面向異構網絡的蜂窩通信系統多載波聚合方法與流程

2024-02-14 03:43:15

本發明涉及一種多載波聚合方法，尤其涉及一種面向蜂窩網和wlan融合組網的異構網絡場景，實現蜂窩通信系統中多載波聚合的方法，屬於無線通信技術領域。

背景技術：

目前，無線區域網(簡稱為wlan)和蜂窩網(gsm、gprs、cdma、umts、lte、lte-a等)已經被廣泛使用。wlan以其技術體制簡單、接入靈活、成本低等優點受到運營商的青睞，紛紛大規模建設wlan熱點來緩解蜂窩網流量和經營上的壓力。為了提高運營商wlan網絡的利用率和用戶體驗，業界展開了大量蜂窩網和wlan融合組網方面的技術研究。

為了滿足用戶與業務對服務速率的需求，充分利用免授權頻段成為一個可行的技術方向。所謂授權頻段是預留頻譜資源供給系統使用的頻段；而免授權頻段則無需授權，只要設備滿足免授權頻段的功率發射要求，依照共存原則就能使用。任何運營商都不能排他使用免授權頻段。在5g網絡中，仍然存在大量免授權頻段，利用免授權頻段部署lte通信，可以有效擴充無線容量。蜂窩網和wlan在免授權頻段共存，有望成為5g網絡的核心技術。

蜂窩網使用免授權頻段可以有兩種模式：一種稱為授權協助訪問(licensed－assistedaccess，簡稱為laa)模式，即蜂窩通信系統依然部署在授權頻段，通過授權頻段的輔助，機會性地使用免授權頻段；另一種稱為獨立模式(standalonemode)，即蜂窩通信系統直接部署在非授權頻段上。這種模式實現起來相對困難，因此現有的研究主要是針對前一種模式。

當前，3gpp針對laa技術的討論熱點之一是如何進行多載波傳輸(multi-carrieroperation/transmission)。眾所周知，lte系統具有載波聚合(carrieraggregation，簡稱為ca)功能，當前版本每個用戶設備(ue)支持最多5個載波，而未來版本很有可能支持多達32個載波。而 ieee802.11ac標準也提供多信道傳輸能力，稱為信道綁定(channelbonding)。現有技術中，最多可以綁定8個20mhz的信道，進行並發的160mhz傳輸。

如圖1所示，ieee802.11ac可以使用20mhz/40mhz/80mhz/160mhz信道，除160mhz信道之外，使用其它信道需要工作信道內的子信道是連續的。wlan標準定義了嚴格的多信道接入過程。若在主信道上(primarychannel，簡稱為pch)上進行前導碼檢測，結果為pch空閒，則需要在預定傳輸時間的前pifs(點協調幀間間隙)時間段內檢測次級信道(secondarychannel，簡稱為sch)。此外，wlan的信道接入是發生在連續信道上的。例如，對於一個80mhz的vhtbss，20mhz的傳輸只發生在主20mhzch，40mhz的傳輸發生在主40mhzch(即主20mhzch+次級20mhzch)。當要進行80mhz傳輸時，首先通過cca-pd檢測過程確認主20mch空閒，然後在預定傳輸前的pifs時間段內檢測到每個次級20mhz/40mhzch都空閒才能傳輸。多信道傳輸的空閒信道評估(clearchannelassessment，簡稱為cca)過程是分層的，具體如下：

1.對於20mhz傳輸，進行前導碼檢測(cca-pd＝－82dbm)與能量檢測(cca-ed＝－62dbm)。

2.對於40mhz傳輸，

a.主20mhz信道上進行前導碼檢測(cca-pd＝－82dbm)；

b.在次級20mhz信道上，進行pifs(25us)長度的單次(oneshot)能量檢測(cca-ed＝－75dbm)。

3.對於80mhz傳輸，

a.在主20mhz信道上進行前導碼檢測(cca-pd＝－82dbm)；

b.次級20mhz信道上進行單次能量檢測(cca-ed＝－75dbm)；

c.次級40mhz信道上進行單次能量檢測(cca-ed＝－72dbm)。

從以上過程可以看出：一旦確定了主20mhz信道，當次級20mhz信道檢測為忙時，即便次級40mhz信道空閒也不能與主20mhz信道綁定使用。

另一方面，從3gpplaa方面來說，r1#83次會議上達成了如下共識：

對於一組載波上的多載波lbt(listenbeforetalk，先聽後說)

