CN113498169A - 有反馈信息的控制信道传送小数据包的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有反馈信息的控制信道传送小数据包的方法和系统，涉及无线通信系统，特别涉及4G LTE/5G NR物理下行控制信道传输小型数据包的技术领域。在4G时代，由于主要考虑的业务为互联网业务，对大数据量业务承载进行了优化，对小微型数据包的支持未作过多考虑，使用至少一个PRB资源进行传输，造成了一定的资源浪费，进入5G时代，面向工业控制和物联网的URLLC和mMTC业务的数据量可能主要均为小微型数据包，但由于潜在数量巨大，需要对此类场景进行优化。在本发明中，将小型数据包和相应控制信息置入PDCCH信道传输，并描述了对传输反馈信息及对应处理的处理方法，进一步提高了准确传输的性能，并节省了系统资源。

Description

有反馈信息的控制信道传送小数据包的方法和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及利用LTE/NR物理下行控制信道传输小型数据包的方法和系统。

背景技术

LTE(长期演进，Long Term Evolution)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，是由3GPP标准组织开发的最为成功的4G标准体系。LTE采用OFDM(正交频分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和MIMO(多输入多输出，Multiple-Input Multiple-Out-put)作为其无线网络演进的唯一标准。LTE在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量，并降低了系统延迟。

5G NR(新无线，New Radio)是3GPP开发的新一代标准体系，核心网采用了NFV(网络功能虚拟化，Network Functions Virtualization)和SDN(软件定义网络，SoftwareDefined Network)等技术，接入网采用了100MHz的基本带宽，大规模天线阵列以及毫米波等技术，从而为新的业务类型提供了三大类基础业务能力，可以达到Gbps级别的eMBB(Enhanced mobile broadband)，端到端10ms传输时延(接入网1ms)的URLLC(Ultra-reliable and low latency communication)，以及面向一百万设备每平方公里的海量物联网mMTC(Massive machine type communication)。

由于3GPP 4G/5G标准体系一脉相承，很多技术内容原理类似，为方便起见，除特别说明外，本发明均采用LTE术语进行描述，如基站使用eNB，终端使用UE，其演进技术同理延伸，在本发明所述的LTE系统包含了3GPP的后续演进版本如LTE-A/5G NR等。

LTE的下行方向采用了正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)，其中，LTE的1个无线帧包含10个子帧(subframe)、20个时隙(slot)，每个下行时隙又分为若干个OFDM符号，根据CP的长度不同，包含的OFDM符号的数量也不同。当使用常规CP时，一个下行时隙包含7个OFDM符号；当使用扩展CP时，一个下行时隙包含6个OFDM符号。在这个时频资源块中，一个资源单元(RE，Resource Element)是一个符号和一条子载波定义的资源，一个资源块(RB/PRB，Resource Block/Phsical Resource Block)是12条子载波和一个下行时隙所占据的时频资源。LTE的帧结构和包含的资源块定义根据不同的场景和配置会有不同的变化，在图1中描述了一种可能的例子，本发明所描述的方法在各种其他可能的结构配置中均可适用，不局限于图1的描述。

LTE所定义的完成不同功能的各种物理信道均以约定的方式，映射到帧结构内的资源单元的集合上。

在本发明中主要用到的LTE功能定义主要包括：

1)DCI(下行控制信息，Downlink Control Information)，

LTE系统中，为了适用不同的传输环境和需求，设计了多种DCI格式，来为对应的UE配置合适的传输方案，在DCI的信息里显式或隐含的包括了为该用户所选定的传输参数，例如该用户的资源分配，调制/编码方式选择等信息。

在不同的传输模式和带宽下，DCI会有不同的比特数目，在表1中列举了DCI格式1A的部分信息作为例子，完整信息在3GPP TS36.212可以查到：

表1

2)PDCCH(物理下行控制信道，Physical Downlink control channel)：

PDCCH中承载的是DCI，包含一个或多个UE上的资源分配和其他的控制信息。在LTE中上下行的资源调度信息如MCS(调制编码方式，Modulation and coding scheme)，资源分配信息都是由PDCCH来承载的。一般来说，在一个子帧内，可以有多个PDCCH。

