利用群组广播方式传送小数据包的方法和系统
阅读说明：本技术 利用群组广播方式传送小数据包的方法和系统 (Method and system for transmitting small data packet by group broadcasting mode ) 是由 仲川 于 2020-03-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种利用群组广播方式传送小数据包的方法和系统,涉及无线通信系统,特别涉及利用LTE/NR物理下行共享传输信道传输小型数据包。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,至少使用1个PRB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,本发明设计了eNB汇集小微型数据包作为整体传输,UE解码后再提取自身相关部分的数据传输方案,试图同时达到资源利用率的提升和传输性能的改善。(The invention provides a method and a system for transmitting small data packets by using a group broadcast mode, relates to a wireless communication system, and particularly relates to a method and a system for transmitting small data packets by using an LTE/NR physical downlink shared transmission channel. In the 4G era, the service mainly considered is the internet service, the large data volume service bearer is optimized, the support of small and miniature data packets is not considered too much, at least 1 PRB is used for transmission, and certain resource waste is caused. In the invention, the invention designs a data transmission scheme that the eNB collects small micro data packets to be transmitted as a whole, and the UE extracts the relevant part of the eNB after decoding, and tries to achieve the improvement of the resource utilization rate and the improvement of the transmission performance at the same time.)
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及利用LTE/NR物理下行共享传输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。
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(候选PDCCH具有不同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；
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，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，CellRadio Network Temporary Identifier)当UE检测到和自己匹配的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。
在图3中，描述了以信道编码为核心的下行用户数据处理过程，
传输数据块先添加CRC校验码，然后分割成适宜做信道编码码长的分块并添加分块CRC校验码，经过信道编码并进行速率适配后，再链接起来送往物理层做PDSCH发送处理。
在图4中，描述了LTE PDSCH的处理过程，
UE数据由1-2个码字构成，依次经过以下处理：
1.比特级加扰(扰码为寄存器长度＝31的Golden序列，初始状态与小区的识别号Cell_id，用户的C-RNTI及时隙号有关)
2.调制(采用QPSK，16QAM、64QAM)
3.层映射及预编码处理
a.层映射：即将1个或2个传输块TB的数据串并变换为M并行数据流，M为层数。M必须小于等于发送天线数。
b.对各个层的数据，进行相应的预编码处理。在LTE中，所有的MIMO方式均可表示为一个预编码矩阵与原始信号的相乘，不同MIMO方式，其预编码矩阵不同。
