CN116193596A - 一种宽窄带融合的5g通信协议栈设计方法及其系统 - Google Patents

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CN116193596A CN202310186813.3A CN202310186813A CN116193596A CN 116193596 A CN116193596 A CN 116193596A CN 202310186813 A CN202310186813 A CN 202310186813A CN 116193596 A CN116193596 A CN 116193596A
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Abstract

本申请公开了一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法及其系统，包括预设的5G通信协议栈，所述5G通信协议栈配置有宽带信道，所述宽带信道包括适应宽带通信的宽带物理信道，所述5G通信协议栈配置有窄带信道，所述窄带信道包括适应窄带通信的窄带物理信道，所述窄带物理信道兼容于所述宽带物理信道，所述宽带信道在频域上占用的频率资源大于所述窄带信道占用的频率资源；所述窄带物理信道为持续多个时间单位的信道。本申请具有同一个移动通信系统中同时支持宽带移动通信和窄带移动通信的效果。

Description

一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法及其系统
技术领域
本申请涉及移动通信技术领域，尤其是涉及一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法及其系统。
背景技术
目前5G 移动通信系统采用的国际标准通信协议栈，都是面向大容量、多终端、高速率的宽带移动通信场景；由于宽带移动通信需求的激增，迫使占用的信道带宽越来越宽，且因为网络要求支持的移动通信终端数量大幅增多，网络为了调度众多移动通信终端，需要较宽的控制信道和业务信道带宽：比如 5G 标准要求信道带宽不低于 5Mhz，否则无法进行通信。而在专用通信场景下，尤其是 1.5Ghz 以下的低频段往往无法提供这么宽的频谱资源，而同时满足具有宽带数据、窄带数据和语音的业务需求。
相关技术中的标准的 5G 通信协议中，主要包括以下几类物理信道，同步与广播信道、控制信道和业务信道，这些信道在现有协议设计上都需要占用较宽的频率资源，且现有标准的 5G 通信协议中，对于频率上的资源调度的最小单位是一个 PRB/物理资源块，对应的最小频带宽度为 15Khz x 12 = 180Khz，这个频带宽度在窄带通信场景下是无法满足的。
但同一个移动通信系统的通信协议栈没有统一的宽带和窄带通信协议，一般的做法是为宽带通信和窄带通信单独建设两套移动通信系统，这样会导致系统复杂、使用繁琐的问题；
如何使同一个移动通信系统中同时支持宽带移动通信和窄带移动通信，是亟待需要解决的技术问题。
发明内容
为了使同一个移动通信系统中同时支持宽带移动通信和窄带移动通信，本申请提供一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法及其系统。
本申请的发明目的一采用如下技术方案实现：
一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法，包括：预设的5G通信协议栈，所述5G通信协议栈配置有宽带信道，所述宽带信道包括适应宽带通信的宽带物理信道，所述5G通信协议栈配置有窄带信道，所述窄带信道包括适应窄带通信的窄带物理信道，所述窄带物理信道兼容于所述宽带物理信道，所述宽带信道在频域上占用的频率资源大于所述窄带信道占用的频率资源；所述窄带物理信道为持续多个时间单位的信道。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案将原先的5G通信协议栈宽带通信和窄带通信单独建设两套移动通信系统的设计，改造成一种宽窄带融合的兼容的物理信道结构设计，即在兼容现有宽带物理信道的前提下，同时增加适应窄带通信的物理信道，即针对宽频的上下行信道增加一个窄带的持续多个时间单位的信道（即窄带物理信道），使得增加的物理信道只需占用较窄的频率资源即可承载窄带通信的相应信息，从而完成窄带通信过程；本申请通过将宽带的频率资源进行分配，使得窄带资源（窄带物理信道）兼容在宽带资源（宽带物理信道）中，窄带信道资源成为宽带信道资源中的一部分，而且在频域上占用比较少的频率资源，整个移动通信信道的结构设计符合5G移动通信协议标准。