·alt1：enb(基站)僅在一個非授權載波上進行cat-4basedlbt

–enb在每次數據傳輸之前均勻隨機地選擇需要進行cat-4basedlbt的載波，或者是固定的載波，固定時間不少於1秒

–將不進行cat-4basedlbt的載波上的能量檢測門限設置為與進行cat-4basedlbt的載波相同

–在進行cat-4basedlbt的載波上使用一個單獨的退避計數器。工作假設：enb能夠使用以下兩種方式確定競爭窗大小(簡寫為cws)：

·option1：基於所有載波上的harq反饋更新一個cws

·option2：每個載波獨立更新cws，採用其中最大的cws產生退避計數器

·alt2：enb在多個非授權載波上進行cat-4basedlbt

–允許enb在完成cat-4basedlbt的載波上進行自退避以與其它載波對其後進行傳輸。自退避過程包括一個時間段的空閒信道檢測。

–enb能夠在多個進行cat-4basedlbt的非授權載波上獨立進行cws的更新

·enb能夠為多個載波使用單獨的退避計數器或統一的退避計數器

–當使用統一退避計數器時，需要基於上一個傳輸使用的多個載波中最大的cws產生

·若無其它保證長期共享載波的技術(如，以法規的層面)

–如果使用統一的隨機計數器，那麼在多個載波上傳輸一次下行數據之後，為所有進行lbt的載波重置ecca計數器

–如果使用單獨的隨機計數器，在使用一個或多個載波傳輸下行數據後，進行下列之一操作

·對用戶設備調度該次傳輸的所有激活laascell上重新啟動退避過程之前等待4個空閒信道評估時隙

·對用戶設備調度該次傳輸的所有激活laascell上重置計數器

·note：enb可以動態決定為某個載波選擇哪種操作

·laa支持上述alt.1和alt.2。

將上述laa中的多載波lbt過程與wlan的信道綁定技術進行比較可以看出：為了保證與wlan的公平共存，laa在設計lbt過程時參考了wlan的信道綁定技術，上述alt.1與wlan的信道綁定技術的流程非常接近，進行空閒信道評估的門限也與wlan相同。然而，由於lte的載波聚合技術本身具有更高的靈活性，在共存過程中還是產生了一些問題，例如使wlan在其次級信道上的傳輸機會大大降低等。因此，需要結合lte載波聚合技術的特性，同時考慮對wlan的影響，設計新的多信道lbt與聚合技術方案。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於提供一種面向異構網絡的蜂窩通信系統多載波聚合方法。

為實現上述的發明目的，本發明採用下述的技術方案：

一種蜂窩通信系統多載波聚合方法，在所述蜂窩通信系統和無線區域網融合組網的異構網絡中，建立無線區域網的鄰居信道列表，從中選取進行先聽後說操作的非授權信道的主信道，所述蜂窩通信系統通過授權協助訪問模式使用免授權頻段，包括如下步驟：

當無線區域網的主信道先聽後說操作中的隨機退避計數完成時，首先依據載波聚合概率進行聚合決策，然後對待聚合的載波進行快速空閒信道評估；或者，首先對待聚合的載波進行快速空閒信道評估，然後依據載波聚合概率進行聚合決策。

其中較優地，如果聚合決策為是，則對待聚合的載波進行快速空閒信道評估；如果評估結果為信道空閒，則在下一個傳輸機會時與進行先聽後說操作的非授權信道的主載波一起傳輸。

其中較優地，進行快速空閒信道評估時，若評估結果為信道空閒，則依據載波聚合概率進行聚合決策；若聚合決策為是，則在下一個傳輸機會時與進行先聽後說操作的非授權信道的主載波一起傳輸；若聚合結果為否，則等待下一次聚合機會。

其中較優地，所述聚合機會包括下一次當無線區域網的主信道先聽 後說操作中的隨機退避計數完成時，下一個傳輸機會之前的選取可聚合載波的過程；或者，所述聚合機會包括在開啟以子幀為單位的載波聚合模式時，接下來的傳輸中的每個子幀之前的選取可聚合載波的過程。