4.资源块的映射(包括数据的子载波映射，并对导频信号做相同的子载波映射，导频与数据满足时分的关系)
5.IFFT变换
形成天线端口数据，并进行发射。
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。如果小数据包大量发生，由于最小调度资源的限制而导致的资源浪费现象可能更为严重。
另外一方面，对于常用的信道编码技术，例如，4G LTE采用的PDSCH信道编码技术TURBO(涡轮码)，以及5G NR采用的PDSCH信道编码技术LDPC(Low Density Parity CheckCode，低密度奇偶校验码)，在一定的比特数内，传输性能会随着数据包的长度增加而逐步提升(“有限长度编码的误比特率极限”，通信学报，2001年8月，第22卷第8期)。
有鉴于以上原因，本发明设计了eNB汇集小微型数据包作为整体传输，UE解码后再提取自身相关部分的数据传输方案，试图同时达到资源利用率的提升和传输性能的改善。
发明内容
本发明提供了一种利用群组广播方式传送小数据包的方法和系统的方法和系统。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开了一种利用群组广播方式传送小数据包的方法，如图5所示，所述方法包括：
步骤501，eNB按预定规则汇集多个UE的小型用户数据包形成一个大的汇聚数据包；
UE按所述预定规则应能在汇总数据包中寻找到本身数据位置，并成功进行解码并验证成功接收，即不同的UE可以从一个汇聚数据包传输中得到各自的数据；
步骤502，eNB利用公用的预设RNTI进行PDCCH传输和PDSCH传输步骤501形成的汇聚数据包；
eNB可以给一组UE配置一个公共的RNTI(不同于每个UE自身的RNTI)，eNB利用所设置的公共RNTI对汇聚数据包完成正常的PDCCH传输和PDSCH传输，等同于以一个UE完成数据传输的过程；在这一过程中，eNB所指定的该组UE均需支持所采用的传输模式参数，eNB相当于完成对该组UE的群组广播，除了采用公共预设RNTI的PDCCH进行PDSCH动态调度的方式外，也可以采用高层配置公共PDSCH传输区域及传输参数的方式进行汇聚数据包的传输，相当于半静态配置PDSCH的传输；
步骤503，UE利用公共预设的RNTI进行PDCCH检测和PDSCH检测；
配置有公共RNTI的UE进行对应的PDCCH检测和PDSCH检测得到传输数据；
步骤504，UE从检测的PDSCH数据中按预定规则提取自身相关数据；
当承载对实时性要求比较高而对数据传输成功率无过高要求的实时性业务时，本发明可以只使用以上4个步骤；
当需要重传机制来提高数据传输成功率时，还可以按照步骤505/506/507进行重传，
步骤505，如果UE成功收取信号，可以在预定PUCCH资源上反馈ACK信号；
每个群组内的UE均配置有PUCCH资源用于反馈，如果多个UE复用同样的PUCCH资源，则不能存在于同一个汇总数据包中以防止资源冲突；
步骤506，eNB在预定PUCCH资源检测ACK信号；
eNB如果检测到成功ACK信号，则进入步骤507，完成该用户本次数据传输，
否则需要进入步骤501，将该用户数据重新汇入新的汇聚数据包进行重传；
为了区分重传数据包和新的数据包，UE数据需要增加索引比特来索引不同的数据包，可以是循环计数方式，最简单方式为1比特NDI(new data indication，新数据指示)，eNB在传输新数据块时需翻转NDI比特，0变成1，1变成0，UE通过比较接收到索引比特和上次成功接收时的索引比特来区分是新数据还是重传数据。
本发明还公开了一种利用群组广播方式传送小数据包的系统，如图6所示，所述系统包括：
终端，基站；
基站包括：
模块601，UE数据复用汇总模块，用于将多个UE的小型数据按预定规则汇总成为一个汇总数据包；当收到一个UE的ACK信号时，该UE数据传输成功，否则，需要将该UE的数据重新复用汇总到新的汇总数据包进行重传；
UE按所述预定规则应能在汇总数据包中寻找到本身数据位置，并成功进行解码并验证成功接收。
模块602，PDCCH/PDSCH传输模块，将模块601形成的汇总数据包按配置的群组RNTI进行PDCCH/PDSCH传输；
模块603，PUCCH检测模块，此模块在有进行重传功能使用方法下存在，接收每个UE的指定PUCCH资源上的反馈信号，并送给模块601，
如果多个UE复用同样的PUCCH资源，则不能存在于同一个汇总数据包中；
终端包括：
模块604，PDCCH/PDSCH接收模块，接收模块602的空口信号，并按配置的群组RNTI进行PDCCH/PDSCH接收；并将接收的数据发往模块605；
模块605，UE数据解复用提取模块，从模块604的接收数据中按预定规则提取本UE数据，如果成功，通知模块606发送ACK信号；
模块606，PUCCH发送模块，当模块605接收UE数据成功时，通过空口发送ACK信号，由eNB的模块603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LTE信道编码过程示意图；
图4是LTE PDSCH传输过程示意图；
图5是本发明汇聚复用小数据包实现群组广播的流程图；
图6是本发明汇聚复用小数据包实现群组广播的系统说明图；
图7是本发明一个定长多用户数据汇聚复用传输的的实施例。
