在LTE-A系统中实现网络编码的上行数据传输方法

摘要

本发明提供一种在LTE-A系统中实现网络编码的上行数据传输方法，RN将来自relay UE的数据进行网络编码以后再发送给eNB，而eNB则通过偷听到的relay UE的原始数据包与网络编码包一起解码获得所有的原始数据包。本发明中eNB通过测量计算偷听到relay UE的信号的信干比来对偷听质量进行判断，当偷听质量满足eNB能够达到一定的偷听成功率时，eNB控制RN开启上行数据传输的网络编码，否则，控制RN关闭上行数据传输的网络编码，根据实际网络环境灵活地控制网络编码的开关，使LTE-A系统在网络环境下能够选择最合适的方式完成上行传输。

说明书

技术领域

本发明涉及网络编码技术以及LTE-A中上行数据传输技术。

背景技术

LTE-Advanced(LTE-A)网络比LTE(长期演进)网络要求更高的数据传输速率，更大 的系统吞吐量，更低的用户面和控制面延时，更大的频谱效率等。为了满足这些要求，LTE-A 系统引入了一些新技术。在LTE-A系统中引入relay(中继)能够改善高数据率下的覆盖能力， 提高群组移动能力，提高小区边缘吞吐量，提供新的小区覆盖区域，relay通过无线接口接入 到其归属的donor cell(宿主小区)。引入relay以后，LTE-A系统中一共有3种空中链路： 用于RN(Relay Node，中继节点)与其归属eNB(演进型基站)之间通信的backhaul(回程) 链路、用于relay UE(接入relay的用户)与其归属RN之间通信的access(接入)链路以及用 于macro UE(接入eNB的用户)与其归属eNB之间通信的direct(直连)链路。

在LTE-A系统中引入RN能够提高系统性能，同时也使backhaul链路成为了系统瓶颈， 影响系统性能。LTE-A系统悬殊的access子帧和backhaul子帧数量以及悬殊的access链路和 backhaul链路资源，造成access链路信息传输的延迟，导致backhaul链路成为系统瓶颈。

网络编码技术已经从理论和实验研究上被证明可以有效地节约多跳无线网络的中间节点 的转发资源，提高系统吞吐量。Relay UE到eNB是两跳链路，如果在RN处采用网络编码技 术可以节约RN的转发资源，提高backhaul链路资源利用率，从而提高系统的负载能力和吞 吐量，提升系统性能。

目前，需要提供一种具体结合LTE-A实际系统将网络编码技术应用于上行数据传输的技 术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在LTE-A系统中灵活实现网络编码的上行数据 传输方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，在LTE-A系统中实现网络编码的上行 数据传输方法，其特征在于，eNB偷听(overhear)各relay UE；eNB判断计算偷听到信号的 信干比是否大于预设阈值，如是，eNB控制RN开启上行数据传输的网络编码，RN将收到的 来自relay UE的原始数据包进行网络编码后发送给eNB，如否，eNB控制RN关闭上行数据 传输的网络编码，RN直接向eNB发送来自relay UE的原始数据包；

网络编码开启后，上行数据传输的具体方法为：

步骤一：RN调度relay UE，将调度信息发送给relay UE，同时也发送给eNB；

步骤二：relay UE根据来自RN的调度信息向RN发送原始数据包，eNB对relay UE进 行偷听；

步骤三：eNB根据RN事先发送来的relay UE的调度信息从偷听数据中得到原始数据包， 向RN反馈成功偷听到的原始数据包信息；

步骤四：RN根据接收到的eNB反馈的成功偷听到的原始数据包信息，从本地缓存中选 择适当的原始数据包进行网络编码，并发送编码数据包及编码包组成信息至eNB；

步骤五：eNB根据偷听到的原始数据包对编码数据包进行解码。

本发明提出了一种可行性高的基于网络编码的上行数据传输方法，RN将来自relay UE 的数据进行网络编码以后再发送给eNB，而eNB则通过偷听到的relay UE的原始数据包与网 络编码包一起解码获得所有的原始数据包。由于本发明中eNB依据偷听到的原始数据包完成 对网络编码数据包的解码，当网络环境不好，eNB无法成功偷听到原始数据包，导致eNB无 法对网络编码包进行成功解码，造成RN传输的网络编码数据包成为无效数据，反而浪费了 RN传输网络编码数据包的时频资源，降低了RN的传输效率，同时耗费数据包在RN处的处 理时间。因此，本发明中eNB通过测量计算偷听到relay UE的信号的信干比来对偷听质量进 行判断，当偷听质量满足eNB能够达到一定的偷听成功率时，eNB控制RN开启上行数据传 输的网络编码，否则，控制RN关闭上行数据传输的网络编码，根据实际网络环境灵活地控 制网络编码的开关，使LTE-A系统在网络环境下能够选择最合适的方式完成上行传输。

具体的，所述eNB通过R-PDCCH(中继物理下行控制信道)向RN发送1比特网络编 码指示信息来控制RN开启或关闭上行数据传输的网络编码。当该网络编码指示信息为1，表 示在该relay小区中启动网络编码技术；若网络编码指示信息为0，表示在该relay小区中关 闭网络编码技术。

优选的，所述RN以MAC PDU(媒体接入控制层协议数据单元)为基本单位进行网络 编码。使用MAC PDU为基本单位进行网络编码相比TB(传输块)具有更高的数据传输正确 率，相比RLC PDU(无线链路控制层协议数据单元)、PDCP PDU(分组数据汇聚协议层协 议数据单元)、IP packet(IP包)能保证网络编码的原始数据包与eNB偷听到的原始数据包 一致。

