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CN110830150A - 一种用于无线通信的共享数据信道传输方法和设备 - Google Patents

一种用于无线通信的共享数据信道传输方法和设备 Download PDF

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CN110830150A CN201810890298.6A CN201810890298A CN110830150A CN 110830150 A CN110830150 A CN 110830150A CN 201810890298 A CN201810890298 A CN 201810890298A CN 110830150 A CN110830150 A CN 110830150A
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Abstract

本发明公开了一种用于无线通信的共享数据信道发送方法，涉及无线通信领域。尤其涉及一种广域物联网通信中的共享数据信道的短消息和数据传输方法。该方法包括如下步骤：基于共享数据信道（DCH）将数据信息进行预处理后，按照预定义的数据符号格式映射加载到数据符号中，并在进行二次加扰处理后用于数据传输，所述共享数据信道用于承载短消息和PDU数据的传输。本发明提供的无线通信信道传输方法在信道传输中共享数据信道引入了预定义变长频域均衡PCP，能实现更高效的调制，同时根据短消息或数据不同类型完成信道估计，共同提高信道估计质量。并且共享数据信道能承载短消息和PDU数据的发送，可以在非常低的情况下做正确解调和解码，同时复杂度较小，能适用于各种低功耗、超低SNR场景下的通信数据传输。

Description

一种用于无线通信的共享数据信道传输方法和设备
技术领域
本发明一般涉及无线通信领域，尤其涉及一种用于物联网无线通信的共享数据信道传输方法和传输设备。
背景技术
在广域物联网中技术的核心是大覆盖、低功耗、大量的连接、低成本。而传统的3G、4G等通信协议是为高性能设计，不能兼顾成本和功耗以及大量连接。而现有技术中的Lora等通信协议，以降低性能为代价，部分程度上达到了低成本、低功耗的目的。但由于采用了比较落后的扩频技术(20年前第三代移动通信中采用)，设计的性能在复杂环境下大打折扣，比如在城区环境下覆盖范围一般低于2km的水平。而例如SIGFOX等窄带技术抗干扰能力不强。尤其是现有的信道传输技术在广域物联网通信中的使用并不能符合广域物联网覆盖范围广、通信数据较少、系统开销有限的处理需求，从而导致多载波、多系统通信中资源浪费和效率降低。
在超低SNR下(如-30dB)的物联网通信中，接收数据需要大量的导频开销来完成信道估计。而优化的基于信道的通信传输能有效减少系统开销和降低资源消耗。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，为减少通信开销，提供一种共享数据信道传输方法，也为一种用于无线通信的方法，以及相应的信道传输通信设备，以达到减少系统开销和降低资源消耗的效果。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于无线通信的方法，其特征在于，基于共享数据信道(DCH)将数据信息进行预处理后，按照预定义的数据符号格式映射加载到数据符号中，并在进行二次加扰处理后用于数据传输，所述共享数据信道用于承载短消息和PDU数据的传输。
所述数据信息为源信息字符串，包括短消息字符串和PDU数据字符串；所述数据符号表示一个无线通信的数据传输单位，由控制加数据组成。
所述预定义的数据符号格式由PCP控制序列和DATA数据序列组成；所述PCP是指用于抗干扰的预定义变长的可变循环前缀。
所述将数据信息进行预处理是指将源信息字符串依次经过CRC校验、信道编码、比特级别加扰和调制处理，所述CRC校验选取的CRC参数类型包括短消息CRC类型和数据包CRC类型。
所述按照预定义的数据符号格式映射加载到数据符号中是指将预处理后的信息数据和PCP参数数据分别映射到数据符号中的DATA数据序列位置和PCP控制序列位置处，得到加载完的数据符号；