在LTE系统中，为了有效的配置PDCCH和其他下行控制信道，定义了两个专用的控制信道资源单位，资源单元组(REG，RE Group)和控制信道粒子(CCE，Control ChannelElement)；其中，一个REG由四个频域上相邻的4个子载波组成，而一个CCE由若干REG构成，一个PDCCH又由若干个CCE构成，在这里存在多种不同的PDCCH格式选择映射到CCE/REG，在表2中列举了PDCCH格式0-3的参数。

PDCCH格式	包含的CCE数目	包含的REG数目	包含的PDCCH比特
				0	1	9	72
1	2	18	144
				2	4	36	288
3	8	72	576

表2

同样的DCI，通过不同的PDCCH格式的选择可以达到不同的传输可靠性，不同的PDCCH格式称之为不同的聚合度。

DCI的传输有内置的基于RNTI的CRC校验码，可能承载于不同的候选PDCCH上(不同的候选PDCCH具有不同的CCE/REG位置，或不同的聚合度)，按eNB和UE预定规则选出的一组候选PDCCH集合构成一个搜索空间(search space)，一个UE可以配置有多个不同用途的搜索空间。

UE在接收下行数据时，需要对预定搜索空间的的所有可能候选PDCCH做DCI接收检测，无论候选PDCCH是否真正包含有DCI，如果得到满足CRC校验规则的DCI，则进一步按DCI的信息去解码PDSCH。这个终端检测DCI的过程称之为PDCCH盲检。

3)PDSCH(物理下行共享信道，Physical Downlink shared channel)

用于承载UE的数据，其解码所需的控制信息由DCI承载。PDSCH传输也内置有CRC校验规则，用于校验解码是否成功。

4)PUCCH(物理上行控制信道，Physical Uplink control channel)主要用于传输UCI(上行控制信息Uplink Control Information)以支持上下行数据传输，UCI主要的控制信息包括：

SR(Scheduling Request)，用于向eNB请求上行信道资源；

HARQ ACK/NACK，对在PDSCH上发送的下行数据解码结果进行确认，在本发明中主要利用此项信息；

CSI(Channel State Information)，包括CQI(Channel Quality Indicator；信道质量指示)、PMI(Precoding Matrix Indicator；预编码矩阵指示)、RI(rank indication；秩指示)等信息，用于告诉eNB下行信道的质量等，以协助eNB进行下行调度。

5)RNTI(无线网络临时标识Radio Network Tempory Identity)，

RNTI用来区分PDCCH上承载的信息的用途，

在标准中定义了一系列RNTI值，

(1)SI-RNTI：系统消息；(2)P-RNTI：寻呼；(3)RA-RNTI：标示用户发随机接入前导所使用的资源块；(4)C-RNTI：用户业务；(5)TPC-PUCCH-RNTI：PUCCH上行功控信息；(6)TPC-PUSCH-RNTI：PUSCH上行功控信息；(7)SPS C-RNTI的用法和C-RNTI是一样的，只是使用半静态调度的时候才用。

表3中描述3GPP系统对RNTI值的分配，来自3GPP TS36.321 7.1节

表3

一种RNTI是在标准中已经定义好，所有的UE都需要监控，通常用于特定功能，例如P-RNTI是FFFE，SI-RNTI是FFFF，当UE检测到这两个RNTI值的时候就知道上面承载的信息为用于寻呼的信令或者为高层的SIB(系统信息块，System Information Block)信令，另外一种是动态分配，例如每个UE会在接入的过程中被分配一个唯一的C-RNTI，(小区无线网络临时标识，Cell Radio Network Temporary Identifier)当UE检测到和自身C-RNTI匹配的RNTI值的时候，就知道上面的信息是属于自己的。

基于不同的RNTI值进行衍生计算，可以形成不同的功能，如生成不同UE扰码序列，或者在搜索空间中定位不同的PDCCH位置，可以有效的区分不同的数据块功能或者区分UE数据。

