一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法

摘要

本发明公开了一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，首先进行预配置期望接收的广播域，以及期望接收该广播域的eNB列表，然后核心网XGW根据广播配置接收从Sgi接口到达的IP广播包，之后通过S1接口将IP广播包封装为GTP‑U包发送到相关基站eNB；eNB接收GTP‑U数据包后，新增加一广播信道，在进行加扰处理后将IP广播包通过空口广播给各个用户UE；UE进行解扰处理并完成对IP广播包的接收。本发明可以继续运行在现有的网络架构中，很好地兼容原有基于有线IP网络实现的IP广播业务系统，不需要增加额外接口，也不需要增加相关的信令交互过程，在小规模专网中可以很好地支持IP广播业务。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，属于无线网络通信技术领域。

背景技术

在传统的有线IP网络中，在点对点IP传输业务之外，还存在着很多点对多点的IP广播业务，如广播短消息业务、广播视频业务以及一些行业特定业务等等。这类业务系统依赖于IP网络的广播功能，并且已经深入到各个行业应用中。

当这类业务承载在无线网络之上时，就需要无线网络系统也能支持广播功能，如WLAN由于其来源于以太网的体系结构，因此，它可以几乎是无缝地支持IP广播业务。而在电信无线网络中，由于其属于电信网路架构，因此，需要进行特定的系统设计才能够支持IP广播业务。

以LTE为例，目前存在两种广播支持技术，一种为eMBMS技术，是属于3GPP标准；另一种是B-Trunk技术，属于中国推出的一种无线宽带集群技术。这两种技术都可以很好地支持广播业务，前一种技术侧重多媒体播放，后一种侧重于集群功能，这两种技术作为传输平台，提供了功能强大的业务接口，可以适应多种多样的业务需求。

eMBMS技术和B-Trunk技术虽然能够满足IP广播业务需求，但同时也存在的几个问题，影响了这两种技术的实际使用效果。

（1）网络结构复杂：由于两种技术都是以能全面覆盖相关应用需求同时功能实体模块化清晰为目标，因此，其网络结构相比于满足单呼需求的基础网络结构要复杂很多，功能实体也多很多。

（2）业务流程复杂：与以太网或者WLAN网络不同，上述两种技术在进行广播业务之前，需要进行通道建立过程，业务结束之后，还需要进行通道删除过程，这些过程会映射为S1接口、Uu接口以及核心网与业务管理接口之间的一系列消息处理和流程执行。

（3）技术成熟度不足：众所周知，LTE网络目前主要的运营方为各大运营商，其主要应用在民用的电话及上网业务，不涉及广播多播业务，如eMBMS所服务的多媒体电视频道服务或者B-Trunk的集群业务，因此，尽管eMBMS是3GPP规定的技术方案，但多数设备商和芯片商并没有提供相关服务，即使少量有支持也没有经过实际商用，非常不成熟，而B-Trunk作为一种刚刚诞生的技术方案，很多厂家都还没有加入或者刚刚加入研发行列中，距离成熟还有想当长的距离。

同时由于技术方案的复杂性，整个开发、验证、使用的各个过程都会非常曲折，实现难度还是非常大的。

(4)与业务系统衔接差：在专网行业中，业务系统往往已经存在并运行了很长时间，其与整个网络以及其它系统之间已经很好地融合。在eMBMS和B-Trunk技术中，需要先经过其自身的业务实体才能接入，如B-Trunk中的调度台或者eMBMS中的BM-SC，这种新的结合往往需要对原有业务系统进行修改和调整，而且这种调整往往是牵一发而动全身，一方面会带来业务系统修改的工作量，另一方面对系统的稳定性也会带来影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在eMBMS和B-Trunk成熟应用之前，本发明提出一种简单可行的支持IP广播业务的方法，该方法在小规模专网中可以很好地支持IP广播业务。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，包括如下步骤:

(1)核心网XGW根据广播配置接收从Sgi接口到达的IP广播包，之后通过S1接口将IP广播包封装为GTP-U包发送到相关基站eNB；

(2)基站eNB接收XGW下发的包含IP广播包的GTP-U数据包，并新增加一广播信道，在进行加扰处理后将IP广播包通过空口广播给各个用户UE；

(3) UE进行解扰处理并完成对IP广播包的接收。

进一步的，本发明的一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，在步骤(1)前，包括一预配置过程：

XGW预先配置期望接收的广播域，以及期望接收该广播域的eNB列表；

eNB预先配置支持IP广播包发送功能，并通过Uu口的系统信息广播进行通知。

进一步的，本发明的一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，步骤（1）中，XGW对广播数据接收和发送过程如下：

XGW接收到IP广播包后进行过滤，判断该IP广播包是否与XGW内预配置的广播域一致：如果一致，则将该广播包接收下来，查找关注该广播域的eNB列表；否则，丢弃该广播包；