其中較優地，如果開啟以子幀為單位的載波聚合模式，則在下一個傳輸機會開始後，對於未聚合的載波，繼續以子幀為單位進行快速空閒信道評估。

其中較優地，當存在無線區域網鄰居時，以與無線區域網的主信道對齊的方式選取進行先聽後說操作的非授權信道的主信道；當不存在無線區域網鄰居時，選擇幹擾最小的信道承載進行先聽後說操作的非授權信道的主信道。

其中較優地，根據無線區域網對主、次信道的佔用情況，所述蜂窩通信系統相應調整對各個載波的載波聚合概率。

其中較優地，所述無線區域網對某信道的接入機會與所述蜂窩通信系統在該信道的載波聚合概率正向相關。

其中較優地，所述蜂窩通信系統的基站之間通過x2接口交互各自的載波聚合概率或者各自是否已經開啟以子幀為單位的載波聚合模式。

其中較優地，所述蜂窩通信系統的基站通過xw接口告知所述無線區域網其載波聚合概率或者是否已經開啟以子幀為單位的載波聚合模式。

與現有技術相比較，本發明具有兩方面的技術特點：①當非授權信道上的非主載波上的快速空閒信道評估通過時，按照載波聚合概率進行載波聚合；②以子幀為單位進行快速空閒信道評估與聚合。利用本發明，可以解決蜂窩通信系統與wlan系統在免授權頻段共存時，由於兩者多信道聚合技術不一致導致的信道解決機會無法均衡的問題。

附圖說明

圖1為ieee802.11ac標準中，帶寬分配的示例圖；

圖2為ieee802.11ac標準中，信道綁定過程的示意圖；

圖3為本發明所提供的蜂窩通信系統多載波聚合方法的流程圖；

圖4為以子幀為單位的快速空閒信道評估和載波聚合的示意圖；

圖5a)為非授權信道上，wlan主信道對齊場景的示意圖；

圖5b)為非授權信道上，wlan主信道非對齊場景的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術內容展開詳細具體的說明。

圖2為ieee802.11ac標準中，綁定4個連續信道進行80mhz數據傳輸的示意圖。其中，載波1為wlan通信系統的主信道。當網絡中其他的wlan通信系統都是遵循ieee802.11ac標準時，所有的wlan通信系統可以選用相同的主信道，即載波1，稱為對齊模式。或者，一部分wlan通信系統選擇載波3/載波4為主信道，稱為非對齊模式。主信道對齊的結果是所有遵循ieee802.11ac標準的節點(簡稱為11ac節點)都進行80mhz的傳輸，各個節點之間公平共享所有信道的接入機會。主信道非對齊的結果是以載波1為主信道的11ac節點綁定載波1和載波2進行40mhz的傳輸，其它節點綁定載波3與載波4進行40mhz的傳輸。

當網絡中新進入一個遵循ieee802.11a/n標準的節點(簡稱為11a/n節點)或遵循ieee802.11ac標準的節點(簡稱為11ac節點)時，其主信道應與網絡中的某個wlan節點(該wlan節點可以為11a/n節點，也可以為11ac節點)的主信道對齊，假設所對齊的主信道為載波1，當其進行20mhz/40mhz傳輸時，其餘的載波空閒。此時，若網絡中有laa節點，按照3gppr1#83會議通過的alt.1方式，則laa會佔用這些信道，並且在業務繁忙時會一直佔用這些信道，wlan基本沒有機會將信道擴展為40mhz/80mhz。

綜上所述，在laa與wlan共存的場景中，當使用多載波進行聯合傳輸時，由於lte的載波聚合技術比wlan的信道綁定技術更加靈活，因此wlan在其次級信道上的傳輸機會(transmissionopportunity，簡寫為txop)大大降低。為此，本發明在laa的多載波lbt過程中引入了次級載波的載波聚合概率概念，可以在一定程度上為wlan預留其競爭次級信道的機會；同時，為了增加系統頻譜資源的利用率，結合lte調度更加靈活的特點，引入了以子幀為粒度單位進行快速空閒信道評估的聚合操作。

由於wlan的傳輸是以每次傳輸機會為單位的，而laa的調度是以子幀為單位的，因此laa不僅可以在每次傳輸機會之前判斷是否進行載波聚合，而且可以在傳輸機會啟動之後，其它載波進行聚合傳輸時，在每個子幀之前進行載波聚合的檢測和決定。因此，在本發明中同時 增加以子幀為粒度單位進行快速空閒信道評估的聚合操作，可以進一步提高laa的信道接入機會。