具体地，在宽带移动通信时，通信基站和终端都处理整个宽带频率资源中的宽带通信信号；在窄带移动通信中，通信基站和终端只需处理若干个窄带资源粒子所传输的窄带通信信号，从而使得同一个移动通信系统中同时支持宽带移动通信和窄带移动通信。
本申请在一较佳示例中：所述窄带物理信道包括窄带下行广播信道和窄带下行控制信道，所述窄带下行广播信道和窄带下行控制信道通过时分复用的方式占用同一段频率资源。
通过采用上述技术方案，窄带下行广播信道的功能是从基站侧向终端进行系统信息的广播，窄带下行控制信道的功能是传递基站到终端的控制信令，窄带下行广播信道和窄带下行控制信道通过时分复用的方式占用同一段频率资源，有利于提高窄带通信频率资源的利用率，使得窄带下行广播信道和窄带下行控制信道占用较少的频率资源。
本申请在一较佳示例中：所述窄带物理信道还包括窄带下行业务信道，所述窄带下行业务信道单独占用一段频率资源或通过时分复用方式与所述窄带下行广播信道和窄带下行控制信道共享同一段频率资源。
通过采用上述技术方案，窄带下行业务信道的功能是传输基站到终端的业务数据，工作人员可根据系统设计需求将窄带下行业务信道设计成单独占用一段频率资源或通过时分复用的方式将窄带下行业务信道、窄带下行广播信道和窄带下行控制信道通过时分复用的方式共享同一段频率资源，提高了窄带物理信道的适用性。
本申请在一较佳示例中：所述窄带物理信道还包括窄带上行控制信道和窄带上行业务信道，所述窄带上行控制信道和窄带上行业务信道通过时分复用方式共享同一段频率资源。
通过采用上述技术方案，窄带上行控制信道的功能是传递终端到基站的控制信令，窄带上行业务信道的功能是传输终端到基站的业务数据；有利于提高窄带通信频率资源的利用率，且便于减少窄带物理信道在频域上占用的频率资源。
本申请在一较佳示例中：所述窄带物理信道设置有若干个用于传输窄带通信信号的窄带资源粒子，若干个所述窄带资源粒子用于承载所述窄带物理信道。
通过采用上述技术方案，本技术方案定义了频域上的较小资源单位：窄带资源粒子，简称NRE，窄带资源粒子对应的最小频带宽度小于现有的PRB/物理资源块对应的最小频带宽度；该窄带资源粒子在频率上和宽带信道中的宽带资源粒子占用同一段频率资源，并在频率上和其对齐，但在时域上窄带资源粒子比宽带资源粒子占用更多的时间单元，且窄带物理信道可以以窄带资源粒子为单元进行拓宽，从而支持可变带宽的窄带移动通信的信道需求。
在宽带移动通信时，基站和终端都处理整个宽带频率资源中的信号，而在窄带移动通信中，基站和终端只需处理N个窄带资源粒子（NRE）所传输的信号，便于实现同一个移动通信系统中同时支持宽带移动通信和窄带移动通信的功能。
本申请在一较佳示例中：所述窄带物理信道包括广播信道、控制信道和业务信道；所述广播信道占用1-N个所述窄带资源粒子，所述控制信道占用1-N个所述窄带资源粒子，所述业务信道占用1-N个所述窄带资源粒子。
通过采用上述技术方案，窄带资源粒子作为频率信道资源中的较小频率资源单元，用来承载广播信道、控制信道和业务信道；广播信道的功能是用于在无线基站、宽窄带融合终端之间相互进行移动通信系统的广播；控制信道的功能是用于传递无线基站、宽窄带融合终端之间的控制信令；业务信道的功能是用于传输无线基站、宽窄带融合终端之间的业务数据；且每个信道占用1-N个窄带资源粒子，从而窄带信道资源中的各个信道通过占用不同的窄带资源粒子实现支持可变带宽的窄带移动通信的功能，和/或各个信道通过采用时分复用的方式进行物理结构设计，且各个信道的时分复用比例可以根据系统设计灵活配置，便于调节；从而5G通信协议栈通过采用时分复用的方式增强了移动通信系统的抗干扰能力。
本申请在一较佳示例中：所述广播信道包括窄带上行广播信道和窄带下行广播信道，所述窄带上行广播信道和所述窄带下行广播信道分别占用不同的所述窄带资源粒子，或所述窄带上行广播信道和所述窄带下行广播信道通过时分复用的方式占用同一个所述窄带资源粒子；
所述控制信道包括窄带上行控制信道和窄带下行控制信道，所述窄带上行控制信道和所述窄带下行控制信道分别占用不同的所述窄带资源粒子，或所述窄带上行控制信道和所述窄带下行控制信道通过时分复用的方式占用同一个所述窄带资源粒子；
所述业务信道包括窄带上行业务信道和窄带下行业务信道，所述窄带上行业务信道和所述窄带下行业务信道分别占用不同的所述窄带资源粒子，或所述窄带上行业务信道和所述窄带下行业务信道通过时分复用的方式占用同一个所述窄带资源粒子。
