TWI678080B

TWI678080B - 無人機群側行傳送通訊方法

Info

Publication number: TWI678080B
Application number: TW107143543A
Authority: TW
Inventors: 李智霖; 王岳吉; 連紹宇
Original assignee: 國家中山科學研究院; National Chung-Shan Institute Of Science And Technology
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-11-21
Also published as: TW202023213A

Abstract

本發明係提供一種無人機群側行傳送通訊方法，以滿足無人機間側行傳送所需之不同通訊要求。本發明所施用的環境為無人機群間的側行傳送(sidelink)，無人機群中有至少一無人機為其他無人機間的側行傳送進行資源調度。執行資源調度之無人機將所調度之側行傳送參數(包含時域資源位置、頻域資源位置、調變與通道編碼方式、重複傳送次數、功率控制相關參數等)使用側行傳送、不需地面基地站同意的方式發送給其他無人機。

Description

無人機群側行傳送通訊方法

本發明係與無線通訊技術領域相關，特別係指一種高可靠度與低延遲通訊之無人機群側行傳送通訊方法。

無人機在空拍、通信、救災、監控、運輸等各種軍民用場合的應用蓬勃發展，從最初的單機運用演進到多架無人機編隊同步使用，地面操作人員(基地台)與空中無人機群的資料通訊量也倍增。由於滯空無人機與地面主控基地台之間的上行傳送信號傳輸路徑容易被地形、建築物或其他因素阻隔，特別是多架無人機組成的編隊裡，難免會有其中幾架無人機的位置無法與地面基地台通聯，因此現有作法會使用通訊中介方式，無人機群中其中一機將其收到的基地台訊息轉發給空中其他無人機，以規避地面地形、建築物的阻擋，稱為側行傳送(sidelink)。由於無人機群的同時滯空數量隨科技進步而持續增加，傳輸信號的質量也隨之暴增，現有基地台與無人機之間的通訊網路傳輸方式如無線電、3G網路等等，逐漸無法滿足無人機群之間高可靠度與低延遲通訊需求，特別是滯空無人機數量增加、通訊資訊量增加，無人機群運作中可能產生更多類型的突發性(非週期性)訊息需要傳輸，若無針對無人機群間的通訊進行適當管制與通訊資源調配(例如分配通訊頻寬、通訊時間、制定通訊優先度等等)，將無法提供動態、即時性的無人機訊息傳輸技術。故有必要設計一種新穎之適用無人機群的通訊技術方法，以符合未來無人機數量、種類、通訊資料質量均日漸擴增之應用場合。

為解決先前技術之缺點，本發明係提供一種無人機群側行傳送通訊方法，以滿足無人機間側行傳送所需之不同通訊要求。本發明所施用的環境為無人機群間的側行傳送(sidelink)，無人機群中有至少一無人機為其他無人機間的側行傳送進行資源調度。執行資源調度之無人機將所調度之側行傳送參數(包含時域資源位置、頻域資源位置、調變與通道編碼方式、重複傳送次數、功率控制相關參數等)使用側行傳送、不需地面基地站同意的方式發送給其他無人機。

本發明係提供一種無人機群側行傳送通訊方法，該無人機群至少具有三無人機，該三無人機分別為調度端無人機、發送端無人機與接收端無人機，該無人機群側行傳送通訊方法之步驟包括：(a)該調度端無人機發送具有執行該無人機群側行傳送資源調度所需之側行傳送參數的RRC(Radio Resource Control)信令給該發送端與接收端無人機，該發送端無人機開始對該接收端無人機進行側行傳送通訊；(b)當該無人機群側行傳送所調度的資源無法支援實際傳送資料所需之資源需求量時，該發送端無人機發送一具有資源調度更動參數之更動實體層信令給該調度端無人機與該接收端無人機，以更動該無人機群側行傳送所調度的資源；(c)當該發送端無人機需結束更動調度資源時，該發送端無人機發送一結束更動實體層信令給該調度端無人機與該接收端無人機，步驟(b)之資源調度更動隨即結束，恢復使用步驟(a)之側行傳送參數來調度側行傳送所需之資源。

本發明之一實施例中，該步驟(a)之側行傳送參數包括時域資源位置、頻域資源位置、調變與通道編碼方式、重複傳送次數、功率控制相關參數其中一種或數種。

本發明之一實施例中，該步驟(a)之該調度端無人機發出該RRC指令後，需再發送一RRC同意信令給該發送端無人機與該接收端無人機，側行傳送的資源調度方才開始生效。

本發明之一實施例中，該步驟(b)之資源調度更動參數包括時域資源位置、頻域資源位置、調變與通道編碼方式、重複傳送次數、功率控制相關參數其中一種或數種。

本發明之一實施例中，該步驟(b)之該發送端無人機發送該具有資源調度更動參數之實體層信令後，該調度端無人機再發送一指定更動實體層信令給該發送端無人機與該接收端無人機，該發送端無人機依據該指定更動實體層信令之內容更動側行傳送之資源調度。