利用本發明所提出的蜂窩通信系統多載波聚合方法，可以解決laa奪取wlan信道接入機會的問題，同時也保證laa的信道接入機會。下面結合圖3，對該蜂窩通信系統多載波聚合方法展開詳細具體的說明。

步驟一：建立wlan的鄰居信道列表。具體獲取方式可以為：①通過偵聽wlan系統的beacon幀等信號，解讀其中主信道和次級信道分布的信息；②通過與wlan系統之間的信息交互，如通過xw(控制平面)接口，wlanap(無線接入點)告知laaenb其信道分布情況。

步驟二：選取進行lbt的非授權信道的主信道，選取原則可以為：①當存在wlan鄰居時，與wlan系統的主信道(之一)對齊；②當所處區域無wlan鄰居時，隨意選取信道或基於其它衡量標準選擇，如幹擾最小等。

步驟三：當wlan的主信道lbt的隨機退避計數完成時，依據載波聚合概率p進行聚合決策，對待聚合的載波進行為時為pifs的快速空閒信道評估。或者，對待聚合的載波進行為時為pifs的快速空閒信道評估，依據載波聚合概率p進行聚合決策。

當首先依據載波聚合概率p進行聚合決策時，若聚合決策為是，則進行空閒信道評估，如果評估結果為信道空閒，則在下一個傳輸機會時與進行lbt的非授權信道的主載波一起傳輸；否則，若評估結果為信道佔用，則進入步驟四。載波聚合概率p的設置方法參見下文中的實施例1和實施例2。

當首先對待聚合的載波進行快速空閒信道評估時，若評估結果為信道空閒，則依據載波聚合概率進行聚合決策；若聚合決策為是，則在下一個傳輸機會時與進行先聽後說操作的非授權信道的主載波一起傳輸；若聚合結果為否，則等待下一次聚合機會。

這裡所說的聚合機會可以包括下一次當無線區域網的主信道先聽後說操作中的隨機退避計數完成時，下一個傳輸機會之前的選取可聚合載波的過程；也可以包括在開啟以子幀為單位的載波聚合模式時，接下來的傳輸中的每個子幀之前的選取可聚合載波的過程。

步驟四(該步驟為可選項)：如果開啟以子幀為單位的載波聚合模式， 則在下一個傳輸機會的傳輸開始後，對於不受當前傳輸鄰道洩漏影響的未聚合載波，繼續以子幀為單位進行快速空閒信道評估。

如圖4所示，假設一個傳輸機會由4個子幀組成，起始子幀號為i，則在子幀i+1、i+2、i+3開始之前都可以進行快速空閒信道評估。若評估結果為信道空閒，則與步驟三類似，依據載波聚合概率p產生聚合結果，若聚合結果為是，則在下一個子幀開始時，與其它載波一起進行傳輸。具體何時激活該步驟的功能，將在實施例2中予以說明。

實施例1

在該實施例中，假設laa具有讀取wlan信號的能力，例如能夠解讀beacon幀和proberesponse幀內的主、次信道分布信息。此時，laa可以依據自身對wlan傳輸情況的監測與記錄輔助蜂窩網和wlan兩個系統的公平共存，即依據wlan各種版本的客戶端對主、次信道的佔用情況，調整laa對各個載波的載波聚合概率。具體地說，wlan的客戶端對某信道的接入機會與laa在該信道的載波聚合概率正向相關，反之，laa如果想為wlan預留出接入機會，就設置相對較小的載波聚合概率。該載波聚合概率的具體取值可以根據實際情況，由laa與wlan溝通確定，或者由laa單獨確定。