本发明的有益效果是，可行性高，让LTE-A系统在各种网络环境下使用最合适的上行数 据传输方式。

附图说明

图1为实施例基本应用场景；

图2为实施例的TDD帧结构；

图3为本实施例R-PDCCH；

具体实施方式

下面就结合附图与实施例进一步详细说明该发明的工作过程。

如图1所示，UE1、UE2...UEn表示接入relay小区的所有用户(UE)；eNB偷听各UE； eNB判断计算偷听到信号的信干比(S/(I+N)，其中S为接收到的有用信号的功率，I为接收 到的干扰信号的功率，N为噪声的功率)是否大于预设阈值，如是，表示偷听质量达到预设 的偷听成功率，eNB控制RN开启上行数据传输的网络编码，RN将收到的来自relay UE的 原始数据包进行网络编码后发送给eNB，如否，eNB控制RN关闭上行数据传输的网络编码， RN直接向eNB发送来自relay UE的原始数据包。本实施例中eNB通过R-PDCCH(中继物 理下行控制信道)向RN发送1比特网络编码指示信息来控制RN开启或关闭上行数据传输 的网络编码。

当网络编码开启后，RN需要先调度relay小区内各用户，通过向这些UE发送调度信息 来完成调度。本实施例通过DCI(下行控制信息)来承载所述的调度信息。UE收到DCI之 后按照调度信息向RN传输原始数据包；eNB偷听(overhear)relay小区的所有用户；为了 让eNB能够成功解析overhear数据，RN在向UE发送DCI的同时，也将该DCI发送至eNB， 这样eNB通过获取DCI中的调度信息了解到对应UE的数据包发送规则，从而能够从overhear 数据中成功解析出原始数据包，并能够将成功偷听到的原始数据包信息反馈给RN，从而让 RN更有效率地进行网络编码。RN以MAC PDU为基本单位进行网络编码。

具体实施时，根据实际的小区环境确定小区的TDD帧结构，如图2。该TDD帧中包括 10个子帧，其中包括3个下行access子帧，3个上行access子帧，1个上行backhaul子帧， 一个下行backhaul子帧，2个特殊子帧。

本实施例指定，如图3所示，在R-PDCCH中添加1比特的网络编码指示信息，当网络 编码指示信息为1，表示在relay小区中启动网络编码技术；当网络编码指示信息为0，表示 在该relay小区中关闭网络编码技术。

在UE、RN成功接入小区后，UE、RN和eNB之间进行各自的上行通信，此时小区还未 启动网络编码模式，R-PDCCH中的网络编码指示信息为0，RN不向eNB发送relay UE的 DCI信息。

eNB根据网络编码的启动条件判断是否可以启动网络编码。如果判断结果表示此时可以 启动网络编码，则将R-PDCCH中的网络编码指示信息修改为1，通知RN启动网络编码。

在小区启动网络编码以后，在第n-1帧的下行access子帧中，RN将对某个relay UE的承 载了调度信息的DCI发送给相应的relay UE，同时，在第n-1帧的上行backhaul子帧中，也 即子帧8中，RN将relay UE的DCI信息发送给eNB。

在第n-1帧的子帧7和第n帧的子帧2、3中，UE1、UE2...UEn向RN发送数据 DATA1₁...1_m、DATA2₁...2_m...DATAn₁...n_m，RN接收并缓存正确的数据；对于接收错误的数 据，若还未达到最大重传次数，则在缓存的同时还需在相应的下行access子帧通知对应UE 准备下一次重传，否则，直接丢弃。同时，eNB overhear relay UE的数据。

eNB根据第n-1帧子帧8中接收到的relay UE的DCI信息解析overhear数据，并判断 overhear结果。并在第n帧的子帧4中将overhear成功的数据的身份信息反馈给RN。

在第n帧的子帧8中，RN根据子帧4中接收到的overhear成功的原始数据包信息，将缓 存中的MAC PDU分为两组：overhear成功集合A和overhear失败集合B。即，当接收到overhear 成功的原始数据包身份信息后，则从缓存中找到对应的数据包放入overhear成功集合A，其 它未收到overhear成功的数据包则放入overhear失败集合B。

具体的，RN从缓存中选择数据进行网络编码的具体方法为，从集合A中取出所有数据 量相近(数据的最大size不能大于最小size的1.1倍)的数据包，再从集合B中取出1个数 据包(根据解码规则：如果存在两个以上未知数据，则编码数据不能被正确解码，不能获得 编码数据包的所有原始数据包)，进行网络编码。

网络编码采用异或原始数据包的形式，那么需要进行异或运算时，所有数据包的长度需 相同。实际编码时，为了让所有原始数据包的长度相同，则以即将进行网络编码的最长原始 数据包为准，给其余数据包的数据数尾部添加0比特。然后对所有补0后的数据的对应比特 进行异或，编码为一个新的数据包。

如集合B没有与已选数据size相近的数据，则仅对已选的数据进行网络编码。如果RN 缓存中的所有数据都不满足网络编码条件，则relay不进行网络编码，而直接传输缓存中的原 始数据给eNB。

相应的，在帧n的子帧8中，eNB接收到网络编码数据包及其组成信息，然后结合overhear 的原始数据包对该编码数据包进行网络解码。

本发明中，eNB传输网络编码指示信息给RN，及时通知RN使用传输效率最高的上行通 信模式，提高了系统通信的可靠性。本发明基于LTE-A实际系统，eNB传输overhear成功 的结果给RN，方便RN选择数据包进行网络编码。RN传输relay UE的DCI信息以及网络编 码数据的组成信息给eNB，帮助eNB正确解码overhear信息，提高网络解码的正确率。