通过采用上述技术方案，终端到无线基站为上行方向，无线基站到终端为下行方向；多个终端的窄带上行广播信道和窄带下行广播信道在频域上可分别占用不同的窄带资源粒子，或通过时分复用的方式在时域上相互错开、但在频域上共享同一个窄带资源粒子的频率资源，且两者的时分复用比例可以根据系统设计需求进行灵活配置；多个终端的窄带上行控制信道和窄带下行控制信道在频域上可分别占用不同的窄带资源粒子，或通过时分复用的方式在时域上相互错开、但在频域上共享同一个窄带资源粒子的频率资源，且两者的时分复用比例可以根据系统设计需求进行灵活配置；多个终端的窄带上行业务信道和窄带下行业务信道在频域上可分别占用不同的窄带资源粒子，或通过时分复用的方式在时域上相互错开、但在频域上共享同一个窄带资源粒子的频率资源，且两者的时分复用比例可以根据系统设计需求进行灵活配置，有利于提高对窄带信道的频率资源利用率。
本申请的发明目的二采用如下技术方案实现：
一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计系统，包括：基站服务器、宽窄带融合终端，所述宽窄带融合终端的5G通信协议接入到所述基站服务器中，所述基站服务器和所述宽窄带融合终端均运行以上任一项所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法。
通过采用上述技术方案，基站服务器和宽窄带融合终端均设计并运行宽窄带融合的5G通信协议栈，并形成一种能够同时兼容宽带通信和窄带通信的移动5G通信协议栈和运行此5G通信协议栈的移动通信系统，满足了宽窄带融合的移动通信需求。
本申请在一较佳示例中：所述5G通信协议栈设计系统将所述窄带信道标定为通信系统保留信道。
通过采用上述技术方案，5G通信协议栈将窄带信道预先配置成被宽带信道标记保留；通信系统在进行宽带通信时，为了尽量避免宽带通信信号掩盖了窄带通信信号而导致窄带通信无法建立的情况，5G通信协议栈通过事先将窄带信道配置成被宽带信道标记保留在移动通信系统中的方式，从而使得该部分的窄带信道资源不被宽带通信系统所分配和占用，有效保障了通信系统宽窄带融合设计中的窄带信道的窄带移动通信效果。
本申请的发明目的三采用如下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上任一项所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请技术方案将原先的5G通信协议栈改造成一种宽窄带融合的兼容的物理信道结构设计，在兼容现有宽带物理信道的前提下，同时增加适应窄带通信的物理信道，且增加的物理信道只需占用较窄的频率资源即可承载窄带通信的相应信息，从而完成窄带通信过程；即本申请通过将宽带的频率资源进行分配，使得窄带资源（窄带物理信道）兼容在宽带资源（宽带物理信道）中，窄带信道资源成为宽带信道资源中的一部分，而且在频域上占用比较少的频率资源，整个移动通信信道的结构设计符合5G移动通信协议标准。具体地，在宽带移动通信时，通信基站和终端都处理整个宽带频率资源中的宽带通信信号；在窄带移动通信中，通信基站和终端会只需处理若干个窄带资源粒子所传输的窄带通信信号，从而使得同一个移动通信系统中同时支持宽带移动通信和窄带移动通信；
2.本技术方案定义了频域上的较小资源单位：窄带资源粒子，简称NRE；该窄带资源粒子在频率上和宽带信道中的宽带资源粒子占用同一段频率资源，并在频率上和其对齐，但在时域上窄带资源粒子比宽带资源粒子占用更多的时间单元，且窄带物理信道可以以窄带资源粒子为单元进行拓宽，从而支持可变带宽的窄带移动通信的信道需求；在宽带移动通信时，基站和终端都处理整个宽带频率资源中的信号，而在窄带移动通信中，基站和终端只需处理N个窄带资源粒子（NRE）所传输的信号，便于实现同一个移动通信系统中同时支持宽带移动通信和窄带移动通信的功能；
3. 广播信道的功能是用于在无线基站、宽窄带融合终端之间相互进行移动通信系统的广播；控制信道的功能是用于传递无线基站、宽窄带融合终端之间的控制信令；业务信道的功能是用于传输无线基站、宽窄带融合终端之间的业务数据；且每个信道占用1-N个窄带资源粒子，从而窄带信道资源中的各个信道通过占用不同的窄带资源粒子实现支持可变带宽的窄带移动通信的功能，和/或各个信道通过采用时分复用的方式进行物理结构设计，且各个信道的时分复用比例可以根据系统设计灵活配置，便于调节；从而5G通信协议栈通过采用时分复用的方式增强了移动通信系统的抗干扰能力。
附图说明
图1是本申请实施例中的宽带移动通信的信道资源和窄带移动通信的信道资源架构图；
图2是本申请实施例中的各个窄带通信信道的时分复用示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