圖5(a)和圖5(b)分別為wlan主信道對齊/非對齊場景下的傳輸示意圖。其中，cc1～cc4是4個連續的20mhz信道，圖5(a)中所示的wlan系統中存在11a、11n和11ac的客戶端(sta)，各種版本的客戶端採用主信道對齊模式，均選取cc1為主20mhz信道，相應的cc2為11n和11ac的次級20mhz信道，cc3和cc4為11ac的次級40mhz信道。由於三個版本的客戶端都在cc1上進行lbt和隨機退避計數，因此客戶端之間在cc1上公平競爭，並享有均等的接入機會。當11a的客戶端獲得20mhz的傳輸機會時，cc2～cc4是空閒的。當11n的客戶端獲得40mhz傳輸機會時，cc3和cc4是空閒的。只有當11ac的客戶端獲得傳輸機會時，4個載波才是充分使用的。在該種情況下，當laa加入並開始使用這4個分量載波時，可以將自己作為一個11ac節點來衡量對wlan的影響，以與其它wlan節點在每個信道上公平使用為標準設置自己的載波聚合概率，即信道佔用比例的上限。在本發明的一個實施例中，可以將cc3和cc4對應的pi(即p3和p4)設置較高，例如p3＝p4＝1/4+1/2＝3/4； 將cc2對應的pi設置為p2＝1/4+1/4＝1/2。

相應地，圖5(b)為11a、11n和11ac的客戶端主信道在非對齊場景下的傳輸示意圖。其中，11a和11n的客戶端主信道為cc3，而11ac的客戶端主信道為cc1。此時，若在業務繁忙時段，3個版本的客戶端都要進行不間斷的傳輸，可見11ac的客戶端無法進行信道擴展，最多只能進行40mhz的傳輸。laa加入後，可選的主信道為cc1和cc3，而在cc2和cc4上設置p2＝1/4，p4＝1/2+1/4＝3/4，與11ac的客戶端、11n的客戶端享有相同的接入機會。而在沒有被選為主信道的cc1或cc3的情況下，出於優先保護wlan傳輸機會的出發點考慮可以將p1或p3調小，如1/4，從而為wlan預留了接入其次級信道的機會。

實施例2

在該實施例中，假設laa並不具有解讀wlan信號的能力，其對wlan信道使用的相關信息均通過兩個系統之間的xw接口獲得，因此主、次信道的佔用情況是半靜態獲知的。此時，laa根據這些信息設置的pi可能有失偏頗，因此wlan可以通過xw接口告知laaenb其無法獲得某些信道的接入機會，請求laa降低其在該信道的pi和/或關閉子幀粒度的聚合操作。此時，laa會相應調整pi以及考慮是否關閉子幀粒度的聚合操作，以達到與wlan公平共存的目的。

此外，該載波聚合模式可以基於載波設置，也可以基於基站設置。基於是否調整載波聚合概率以及是否開啟或關閉laa中以子幀為單位的載波聚合模式，laa中的各個基站(laaenb)之間可以通過x2接口交互各自的載波聚合概率以及是否已經開啟以子幀為單位的載波聚合模式，從而進行協商與合作。與此類似的，laa也可以通過xw接口告知wlan：其載波聚合概率以及是否已經開啟以子幀為單位的載波聚合模式，從而進行異構系統之間的協商與合作。

需要說明的是，實施例2中的實現方式可以與實施例1中的實現方式組合，共同保障與wlan的公平共存。

與現有技術相比較，本發明所提供的蜂窩通信系統多載波聚合方法具有兩方面的技術特點：①當非授權信道上的非主載波上的快速空閒信道評估通過時，按照載波聚合概率進行載波聚合；②以子幀為單位進行快速空閒信道評估與聚合。本發明在laa的多載波lbt過程中引入了次 級載波的載波聚合概率概念，可以在一定程度上為wlan預留其競爭次級信道的機會；此外，由於wlan的傳輸是以每次傳輸機會為單位的，而laa的調度是以子幀為單位的，因此laa不僅可以在每次傳輸機會之前判斷是否進行載波聚合，而且可以在傳輸機會啟動之後，在其它載波進行聚合傳輸時，引入以子幀為粒度單位進行快速空閒信道評估的聚合操作，在每個子幀之前進行載波聚合的檢測和決定。因此，利用本發明所提出的蜂窩通信系統多載波聚合方法，可以解決laa奪取wlan信道接入機會的問題，同時也保證laa的信道接入機會。

上面對本發明所提供的面向異構網絡的蜂窩通信系統多載波聚合方法進行了詳細的說明，但顯然本發明的具體實現形式並不局限於此。對於本領域的一般技術人員來說，在不背離本發明的精神和權利要求範圍的情況下對它進行的各種顯而易見的改變都在本發明的保護範圍之內。