所述PCP参数数据的长度和取值根据当前无线通信的通信设备、物理层信道确定。
所述进行二次加扰处理是指加载完数据的数据符号再次进行符号级别的加扰，并根据加扰结果做相应的滤波处理，得到最终用于发送和传输的数据。
所述符号级别的加扰包括将数据符号内的样点数据与随机序列流数据依次相乘。
所述滤波处理包括以下步骤：首先将相位调制后的符号数据经过解卷绕处理，然后进行插值和高斯滤波，再将相位恢复至0～2pi的相位内。
一种用于无线通信的信道传输设备，该设备包括处理器，所述处理器用于基于共享数据信道((DCH)将数据信息进行预处理后，按照预定义的数据符号格式映射加载到数据符号中，并在进行二次加扰处理后用于数据传输，所述共享数据信道用于承载短消息和PDU数据的传输。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、根据本发明提供的各实施例，在信道传输中共享数据信道引入了预定义变长频域均衡参数PCP，能实现更高效的调制，同时根据短消息或数据不同类型完成信道估计，共同提高信道估计质量。
2、根据本发明提供的各实施例，共享数据信道能高效承载短消息和PDU数据的发送，可以在非常低的情况下做正确解调和解码，同时复杂度较小，能适用于各种低功耗、超低SNR场景下的通信数据传输。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明实施例提供的基本通信帧结构示意图。
图2为本发明实施例提供的共享数据信道DCH的信息发送方法流程图。
图3为本发明实施例提供的共享数据信道DCH的数据SDU格式示意图。
图4为本发明实施例中一个数据符号上的资源映射关系示意图。
图5为本发明实施例中相位滤波器处理流程示意图。
图6为本发明实施例中通过相位滤波处理过程的相位滤波结果示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对各实施例进行详细阐述和说明，
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
以下实施例中是对基于WIoTa(Wide-range Intetnet Of Things communicAtionprotocol)协议的广域物联网通信描述。需要说明的是，在移动通信系统中，用户设备可以在下行链路中从基站接收信息，并且在上行链路中发送信息给基站。由用户设备发送或者接收的信息可以包括数据和各种的控制信息。并且各种类型的物理信道可以根据由用户设备发送或者接收的信息的类型和用途存在。
另外，本发明实施例的配置方法和各实施例还可以适用于各种的无线接入系统，包括CDMA(码分多址)、FDMA(频分多址)、TDMA(时分多址)、OFDMA(正交频分多址)、SC-FDMA(单个载波频分多址)等等。
首先对需要对以下实施例中出现的各参数说明含义：
Data symbol：数据符号，表示一个通信的数据传输单位，由PCP控制加数据组成，Ts点数为2的幂次方；
Frame：一帧，由16个子帧组成，每个子帧开始有广播信道广播帧号；
Subframe：子帧，可以是上行或下行；
Burst：基本传输单元，一个Burst是最小的传输单元，根据BOOST Level的不同可以占用一个或多个子帧，一个基本传输单元固定由8个时隙(slot)组成；
Slot：时隙，一个时隙是PD-CCCH和PU-CCCH物理层信道占用的一个单元。
BOOST level:覆盖能力提升等级，该等级越高则占用的空口资源越多(数据重复越多)，覆盖能力(BOOST)越强；
AP:access point，接入点；
DL/UL ratio：上下行比率，当DL/UL ratio＝1时的帧结构为基本帧，否则为扩展帧；
CRC:cyclic-redundancy check，循环冗余校验；
PCP：variable predefined CP，是指预定义变长的循环前缀。
PPS：predefined pilot sequence，是指预定义的导频序列。
Repetition group：重复组参数RG，指信息位(bit)要占用的基本symbol，如果一个基本传输单元包含更多的符号，将以RG为单位做重复。公共控制信道固定使用RG＝1，而数据信道可以使用大的RG。