LTE(NR)的传输模式有多种，不过其最基本的下行动态分配资源传输过程原理基本维持不变，如图2所述，

步骤201：eNB将DCI(下行控制信息，Downlink Control Information)放置入PDCCH信道中，

步骤202：eNB将UE的数据按DCI的信息放置入PDSCH信道中，

形成的数据经过物理层处理经空口发送后由UE接收，

步骤203：UE经过PDCCH盲检获得DCI信息，

步骤204：UE通过DCI信息去解码相应PDSCH并进行校验，

步骤205：UE通过PUCCH反馈PDSCH是否解码成功。

步骤206：eNB检测PUCCH，得到ACK/NACK信号，用于确定PDSCH传输是否成功，决定是重传当前数据还是可以传输新的数据。

在4G时代，由于主要考虑的业务为互联网业务，对大数据量业务承载进行了优化，对小微型数据包的支持未作过多考虑，传输时均填充入1个PRB中进行传输，造成了一定的资源浪费，进入5G时代，面向工业控制和物联网的URLLC和mMTC业务的数据量可能主要均为小微型数据包，在ITU发布的“Minimum requirements related to technicalperformance for IMT-2020 radio interface(s)”中，典型的URLLC测试数据包长为20bytes加冗余，较大的测试数据包长也只为100bytes.在3GPP会议文稿R1-1910073“Enhancements on multi-TRP/panel transmission”中指出，URLLC的典型TB(TransportBlock，传输块)通常非常小，例如32bytes.对于类型更加广泛的物联网业务，mMTC可能会支持更小的数据包，如工业控制命令。

在专利ZL201510037130.7和ZL201510037151.9中，公开了在PDCCH(物理下行控制信道，Physical Downlink Control Channel)中直接承载小型用户数据包的技术，将小微型数据直接封装入DCI中进行传输，这种方法对于可以应用的情况有以下独特优势：

1，快速可靠，用一步PDCCH处理得到数据相比传统的PDCCH/PDSCH两步处理，明显处理时延减少，可靠性提高。

2，支持用户数上升，随着技术的发展，帧中的控制信道部分和数据信道部分不再固定区分，可以通过配置调整资源分配(如LTE的ePDCCH技术)，同时PDCCH占据的RE资源明显少于PRB，为支持大量的小微数据包提供了便利。

3，实现简单并且省电，由于充分利用了盲检PDCCH导致的处理能力浪费，没有过多的额外处理，同时复杂且耗电的PDSCH处理电路可以不再使用。

4，提高频谱利用率，将小微数据变更承载于DCI中，可以释放相应的PRB用于eMBBUE，从而提高了资源的利用率。

由于上述专利主要利用了PDCCH的传输可靠性相对比较高的特性，并主要考虑对误码率无过高要求的实时性业务，未对检测错误等情况做过多考虑，因此在本发明中，增加了对传输反馈信息及对应处理的处理方法，进一步提高了准确传输的性能。

发明内容

本发明提供了一种有反馈信息的利用LTE/NR物理下行控制信道传输小型数据包的方法和系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种有反馈信息的利用LTE/NR物理下行控制信道传输小型数据包的方法，如图3所示，所述方法包括：

步骤301，eNB将用户数据和控制信息置入DCI，并通过PDCCH传输，

所述的控制信息包括NDI(New Data Indicator，新数据指示)用于表示本次传输数据是新的用户数据(NDI比特翻转)还是因为检测到传输失败而重传的用户数据(NDI比特维持)；

在多个DCI组合承载UE数据的情况下，还可能包含DCI的排序信息/UE整体数据的校验信息。

步骤302，UE盲检测PDCCH得到用户数据，并通过PUCCH反馈解码反馈信息，

PUCCH的资源信息(时间位置，频域位置)可以是通过PDCCH的位置而推算得到的上行资源信息，也可以是通过配置而得到的上行资源信息，PUCCH资源可以是分别对应多个PDCCH传输的反馈信息，也可以对应多个PDCCH传输的合并反馈信息；

步骤303，eNB检测PUCCH，通过得到的解码反馈信息决定下一步传输的UE数据；

如果得到本次数据传输的成功ACK消息，则本次数据传输结束，安排新的数据传输，否则，安排本次传输数据的重新传输。

本发明还公开了一种有反馈信息的利用LTE/NR物理下行控制信道传输小型数据包的系统，如图4所示，所述系统包括：

终端，基站。

基站包括：

模块401，PDCCH用户数据传输模块，用于将用户数据和控制信息NDI置入DCI，并通过PDCCH经空口传输，由模块402接收；

模块404，PUCCH检测模块，用于检测接收终端反馈的用户数据接收是否成功的信息，并将所述信息送给模块401用于下一步的数据处理；

终端包括：

模块402，PDCCH用户数据检测模块，用于检测接收DCI，如果用户数据接收成功(通过CRC校验)，则将数据送往高层，并将成功信息ACK送给模块403，否则，将失败信息NACK送给模块403，等待重传数据；