該步驟(c)之該發送端無人機發送一結束更動實體層信令給該調度端無人機與該接收端無人機時，該調度端無人機再發送一確認結束更動實體層信令給該發送端無人機與該接收端無人機，此時步驟(b)之資源調度更動才會結束，恢復使用步驟(a)之側行傳送參數來調度側行傳送所需之資源。

本發明之一實施例中，該步驟(b)之該發送端無人機發出一具有資源調度更動參數之更動實體層信令時，係由該調度端無人機決定可以變更哪些側行傳送參數。

本發明之一實施例中，其中該調度端無人機若無額外的配置資源可供調度，則該發送端無人機無法發出該更動實體層信令。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。

S01~S11‧‧‧步驟流程

圖1係為現有技術之3GPP Release 15上行不需同意半週期性保留資源調度示意圖。

圖2係為本發明之無人機群側行傳送通訊方法第一實施例步驟流程圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

本發明說明書中的名詞定義解釋如下：本發明內容所指之「側行傳送」(sidelink)(亦作側行通訊)係指空中無人機群彼此之間的訊息傳輸，相對於上行傳送(upload)係地面基地台(主控台)發送訊息至空中無人機群，無人機之間的側行傳送並非每一架無人機跟地面基地台通聯，而是由其中一架或數架無人機擔任領導者(Master)，指揮調度該無人機群彼此之間的訊息傳輸。如先前技術所述，地面基地台的上行傳送因地形、建築物等因素影響，不一定能常時發送給空中所有無人機，且若無人機群有突發的非週期性資料通訊需求，可能造成機群間的通訊量大增，在這種情況下地面基地台不一定能完全掌握整個無人機群的通訊資源調配，因此本發明之主要目的即為提供一種高可靠度與低延遲通訊(Ultra-Reliable and Low Latency Communication,URLLC)之無人機群側行傳送通訊方法，以確保空中無人機群間產生非週期性資料的側行通訊(側行傳送)順暢。

資源調度所指的資源泛指"無線資源"，狹義的定義為時間-頻率資源(time-frequency resource)，例如某個傳送端可以在某個時間某個頻率上傳送資料，則我們可以說該傳送端在某個時間某個頻率的"這個無線資源"上傳送資料。無人機群通訊資源調度關係到整個機群是否能正常通訊，應避免發生通訊碰撞、資訊漏失甚至特定無人機失控失聯的情況。

時域資源位置的定義，若以LTE為例，則時域資源可以定義為某個subframe中的某個slot。若以NR為例，則時域資源可以定義為某個subframe中的某個slot，或某個mini-slot。

頻域資源位置的定義，以LTE為例，或以NR為例。在這兩個系統中頻域資源可以定義為某個physical resource block(PRB)，這是由12個OFDM subcarriers所組成的頻域資源單位。

調變與通道編碼方式，調變可以是QPSK、16QAM、64QAM、128QAM、256QAM，或其他方式。通道編碼可以是LDPC、polar code或turbo code，通道編碼同時定義coding rate，例如1/2、1/3、3/4等。

功率控制指的是傳送端的發射功率。功率控制又可分為開迴路控制(open-loop)與閉迴路控制(closed-loop)兩種。開迴路控制可以視為傳送端自行決定發射功率，無論要增加功率或減少功率皆由傳送端自己決定，接收端不提供任何資訊供傳送端做決定。閉迴路控制就是接收端會提供資訊給傳送端進行功率控制決定，例如接收端可以明說收到的功率太小，要求傳送端增加功率。或是接收端提供通道品質估測結果給傳送端，讓傳送端決定功率調整。功率控制相關參數即是決定無人機群在進行前述功率控制時，所需的各項軟硬體參數。