在一实施例中，如图1和图2所示，本申请公开了一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法，包括预设的5G通信协议栈，5G通信协议栈配置有宽带信道和窄带信道，宽带信道包括适应宽带通信的宽带物理信道，窄带信道包括适应窄带通信的窄带物理信道；窄带物理信道兼容于宽带物理信道，宽带信道在频域上占用的频率资源大于窄带信道占用的频率资源；窄带物理信道为持续多个时间单位的信道。
窄带物理信道设置有若干个用于传输窄带通信信号的窄带资源粒子，若干个窄带资源粒子用于承载窄带物理信道；从而通过将宽带的频率资源进行分配，使得窄带物理信道兼容在宽带物理信道中，窄带信道资源成为宽带信道资源中的一部分，而且在频域上占用比较少的频率资源，整个移动通信信道的结构设计符合5G移动通信协议标准。具体地，在宽带移动通信时，通信基站和宽窄带融合终端都处理整个宽带频率资源中的宽带通信信号；在窄带移动通信中，通信基站和终端只需处理若干个窄带资源粒子所传输的窄带通信信号，从而使得同一个移动通信系统中同时支持宽带移动通信和窄带移动通信。
如图1和图2所示，窄带物理信道包括广播信道、控制信道和业务信道；广播信道占用1-N个窄带资源粒子，控制信道占用1-N个窄带资源粒子，业务信道占用1-N个窄带资源粒子；窄带资源粒子简称NRE，窄带资源粒子在频率上和宽带信道中的宽带资源粒子占用同一段频率资源，并在频率上和其对齐，但在时域上窄带资源粒子比宽带资源粒子占用更多的时间单元，且窄带物理信道可以以窄带资源粒子为单元进行拓宽，从而支持可变带宽的窄带移动通信的信道需求。
窄带物理信道包括窄带下行广播信道和窄带下行控制信道，窄带下行广播信道和窄带下行控制信道通过时分复用的方式占用同一段频率资源；窄带物理信道还包括窄带下行业务信道，窄带下行业务信道单独占用一段频率资源或通过时分复用方式与窄带下行广播信道和窄带下行控制信道共享同一段频率资源；窄带下行广播信道的功能是从基站侧向终端进行系统信息的广播，窄带下行控制信道的功能是传递基站到终端的控制信令，窄带下行业务信道的功能是传输基站到终端的业务数据；工作人员可根据系统设计需求将窄带下行业务信道设计成单独占用一段频率资源或通过时分复用的方式将窄带下行业务信道、窄带下行广播信道和窄带下行控制信道通过时分复用的方式共享同一段频率资源，提高了窄带物理信道的适用性。
窄带物理信道还包括窄带上行控制信道和窄带上行业务信道，窄带上行控制信道和窄带上行业务信道通过时分复用方式共享同一段频率资源。窄带上行控制信道的功能是传递终端到基站的控制信令，窄带上行业务信道的功能是传输终端到基站的业务数据；各个信道的时分复用比例可以根据系统设计需求进行灵活配置，且时分复用的方式有利于提高窄带通信频率资源的利用率，增强了窄带移动通信系统的抗干扰能力，且便于减少窄带物理信道占用的频率资源。
在一实施例中，如图2所示，广播信道包括窄带上行广播信道和窄带下行广播信道，窄带上行广播信道和窄带下行广播信道分别占用不同的窄带资源粒子，或窄带上行广播信道和窄带下行广播信道通过时分复用的方式占用同一个窄带资源粒子。
控制信道包括窄带上行控制信道和窄带下行控制信道，窄带上行控制信道和窄带下行控制信道分别占用不同的窄带资源粒子，或窄带上行控制信道和窄带下行控制信道通过时分复用的方式占用同一个窄带资源粒子。
业务信道包括窄带上行业务信道和窄带下行业务信道，窄带上行业务信道和窄带下行业务信道分别占用不同的窄带资源粒子，或窄带上行业务信道和窄带下行业务信道通过时分复用的方式占用同一个窄带资源粒子。上行和下行的各个信道共享同一个窄带资源粒子所占用的频率资源，或通过时分复用的方式在时间上错开，且两者的时分复用比例可以根据系统设计需求进行灵活配置，有利于提高对窄带信道的频率资源利用率。
在一实施例中，提供一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计系统，该宽窄带融合的5G通信协议栈设计系统与上述实施例中宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法相对应。
可选的，宽窄带融合的5G通信协议栈设计系统，包括基站服务器、宽窄带融合终端，宽窄带融合终端的5G通信协议接入到基站服务器中，基站服务器和宽窄带融合终端均运行上述实施例中的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法。
5G通信协议栈设计系统将窄带信道标定为通信系统保留信道；从而使得该部分的窄带信道资源不被宽带通信系统所分配和占用，有效保障通信系统宽窄带融合设计中的窄带信道的窄带移动通信效果。