对于要发送的广播包，则XGW封装S1-U口广播专用的GTP-U包，通过单播的方式发送到属于该广播域的各个eNB。

进一步的，本发明的一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，步骤（2）中，eNB对广播数据的接收和发送过程如下：

eNB开启其自身的IP广播包接收专用的GTP-U通道，接收XGW下发的包含IP广播包的GTP-U数据包；

如果基站支持IP广播包发送功能，则递交给层二处理，否则丢弃；

层二的PDCP、RLC、MAC各层都建立一个支持IP广播包的实体，对于进入层二的下行IP广播包进行对应的处理，然后由MAC指示给物理层进行空口发送。

进一步的，本发明的一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，对于进入层二的下行IP广播包进行对应的处理，具体包括：

新增TMTCH逻辑信道，且TMTCH逻辑信道映射到DL-SCH传输信道，进而映射到PDSCH物理信道；其中，TMTCH不与其它逻辑信道复用，也不支持HARQ过程；

规划FFF0为TM-RNTI，用于加扰调度IP广播业务的DCI；

承载广播业务时，RLC采用UM模式10bit SN长PDU封装，PDCP使用12bit SN长的数据PDU封装。

进一步的，本发明的一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，步骤（3）中，UE对广播数据的接收过程如下：

UE根据其自身能力确定是否接收TM-RNTI加扰的物理下行控制信道PDCCH，如果支持，则其不论在连接态还是空闲态都监听TM-RNTI加扰的PDCCH，否则不监听；

UE解扰TM-RNTI加扰的PDCCH成功，并根据PDCCH指示接收解码对应的物理下行共享信道PDSCH，然后递交给层二处理；

层二建立相应的支持IP广播包接收的实体，进行相关的协议处理，最终将IP广播包递交给网络附属存储NAS层；

NAS层将IP广播包直接向上层递交，从而完成IP广播包的接收。

进一步的，本发明的一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，在Uu接口物理层配置解码TM-RNTI使用DCI格式1A，以使得UE解扰TM-RNTI加扰的PDCCH；DCI 1A位于公共搜索空间，搜索空间位置使用原有计算方法。

进一步的，本发明的一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，XGW与eNB之间的S1-U口GTP-U通道是在配置了广播域之后自动建立的，不需要进行信令交互过程。

进一步的，本发明的一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，为了基站在S1-U接口上能区分出是IP广播包，需要将XGW下发给eNB的下行广播包的GTP-U头中的4个字节的隧道端点标识TEID设置为特殊值。

进一步的，本发明的一种适应IP网络广播业务的LTE实现方法，GTP-U头中的4个字节的TEID约定为全1，也即四字节数0xFFFFFFFF。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、可以继续运行在现有的网络架构中，只需要对相关网元的功能进行一定的调整；

2、本方案对现有协议调整比较少，技术实现比较简便；

3、可以很好地兼容原有基于有线IP网络实现的IP广播业务系统，不需要增加额外接口，也不需要增加相关的信令交互过程。

附图说明

图1是本发明的实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

首先，对本发明所涉及的英文缩写含义进行解释：

BM-SC（Broadcast Multicast Service Center，广播组播业务中心）；B-Trunk（Broadband Trunking Communication，宽带集群通信）；DL-SCH（Downlink ShareChannel，下行共享信道）；DCI（Downlink Control Information，下行控制信息）；eMBMS（Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service，增强型广播多播业务）；eNB（Evolved NodeB，演进型NodeB）；GTP-U（GPRS Tunnelling Protocol for the UserPlane，GPRS隧道协议用户面）；HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request，混合自动重传请求）；LTE（Long Term Evolution，长期演进系统）；MAC（Medium Access Control，媒体接入控制）；NAS（Non-Access Stratum，非接入层）；PDCCH（Physical Downlink ControlChannel，物理下行控制信道）；PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议）；PDSCH（Physical Downlink Shared Channel，物理下行共享信道）；PDU（ProtocolData Unit，协议数据单元）；P-GW（Packet Data Network GateWay，分组数据网关）；RLC（Radio Link Control，无线链路控制层协议）；RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）；RRC_IDLE（空闲态）；RRC_CONNECTED（连接态）；SN（Sequence Number，序列号）；S-GW（Serving GateWay，服务网关）；TMTCH（Temple Multicast Traffic Channel，临时多播业务信道）；TM-RNTI（临时多播Rnti）；UE（User Equipment，用户终端）；UM（UnacknowledgedMode，非确认模式）；XGW 表示S-GW与P-GW合一。