現有技術之3GPP Release 15協定中已制定上行(uplink)傳送不需同意(grant-free)的傳送機制。因為在上行傳送時，傳送端為用戶設備(User Equipment,UE)，而資源調度端為地面基地站(基站)。當UE有低延遲高可靠度資料必須傳送時，UE必須先向基站發送資源調度要求的信令，而整個要求資源調度的流程可能耗時數百ms或更久的時間。因此傳統資源調度要求的機制並不適用於非週期性的低延遲高可靠度資料傳送。Release 15上行不需同意的做法為基地站預先設定出半週期性(semi-persisted)保留資源給UE進行上行傳送，如圖1所示。若UE有非週期性的資料需要傳送，便可以在最近所保留的資源上進行傳送。若UE沒有資料需要傳送，則這些保留的資源也無法被其他UE所使用，造成資源閒置浪費。

圖2係為本發明之無人機群側行傳送通訊方法第一實施例步驟流程圖，該第一實施例適用之無人機群係具有調度端無人機UE-S、發送端無人機UE-A與接收端無人機UE-B，接收端無人機的數量可以為複數架，如圖所示，該第一實施例步驟包括：該調度端無人機UE-S同時發送具有執行該無人機群側行傳送資源調度所需之側行傳送參數的RRC信令(RRC config1)、與RRC同意信令給該發送端無人機UE-A與該接收端無人機UE-B S01；該發送端無人機UE-A開始對該接收端無人機UE-B進行側行傳送(發送Sidelink Data1給該接收端無人機UE-B)S02；側行傳送過程中，發送端無人機UE-A會持續監控傳輸資源是否足夠，是則持續傳輸資料，否則進入下一步S03；當側行傳送所需資源增加時(例如突發出現額外非週期性的通訊資料需要傳輸)，發送端無人機UE-A發送一具有資源調度更動參數之更動實體層信令(新RRC config2需求)給該調度端無人機UE-S與該接收端無人機UE-B S04；該調度端無人機UE-S依照該發送端無人機UE-A的資源需求、與可供調配的資源進行評估，決定實際可以分配的資源後，發送一指定更動實體層信令(新RRC config2)與一同意更動實體層信令給該發送端無人機UE-A與該接收端無人機UE-B S05；該發送端無人機UE-A依據該指定更動實體層信令(新RRC config2)之內容更動側行傳送之資源調度，開始發送新的Sidelink Data2給該接收端無人機UE-B S06；該發送端無人機UE-A確認步驟S04之變更側行傳送資源的情況是否已結束、是否要恢復RRC config1的傳輸設定S07，若該情況尚未結束，則該發送端無人機UE-A持續依照指定更動實體層信令(RRC config2)之內容進行側行傳送S08，若該情況已結束(例如不再需要發送額外的非週期性資料等)，該發送端無人機UE-A發送一結束更動實體層信令給該調度端無人機UE-S與該接收端無人機UE-B，要求恢復RRC config1的傳輸設定S09；該調度端無人機UE-S發送一確認結束更動實體層信令給該發送端無人機UE-A與該接收端無人機UE-B，並發送舊RRC config1之信令給該發送端無人機UE-A與該接收端無人機UE-B S10；該發送端無人機UE-A依照舊RRC config1之信令對該接收端無人機UE-B進行側行傳送(發送Sidelink Data1給該接收端無人機UE-B)S11。

本發明之第二實施例步驟包括：

a.執行資源調度之無人機將所調度之側行傳送參數(包含時域資源位置、頻域資源位置、調變與通道編碼方式、重複傳送次數、功率控制相關參數等)以RRC信令傳送給側行傳送發送端無人機與接收端無人機。當該RRC信令發出之後，側行傳送上的資源調度隨即生效。

b.執行資源調度之無人機將所調度之側行傳送參數(包含時域資源位置、頻域資源位置、調變與通道編碼方式、重複傳送次數、功率控制相關參數等)以RRC信令傳送給側行傳送發送端無人機，或是同時將RRC信令傳送給側行傳送發送端無人機與接收端無人機。當該RRC信令發出之後，執行資源調度之無人機需再發送一實體層信令予發送端無人機與接收端無人機。當執行資源調度之無人機發送實體層信令後，側行傳送側行傳送上的資源調度方才開始生效。

c.當側行傳送所調度的資源無法支援所需傳送資料之需求時，發送端無人機發送一實體層信令給執行資源調度之無人機與接收端無人機。該實體信令可更動所調度的側行傳送參數，可更動的參數包含時域資源位置、頻域資源位置、調變與通道編碼方式、重複傳送次數、功率控制相關參數等)。

d.在c中，當發送端無人機發送該實體層信令後，隨即使用新的側行傳送參數進行側行資料傳送。

e.或者，在c中，當發送端無人機發送該實體層信令後，執行資源調度的無人機需再發送一實體層信令給發送端與接收端。該實體層信令指定更新的側行傳送參數，該實體層信令指定的更新側行傳送參數與發送端所發出實體層信令所指定的側行傳送參數並不須相同。收到執行資源調度的無人機所發出之實體層信令後，發送端無人機依執行資源調度的無人機所發出之實體層信令進行側行傳送。