在本实施例中基于WIoTa的广域物联网通信采用TDD时分双工模式，例如，一个帧固定为34.133/2ms，一个子帧包含一个Rx和一个Tx(时间相等)，8个子帧为一个帧。
如图1为广域通信物联网(WIoTa)中所使用的基本通信帧结构，通过对该帧结构的解释说明可以有助于对物理层信道结构的阐述。
图1为在1.25MHz带宽(1.92MHz采样率，采样间隔为0.5208us)、覆盖能力参数BOOST配置为0的条件下的基本帧结构。
图1中，一个帧(frame)为273.0668毫秒，包含16个子帧(subframe),在上下行比率DL/UL ratio为1：1的时候，上行和下行子帧交错排布。用户数据的基本的/最小的传输单元为一个基本传输单元。一个基本传输单元固定包含8个时隙。如图1所示，当BOOST配置为0的时候，一个时隙包含8个数据符号，一个数据符号为一个基本传输单位，里面包含控制和数据，8个时隙组成一个基本传输单元。在这里，一个下行数据符号为512Ts，上行数据符号的采样点数可根据具体网络需求进行相应配置(512点、256、128点、64点)。
在该实施例中，上行下行为交错排布，每一个上行基本传输单元和下行基本传输单元分别对应一个上行子帧和下行子帧，IoT终端设备在该覆盖能力参数BOOST的配置条件下接入物联通信网络中，相应的接入点也以同样的BOOST配置条件与各终端设备进行数据传输。进一步的，对上下行比率DL/UL ratio和覆盖能力参数BOOST进行设置，所述覆盖能力参数BOOST的不同取值用于配置基本传输单元包含的数据符号的数量，从而控制信道和数据信道同时受覆盖能力参数BOOST控制调制编码和重复次数。
在基于WIoTa的广域物联网通信中，包含五个基本物理层信道，其中两个为共享数据信道(DCH)，分别是上行共享数据信道(PU_DCH)和下行共享数据信道(PD_DCH)，共享数据信道(DCH)承载短消息和数据PDU的传输，其中数据PDU(协议数据单元PDU，Protocol DataUnit)在物理层信道中是数据位(bit)。
如图2，为一种广域物联网通信中的基于共享数据信道DCH(包括上行共享数据信道(PU_DCH)和下行共享数据信道(PD_DCH))的信息发送方法流程图，如该流程图所示，首先信息字符串(bits)依次经过CRC校验、信道编码、比特级别加扰和调制后，与PCP一起作为资源映射(RE)，加载到数据符号(data symbol)中，再经过符号级重复和符号级加扰，最后通过相位滤波后进行数据发送。
所述信道传输方法可用于广域物联网中上行共享数据信道(PU_DCH)和下行共享数据信道(PD_DCH)的信道数据发送和传输。
共享数据信道DCH的最基本单元为一个基本传输单元,如果承载的是短消息等，则在逻辑信道中的承载短消息信道(LD-SM-DATA-CH)，只占用一个基本传输单元，其对应的控制也在一个基本传输单元；如果共享数据信道DCH承载的是数据包PDU，则在逻辑信道中的承载数据包信道(LD-SHARED-DATA-CH)，可以占用连续的多个基本传输单元，数据包的加载位在逻辑信道承载数据包信道的包头中给出(以BYTE为单位)。
所述CRC校验选取的CRC参数类型包括短消息CRC类型和数据包CRC类型，相应的CRC参数的选取也与共享数据信道DCH承载的是短消息还是数据包是一致的。
所述PCP(variable predefined Cyclic-prefix)是指预定义变长的循环前缀，与LTE中的CP不同，PCP是通过在不同的信道上预定义不一样长度的序列前缀来提高整个系统的效率。在一个实施例中，共享数据信道DCH中PCP的长度由系统PCP参数产生器生成和确定，并且采用随机星座调制序列的形式，便于估计和发送延迟。
在此之前，为了克服OFDM系统所特有的符号间干扰ISI，LTE引入了cyclic prefix的概念，而LTE采用基于CP的初始同步，其算法只能是基于差分的方法，要求接收信号信噪比高于-10dB左右时才能工作。而本发明实施例提供的PCP方案可以采用差分算法，也可以采用相关算法，使得通信系统接收信号信噪比可低达-30dB，从而使基于WIoTa的广域物联网通信的终端可以在一些恶劣环境中或极端情况下仍能正常工作，同时基站也可以覆盖很大的范围，降低了系统的部署与维护成本。
在一个实施例中PCP的长度取值由对应的PCP长度参数(PCP_LENGTH)确定。