关于宽窄带融合的5G通信协议栈设计系统的具体限定可以参见上文中对于宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法的限定，在此不再赘述；上述宽窄带融合的5G通信协议栈设计系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现；上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以是以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个设备对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法，包括：预设的5G通信协议栈，所述5G通信协议栈配置有宽带信道，所述宽带信道包括适应宽带通信的宽带物理信道，其特征在于：所述5G通信协议栈配置有窄带信道，所述窄带信道包括适应窄带通信的窄带物理信道，所述窄带物理信道兼容于所述宽带物理信道，所述宽带信道在频域上占用的频率资源大于所述窄带信道占用的频率资源；所述窄带物理信道为持续多个时间单位的信道。
2.根据权利要求1所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法，其特征在于：所述窄带物理信道包括窄带下行广播信道和窄带下行控制信道，所述窄带下行广播信道和窄带下行控制信道通过时分复用的方式占用同一段频率资源。
3.根据权利要求2所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法，其特征在于：所述窄带物理信道还包括窄带下行业务信道，所述窄带下行业务信道单独占用一段频率资源或通过时分复用方式与所述窄带下行广播信道和窄带下行控制信道共享同一段频率资源。
4.根据权利要求3所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法，其特征在于：所述窄带物理信道还包括窄带上行控制信道和窄带上行业务信道，所述窄带上行控制信道和窄带上行业务信道通过时分复用方式共享同一段频率资源。
5.根据权利要求1所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法，其特征在于：所述窄带物理信道设置有若干个用于传输窄带通信信号的窄带资源粒子，若干个所述窄带资源粒子用于承载所述窄带物理信道。
6.根据权利要求5所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法，其特征在于：所述窄带物理信道包括广播信道、控制信道和业务信道；所述广播信道占用1-N个所述窄带资源粒子，所述控制信道占用1-N个所述窄带资源粒子，所述业务信道占用1-N个所述窄带资源粒子。
7.根据权利要求6所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法，其特征在于：所述广播信道包括窄带上行广播信道和窄带下行广播信道，所述窄带上行广播信道和所述窄带下行广播信道分别占用不同的所述窄带资源粒子，或所述窄带上行广播信道和所述窄带下行广播信道通过时分复用的方式占用同一个所述窄带资源粒子；
所述控制信道包括窄带上行控制信道和窄带下行控制信道，所述窄带上行控制信道和所述窄带下行控制信道分别占用不同的所述窄带资源粒子，或所述窄带上行控制信道和所述窄带下行控制信道通过时分复用的方式占用同一个所述窄带资源粒子；
所述业务信道包括窄带上行业务信道和窄带下行业务信道，所述窄带上行业务信道和所述窄带下行业务信道分别占用不同的所述窄带资源粒子，或所述窄带上行业务信道和所述窄带下行业务信道通过时分复用的方式占用同一个所述窄带资源粒子。
8.一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计系统，其特征在于：包括：基站服务器、宽窄带融合终端，所述宽窄带融合终端的5G通信协议接入到所述基站服务器中，所述基站服务器和所述宽窄带融合终端均运行如权利要求1至7任一项所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法。
9.根据权利要求8所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计系统，其特征在于：所述5G通信协议栈设计系统将所述窄带信道标定为通信系统保留信道。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的一种宽窄带融合的5G通信协议栈设计方法。
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