图8是本发明引入多用户复用一个小数据包位置的实施例；
图9是借鉴PDCCH搜索空间概念而形成的多用户灵活复用小数据包位置的实施例
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7是本发明一个定长多用户数据汇聚复用传输的实施例；如图7所述，
假设N＝100个定长20byte(含18byte数据和4比特循环计数数据包序号和12比特的UE C-RNTI生成的CRC校验码)UE顺序排列复用成一个2000byte的数据包，eNB为这些UE配置一个公共的独立RNTI M以及每个UE独立的同PDCCH/PDSCH传输子帧的对应上行子帧(例如延迟3子帧)PUCCH反馈资源，并且预先通知每个UE在每个数据包的起始位置；
eNB以RNTI M对汇聚数据包生成搜索空间，扰码，CRC校验码等，按正常PDCCH/PDSCH步骤发送；
各UE以RNTI M进行正常PDCCH/PDSCH接收，因此接收数据包为多UE共享，所以不需要为此整体数据包生成反馈；
各UE按事先配置的起始位置提取定长20byte数据，按自身C-RNTI进行校验，通过校验则视为成功接收，如果接收数据里的比特序号比上次成功接收后的比特序号增加1(未进行过传输的初始状态均视为增加1)，则向高层发送数据包，通过PUCCH资源反馈ACK信号，如比特序号不变则直接通过PUCCH资源反馈ACK信号(收到了重复包)；
eNB接收到UE的ACK信号后，视为该UE的本次数据成功接收，可安排该UE的下次数据传输，并将对应循环比特计数增加1，否则，安排数据重传，并维持循环比特计数不变，例如，收到除UE 1的其它99个UE的ACK信号，则维持UE 1的传输数据(计数值不便)，和UE2到UE99的新数据(计数值加1)组合形成新的数据包进行传输。
可以看到原本需要100个独立PRB传输的100个UE数据传输，现在可以用较少PRB资源进行整体传输，节省出来资源用于其它用途。
由于小数据包用户业务往往随机性较强，如果图7所示例中，在固定位置的UE没有产生业务需求，也会造成资源浪费，所以，可以引入多用户复用一个小数据包位置的概念，利用大量统计特性的平均稳定概念来提高资源利用率，
图8是本发明在图7基础上引入多用户复用一个小数据包位置的实施例；如图8所述，每K个UE可以分配同一个小数据包资源位置，并分配同一个PUCCH资源，例如，UE 1/UE 1+N/UE 1+2N/.../UE 1+KN，
在eNB形成汇聚数据包时，一组内有任意一个UE产生数据，就可以占据这一组的对应位置，例如UE1+N产生了小包数据，可以占据图7例的UE 1小数据包传输位置，并使用UE 1的PUCCH资源反馈ACK信号。由于每一个UE的C-RNTI生成的CRC校验码不同，同一组内的UE不会误检通过。
小数据包映射入汇总数据包的方式可以有多种，例如图9是借鉴PDCCH搜索空间概念而形成的多用户灵活复用小数据包位置的实施例；如图9所示，
UE可以有3种不同的数据长度尺寸，总长度为分别为20/40/80byte，每种长度的最后2bype为4比特循环计数数据包序号和12比特的UE C-RNTI生成的CRC校验码，汇总数据包由16个连续搜索空间组成，每个搜素空间有80byte，可能依次承载4个20byte UE数据(位置0/1/2/3)，或者2个40byte UE数据(位置0/2)，或者1个80byteUE数据(位置0)，eNB根据UEC-RNTI值对16取模的余数值可以在相应搜索空间的可能位置上发送UE数据，UE根据C-RNTI值对16取模的余数值可以在相应搜索空间对所有可能的UE数据位置进行尝试检测，得到通过自身C-RNTI CRC校验码的数据包，则在对应PUCCH资源位置反馈ACK，PUCCH资源和PDCCH/PDSCH传输有确定的时延关系，由高层定义频域起始位置，频域资源位置每增加1对应一个汇总数据包里的最小数据包长的起始位置；
如示例，80byte UE(C-RNTI＝16)在搜索空间0位置0进行传输，占据位置0，对应PUCCH资源起始位置+0的PUCCH资源进行反馈，20byte UE(C-RNTI＝65)在搜索空间1位置0进行传输，对应PUCCH资源起始位置+4的PUCCH资源进行反馈，20bypt UE(C-RNTI＝129)在搜索空间1位置1进行传输，对应PUCCH资源起始位置+5的PUCCH资源进行反馈，40byte UE(C-RNTI＝241)在搜索空间1位置2进行传输，对应PUCCH资源起始位置+6的PUCCH资源进行反馈；
在一个汇总数据包内，由于PUCCH反馈的位置基于最小传输数据包的位置进行计算，因此不会产生反馈资源冲突问题，但要注意由于不同汇聚资源包的起始位置配置，避免不同汇聚资源包间的资源冲突问题；
以上描述主要利用和PDCCH/PDSCH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)方式进行数据接收成功的反馈，eNB可以以相应较大的时间间隔安排数据传输(包括重传)；
本发明主要使用C-RNTI进行汇聚数据包中的用户区分，不失一般性，可以利用其它具有UE唯一性的特征值完成同样功能。
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。