f.在d中，當發送端無人機需結束更動資源調度時，發送端無人機發送一實體層信令予執行資源調度無人機與側行傳送接收端無人機。當發送端無人機發送完該實體層信令後，傳送參數更動隨即結束，資源調度恢復原來執行資源調度無人機所決定之傳送參數。

g.在e中，當發送端無人機需結束更動資源調度時，發送端無人機發送一實體層信令予執行資源調度無人機與側行傳送接收端無人機。當執行資源調度無人機收到該實體層信令後，則再發出一實體層信令予發送端無人機與接收端無人機。當執行資源調度無人機發出該實體層信令，則側行傳送上的傳送參數更動隨即結束，資源調度恢復原來執行資源調度無人機所決定之傳送參數。

h.在c中，發送端無人機發送實體層信令所需知無線資源由執行資源調度之無人機所調度，並透過a或b之方式將實體層信令資源調度告知發送端無人機。執行資源調度之無人機可決定發送端無人機可以更動哪些傳送參數。若執行資源調度之無人機並無配置資源給發送端無人機發送實體層信令，則發送端無人機無法發送實體層信令以更動資源調度。

藉此，本發明係提供一種無人機群側行傳送通訊方法，本發明所提出之方法適用於無人機群間的側行傳送(而非基地台與無人機間的上行傳送)。根據不同的傳送需求(低延遲、高可靠度、大資料量)，本發明提供之方法能夠快速更動側行傳送的資源調度，以滿足各式不同無人機群通訊網路需求。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims

一種無人機群側行傳送通訊方法，該無人機群至少具有三無人機，該三無人機分別為調度端無人機、發送端無人機與接收端無人機，該無人機群側行傳送通訊方法之步驟包括：(a)該調度端無人機發送具有執行該無人機群側行傳送資源調度所需之側行傳送參數的RRC(Radio Resource Control)信令給該發送端無人機與該接收端無人機，該發送端無人機開始對該接收端無人機進行側行傳送；(b)當該無人機群側行傳送所調度的資源無法支援實際傳送資料所需之資源需求量時，該發送端無人機發送一具有資源調度更動參數之更動實體層信令給該調度端無人機與該接收端無人機，以更動該無人機群側行傳送所調度的資源；(c)當該發送端無人機需結束更動調度資源時，該發送端無人機發送一結束更動實體層信令給該調度端無人機與該接收端無人機，步驟(b)之資源調度更動隨即結束，恢復使用步驟(a)之側行傳送參數來調度側行傳送所需之資源。
如請求項1所述之無人機群側行傳送通訊方法，該步驟(a)之側行傳送參數包括時域資源位置、頻域資源位置、調變與通道編碼方式、重複傳送次數、功率控制相關參數其中一種或數種。
如請求項1所述之無人機群側行傳送通訊方法，該步驟(a)之該調度端無人機發出該RRC指令後，需再發送一RRC同意信令給該發送端無人機與該接收端無人機，側行傳送的資源調度方才開始生效。
如請求項1所述之無人機群側行傳送通訊方法，該步驟(b)之資源調度更動參數包括時域資源位置、頻域資源位置、調變與通道編碼方式、重複傳送次數、功率控制相關參數其中一種或數種。
如請求項1所述之無人機群側行傳送通訊方法，該步驟(b)之該發送端無人機發送該具有資源調度更動參數之實體層信令後，該調度端無人機再發送一指定更動實體層信令給該發送端無人機與該接收端無人機，該發送端無人機依據該指定更動實體層信令之內容更動側行傳送之資源調度。
如請求項1所述之無人機群側行傳送通訊方法，該步驟(c)之該發送端無人機發送一結束更動實體層信令給該調度端無人機與該接收端無人機時，該調度端無人機再發送一確認結束更動實體層信令給該發送端無人機與該接收端無人機，此時步驟(b)之資源調度更動才會結束，恢復使用步驟(a)之側行傳送參數來調度側行傳送所需之資源。
如請求項1所述之無人機群側行傳送通訊方法，該步驟(b)之該發送端無人機發出一具有資源調度更動參數之更動實體層信令時，係由該調度端無人機決定可以變更哪些側行傳送參數。
如請求項7所述之無人機群側行傳送通訊方法，其中該調度端無人機若無額外的配置資源可供調度，則該發送端無人機無法發出該更動實體層信令。