移动终端装置进一步包括：
数据流获取模块，接收获取广播发送数据流；
外码校验模块，对译码数据流进行校验；
数据帧重组模块，把接收解码后的数据流按照IP数据包时间戳重组成数据帧，并根据外码校验结果对错误数据包进行标记；
数据帧缓冲模块，将数据帧写入缓冲模块中缓冲；
前向纠错(FEC)译码模块，将接收到的数据进行前向纠错译码；
NACK请求发送模块，向蜂窝基站发送NACK重传请求，并把需要重传数据的位置告知蜂窝基站；
重传数据包接收模块，接收来自蜂窝基站以单播方式向移动终端发送的数据包；
组合解码模块，将修复数据包按照规则组合，写入数据帧缓冲模块中的对应位置。
上述广播网络和蜂窝网络协同传输系统中相应装置与模块中的运行方法、原理等与实施例1和实施例2中相一致。
在本实施例中，移动终端首先选择保留CRC校验标记的错误数据，将错误数据和重传数据根据收到的信噪比加权组合，可以同时获得时间分集增益，然后将组合后的数据写入缓存区中的对应位置，完成FEC译码，呈现给用户。若FEC译码无法纠错数据，则直接放弃CEC校验标记的错误数据，将重传数据直接写入缓存区中的对应位置，完成FEC译码，呈现给用户。
综上所述，本发明通过移动终端根据接收到的广播数据流的错误情况，向移动蜂窝基站请求重传，并把单播重传的修复数据与原数据结合，组合译码；本发明在移动终端接收过程中加入了缓冲延迟，在误码时向移动蜂窝基站请求重传的延迟机制，用延迟换取高抗误码性能，降低了对物理层BER性能的要求，也降低了单以FEC纠错编码来降低BER所带来的额外带宽开销；本发明应用广播网络和蜂窝网络协同传输的方法，还可以在单一广播通道信号衰减情况下，从蜂窝基站通信信道中获取数据，保证移动终端接收信号能够正常播放。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

Claims (7)

1.一种广播网络和蜂窝网络协同传输的方法，其特征在于，包括如下步骤；
S1，广播基站通过广播网络向移动终端和蜂窝基站广播发送数据流；
S2，移动终端接收数据流后解码，对解码后的数据写入缓冲区缓冲并进行外码误码校验，暂时保留错误数据；
S3，移动终端根据校验结果通过反馈信道向蜂窝基站反馈NACK重传请求和需要重传数据的标记位置；
S4，蜂窝基站收到反馈后，通过蜂窝网络发送修复数据包；
S5,移动终端接收修复数据包，重新解码，将数据包写入缓冲区中对应位置；
所述步骤S2中移动终端将数据按照IP数据包的时间戳重组排列成应用帧，并将应用帧写入缓冲区内缓冲；
所述步骤S2中移动终端根据数据流外码误码校验结果对误码数据包进行标记，并根据校验结果决定缓冲区内需重传的数据包。
2.根据权利要求1所述的广播网络和蜂窝网络协同传输的方法，其特征在于，
步骤S1中广播基站通过专用控制信道向移动终端发送数据的调度信息。
3.根据权利要求1所述的广播网络和蜂窝网络协同传输的方法，其特征在于，所述缓冲区的缓冲时间影响因素包括移动终端和蜂窝基站双向通信的数据往返时间、移动终端数据处理时间以及时延。
4.根据权利要求1所述的广播网络和蜂窝网络协同传输的方法，其特征在于，所述步骤S3中，当重传需要的移动终端和蜂窝基站双向通信往返时间小于数据将要呈现给用户的时间时，则移动终端向蜂窝基站发送NACK重传请求；当重传需要的移动终端和蜂窝基站双向通信往返时间大于数据将要呈现给用户的时间时，则确定该数据包传输错误并丢弃该包。
5.根据权利要求1所述的广播网络和蜂窝网络协同传输的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述修复数据包通过蜂窝网络下行链路以单播的方式发送给移动终端。
6.根据权利要求1所述的广播网络和蜂窝网络协同传输的方法，其特征在于，所述步骤S5中，移动终端将所述步骤S2中暂时保留的错误数据与修复数据包解码后数据中的校验位数加权组合，若可通过前相纠错正确译码，则写入缓冲区中对应位置；若无法通过前相纠错正确译码，则放弃错误数据，直接将重传的修复数据包解码并写入缓冲区中对应位置。
7.一种广播网络和蜂窝网络协同传输系统，其特征在于，包括：
广播服务器，通过广播网络把数据以广播方式发送给移动终端装置；
蜂窝服务器，接收广播网络广播发送的数据，同时响应移动终端装置发来的NACK重传请求，并把修复数据以单播方式发送给移动终端装置；
移动终端装置，接收广播网络广播发送的数据，通过CRC校验确定需要重传的数据，并向蜂窝服务器发送NACK重传请求，接收蜂窝网络单播发送的数据，通过组合进行译码再呈现给用户；
所述移动终端装置进一步包括：
数据流获取模块，接收获取广播发送数据流；
外码校验模块，对译码数据流进行校验；
数据帧重组模块，把接收解码后的数据流按照IP数据包时间戳重组成数据帧，并根据外码校验结果对错误数据包进行标记；
数据帧缓冲模块，将数据帧写入缓冲模块中缓冲；
前向纠错(FEC)译码模块，将接收到的数据进行前向纠错译码；
NACK请求发送模块，向蜂窝基站发送NACK重传请求，并把需要重传数据的位置告知蜂窝基站；
重传数据包接收模块，接收来自蜂窝基站以单播方式向移动终端发送的数据包；
组合解码模块，将修复数据包按照规则组合，写入数据帧缓冲模块中的对应位置。
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