本发明的主要思想是，核心网根据广播配置接收从Sgi接口接到达的广播包，之后通过S1口将广播包封装为GTP-U包发送到相关基站，然后基站通过新增加的广播信道TMTCH通过空口广播给各个UE。

为了实现该项功能，需要修改以下几部分：

一、接口修改

1、Sgi接口：标准Sgi口不接收业务IP广播包，本发明需要Sgi口能够将所关心的IP广播包接收下来。

2、S1-U接口：为了基站在S1-U接口上能区分出是IP广播包，需要将下行的GTP-U头中的4个字节的TEID（Tunnel Endpoint Identifier，隧道端点标识）设置为特殊值。本发明中做如下定义：XGW下发给eNB的下行广播包，其GTP-U头中的TEID约定为全1，也即四字节数0xFFFFFFFF。

3、Uu接口：

（1）层二：

新增TMTCH逻辑信道，且TMTCH逻辑信道映射到DL-SCH传输信道，进而映射到PDSCH物理信道。

规划FFF0为TM-RNTI，用于加扰调度IP广播业务的DCI。

承载广播业务时，RLC采用UM模式10bit SN长PDU封装，PDCP使用12bit SN长的数据PDU封装。

TMTCH不与其它逻辑信道复用，也不支持HARQ过程。

（2）物理层：

配置解码TM-RNTI使用DCI格式1A；

解码TM-RNTI的DCI 1A位于公共搜索空间，搜索空间位置使用原有计算方法，n_RNTI取TM-RNTI。

（3）RRC层：

UE在RRC_IDLE状态和RRC_CONNECTED状态下均监听IP广播业务；

系统信息广播中增加可选字段，指示当前小区是否支持IP广播业务。

二、网元功能修改

1、XGW对广播数据接收和发送；

根据网络规划，在XGW内部配置所关注的广播域，以及属于该广播域的各个基站。XGW接收到IP广播包后进行过滤，如果是属于预先配置的广播域的广播包，则将该广播包接收下来。

对于S1-U口的发送，XGW会封装S1-U口广播专用的GTP-U包，通过单播的方式发送到属于该广播域的各个eNB。XGW与eNB之间的S1-U口GTP-U通道是在配置了广播域之后自动建立的，不需要进行信令交互过程。

2、eNB广播数据的接收和发送；

eNB根据规划确定是否需要支持IP广播包发送，如果支持，则需要通过Uu口的系统信息广播进行通知。

在支持IP广播包发送的情况下，eNB的GTP-U默认开启IP广播包接收通道，以便接收XGW下发的包含IP广播包的GTP-U数据包。

同时，在支持IP广播包发送的情况下的情况下，层二的PDCP、RLC、MAC各层都会建立一个支持IP广播包的实体，对于进入层二的下行IP广播包按照对于Uu接口中的描述进行对应的处理，然后由MAC指示给物理层进行空口发送。

三、UE对广播数据的接收

UE支持解码包含是否支持IP广播包指示字段的系统信息广播消息。如果UE支持接收IP广播包，则UE不论在连接态还是空闲态都会监听TM-RNTI的PDCCH，解扰TM-RNTI的PDCCH成功后，根据PDCCH指示接收PDSCH。

UE层二也会建立相应的支持IP广播包接收的实体，进行相关的协议处理，最终将IP广播包递交给NAS层，NAS层将IP广播包直接向上层递交，从而完成IP广播包的接收。

如图1所示，本发明的实施流程包括两部分：

一、预配置过程：

核心网XGW预先配置期望接收的IP广播域，如网段配置为192.168.21.255，掩码配置为255.255.255.0；

核心网XGW预先配置期望接收该广播域的eNB列表；

基站eNB预先配置是否支持IP广播包发送功能；

二、数据处理过程：

（1）核心网XGW处理过程

XGW接收到IP广播包；

判断该IP广播包是否与XGW内预配置的广播域一致；

如果一致，则查找关注该广播域的基站列表，否则丢弃该包；

对于要发送的广播包，XGW以单播方式向各个基站通过相应的IP广播包专用的GTP-U通道发送数据备份。

（2）基站eNB处理过程

eNB通过其自身的IP广播包接收专用的GTP-U通道接收到XGW下发的数据包；

如果基站支持IP广播包，则递交给层二处理，否则丢弃；

层二按照规定的方式进行封装处理，并交由物理层通过TM-RNTI加扰发送；

（3）用户UE处理过程

UE根据其自身能力确定是否接收TM-RNTI加扰的PDCCH，如果不支持，则其不监听TM-RNTI加扰的PDCCH，否则监听；

UE解扰TM-RNTI加扰的PDCCH成功，并接收解码对应的PDSCH，并递交给层二处理；

层二按照规定的方式进行解包处理，并递交给NAS层；

NAS层将接收到的IP广播包递交给高层；

（4）接收数据处理结束。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。