模块403，PUCCH发送模块，将用户解码成败信息通过PUCCH信道经空口发送，由模块404接收。

附图说明

图1是LTE的帧结构示意图；

图2是LTE PDSCH传输示意图；

图3是本发明的流程图；

图4是本发明的系统结构图；

图5是本发明一个DCI传输用户数据的实施例示意图；

图6是本发明多个DCI组合传输一个用户数据包的实施例示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

图5是本发明一个用户数据映射进入一个DCI进行传输并含有传输差错处理的实施例；如图5所述，

基站侧步骤：

步骤501，eNB将NDI比特和用户数据封装进入DCI通过PDCCH进行传输，

并在指定PUCCH资源处等待检测ACK信号，

指定的PUCCH资源可以通过和PDCCH固定对应配置的方法获得，例如可以配置PDCCH传输子帧后的第M个上行子帧的第N个符号的第K个RE(K对应PDCCH的CCE序号)为对应PUCCH反馈资源，M/N/K可以为预先规定值，也可以通过高层可配置的方式获得，即M/N/K等参数可以通过参数配置调整，UE在成功检测到数据的情况下，需要在指定PUCCH资源反馈ACK信号。

基站如果检测到ACK信号，则进入步骤502，

基站如果没有检测到ACK信号，则存在两种可能性：情况1，UE没有检测到对应DCI，情况2，UE反馈ACK，但基站没有检测到；

无论哪种情况，基站都视为收到NACK信号，重新发送原有数据，NDI比特维持不变。

步骤502，在收到ACK信号表示UE接收数据成功的情况下，准备新的数据传输，并将和数据同传的NDI比特进行翻转，0变成1，1变成0，用于终端判断接收到的数据是新的数据。

终端侧处理：

步骤503，UE盲检PDCCH，

如果没有成功检测到DCI，那么可能是基站没有发送DCI，无需处理，也可能是基站发送但UE没有检测到(情况1)，也无需处理，等待基站重新发送数据，

在成功检测的情况下获得NDI和用户数据，UE需要对比接收到的NDI和上次成功传输的NDI是否翻转，

如果翻转，则说明是新数据，进入步骤504，

如果相同，则说明是重传数据，是上次成功传输的ACK信号基站没有接收到(情况2)，则进入步骤505；

步骤504，新数据发送给高层，存储NDI用于下次接收时新数据块对比，并通过PUCCH反馈ACK；

步骤505，数据已经给高层发送过，只需通过PUCCH反馈ACK，无需更多处理。

在本发明中，所述用户数据包括用户业务数据以及其可能的变化形式(如经过媒体接入控制MAC等高层的协议处理后的数据，可以反向推出用户业务数据即可)。

因为UE通过PDCCH盲检具有并行多个DCI信息能力，如果各DCI的UE对应用户数据是独立信息，可以按上述图5方式各DCI独立进行传输，UE从从各个DCI中检测提取UE数据，通过一次盲检过程得到多个独立的用户数据；

如果通过组合DCI来承载一个较大数据包，如图6所示，

图6是本发明一个用户数据映射进入多个DCI进行整体传输的实施例，在这种情况下接收端需要处理多个并行传输分包的组合排序；

一个UE数据包由4个DCI承载，每个DCI除了有业务数据信息比特和NDI指示比特外，还包括了2比特排序比特(00，01，10，11)用于DCI排序，在最后一个DCI处部分数据负载设置了UE数据整体的CRC校验码(每个DCI有各自独立的校验码)，那么各DCI独立传输后，其反馈方式及处理可能有不同的方式，如

1，各DCI独立传输，各自配置有PUCCH资源，终端对所有DCI传输独立反馈ACK信息，并且终端在UE数据整体CRC校验成功后通过独立配置的一个PUCCH资源反馈一个整体ACK；例如，0/1/3DCI均成功接收(通过DCI自身CRC校验)，反馈0/1/3ACK，那么eNB会维持NDI比特重传DCI2，直到收到DCI2的ACK；UE在另外的一个独立设置PUCCH资源反馈整体校验ACK。

2，UE配置一个PUCCH资源反馈整体校验通过ACK，只有在UE数据整体CRC校验通过并反馈一个整体ACK时，eNB才翻转所有的NDI，传输下一个新数据，当成功接收到部分DCI但UE数据整体数据校验不通过时，反馈NACK，或eNB没有在对应PUCCH资源接收到ACK/NACK时，eNB重传所有DCI数据；例如，DCI 0/1/3均成功接收(通过DCI自身CRC校验)，但DCI2没有收到导致整体校验不通过，UE在设置PUCCH资源反馈NACK，

或者UE所有DCI都没收到，导致PUCCH资源上无反馈，则eNB在PUCCH资源没有收到ACK确认消息后重传所有DCI。

以上描述主要利用和PDCCH有明确时延关系的PUCCH资源进行反馈，如业务要求可以容许较大时延，UE也可以使用高层数据(如MAC/RRC控制信令)方式进行数据接收是否成功的反馈，eNB可以以相应较大的时间间隔接收高层反馈信息并安排数据传输(包括重传)。

本发明还公开了一种有反馈信息的利用LTE/NR物理下行控制信道传输小型数据包的系统，如图4所示，所述系统包括：

终端，基站。

基站包括：

模块401，PDCCH用户数据传输模块，用于将用户数据和控制信息NDI置入DCI，并通过PDCCH经空口传输，由模块402接收；

模块404，PUCCH检测模块，用于检测接收终端反馈的用户数据接收是否成功的信息，并将所述信息送给模块401用于下一步的数据处理；

终端包括：

模块402，PDCCH用户数据检测模块，用于检测接收DCI，如果用户数据接收成功(通过CRC校验)，则将数据送往高层，并将成功信息ACK送给模块403，否则，将失败信息NACK送给模块403，等待重传数据；

模块403，PUCCH发送模块，将用户解码成败信息通过PUCCH信道经空口发送，由模块404接收。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.有反馈信息的利用LTE/NR物理下行控制信道传输数据传输块的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤301，eNB将用户数据和控制信息置入DCI，并通过PDCCH传输；

步骤302，UE盲检测PDCCH得到用户数据，并通过PUCCH反馈解码反馈信息；

步骤303，eNB检测PUCCH，通过得到的解码反馈信息决定下一步传输的UE数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，DCI中同时包含用户数据和控制信息，控制信息包括指示是否是新数据块的比特NDI，也可以包括对DCI数据进行排序的比特。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，UE从PDCCH中成功获得承载用户数据的DCI后，要通过PUCCH反馈ACK信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，eNB在指定PUCCH资源得到ACK反馈信息后，可以接着对UE传输新数据，NDI比特翻转。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，eNB在指定PUCCH资源得到NACK反馈信息或者无反馈信息的情况下，要对UE重传原有数据，NDI比特维持不变。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，eNB在多个DCI承载一个UE数据时，可利用排序比特对多个DCI数据进行排序重组数据包。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当多个DCI承载一个UE数据的时，eNB可以对UE数据整体设置CRC校验码，UE在反馈的时候，可以使用多个PUCCH资源分别反馈ACK信息，也可以用一个PUCCH资源反馈一个UE数据整体的ACK信息。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，PUCCH资源的时频位置可以相对于传输用户数据的PDCCH时频位置进行设置，可以是固定映射的对应位置设置，也可以是通过高层配置可以改变的可配置设置。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于延时不敏感的业务，对于在PDCCH中传输的用户数据的确认信息，终端可以用高层信令反馈方式代替PUCCH反馈方式。

10.有反馈信息的利用LTE/NR物理下行控制信道传输数据传输块的系统，所述系统包括：

终端，基站；

基站包括：

模块401，PDCCH用户数据传输模块，用于将用户数据和控制信息NDI置入DCI，并通过PDCCH经空口传输，由模块402接收；

模块404，PUCCH检测模块，用于检测接收终端反馈的用户数据接收是否成功的信息，并将所述信息送给模块401用于下一步的数据处理；

终端包括：

模块402，PDCCH用户数据检测模块，用于检测接收DCI，如果用户数据接收成功(通过CRC校验)，则将数据送往高层，并将成功信息ACK送给模块403，否则，将失败信息NACK送给模块403，等待重传数据；

模块403，PUCCH发送模块，将用户解码成败信息通过PUCCH信道经空口发送，由模块404接收。

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