例如当PCP长度参数＝0时，PCP的长度取值为4；当上行PCC长度参数＝1时，PCP的长度取值为8。具体的取值关系如下表1所示：
表1 PCP长度取值
PCP长度参数 PCP的长度取值
0 4
1 8
2 16
3 32
4 64
5 128
6 256
7 512
8 1024
9 2048
共享数据信道DCH会占满基本传输单元中所有的时隙，但如果下行共享数据信道PD_DCH与其他公共控制信道同时存在的话，下行共享数据信道PD_DCH会被其他公共控制信道挤占掉部分资源；同样的，上行共享数据信道PU_DCH也是占满整个基本传输单元，但在一些情况下会被本用户的其他公共控制信道挤占掉相应的时隙资源。
共享数据信道DCH的星座调制可以是1/2pi BPSK、1/4Pi QPSK或1/8Pi 8PSK。
以逻辑共享数据信道为例说明，其业务数据单元SDU的格式如下图3所示，由SYSTEM域、LENGTH域和DATA域组成，其中长度为1比特的SYSTEM域用于指示是系统数据包还是用户数据包，长度为14比特的LENGTH域表示整个SDU的长度(以BYTE为单位)。最后的DATA域为变长，其长度由用户发送的数据包决定。
整个业务数据单元SDU需要添加校验位CRC后成为协议数据单元PDU，并在在上行或下行共享数据信道DCH上传输。上行或下行共享数据信道DCH根据调试进行编码，并通过资源要素映射(resource elements)计算的信息比特数需要大于等于数据信道的PDU，多出部分做符号级的循环重复处理。
在共享数据信道中，重复组参数RG的取值可以取最大的RG值，该最大的RG值由相应的参数MAX-RG确定，参数MAX-RG的取值与对应RG值的关系如下表2所示。
表2参数MAX-RG取值与重复组参数RG取值的关系表
参数MAX-RG 重复组参数RG的取值
0 1
1 2
2 3
3 4
共享数据信道DCH的编码码率由系统编码码率参数决定，编码位产生后将做位(bit)级别的加扰，然后按星座映射成调制符号，和PCP一起生成数据符号，接着做符号级(symbol)的重复和二次加扰，得到最后一个时隙的数据信道的数据供发送。
所述二次加扰处理是指对加载好具体数据的数据符号进行符号级别的加扰，并根据加扰结果做相应的滤波处理，得到最终用于发送和传输的数据。
在一个实施例中，所述符号级别的加扰方法如下：首先产生随机字符串，可以由Golden序列发生器来产生，得到一个位数为一个帧中所有数据符号数目的随机序列；然后将处理后的帧中的所有数据符号内的样点数据与位调制后的随机序列流数据依次相乘。
在现有的通信系统加扰中通常都是针对位(bit)或QAM级别的加扰，而本发明实施例中是针对位和符号级的加扰，既能对抗同频同系统的干扰，同时接收机复杂度增加较小。
在数据发送前，还需要做滤波处理，而一般的成形滤波器，如root cosine filter等设计会带来信号幅度的波动，破环整个物联网通信系统恒定幅度的设定。虽然GMSK调制也在相位域做了高斯滤波，然后做MSK相位累加等操作，GMSK可以获得非常好的带外抑制能力，然而但其只能工作在BPSK的信号调制下，频谱效率不能有效提高。
为此本实施例还提供了一种创新性的相位滤波滤波器，让其同1/2Pi BPSK，1/4PiQPSK，1/8Pi 8PSK同时工作。本实施例提供的相位滤波器在相位域进行，不会破坏恒模的特性，但由于相位有2pi的翻转问题，很难直接做相位滤波，因此提供相位滤波器处理流程为下图5所示：
首先将相位调制后的符号经过unwrap解卷绕处理，主要用于处理相位的2pi反转问题，通过unwrap解卷绕操作将0～2pi范围内的符号范围变换到线性范围，相位更连续。然后做插值(interpolation)和高斯滤波(Gaussian filter)处理后，再通过Wrap处理变换0～2pi的相位内，最后去推动射频端的压控振荡电路。
如下图6所示，为通过该相位滤波处理过程后，输入相位、unwrap解卷绕后的相位、插值滤波后的相位，以及wrap恢复后的相位滤波结果。
实施例3，该实施例提供一种用于无线通信的设备，该设备包括处理器，所述处理器用于基于共享数据信道((DCH)将数据信息进行预处理后，按照预定义的数据符号格式映射加载到数据符号中，并在进行二次加扰处理后用于数据传输。
综上所述，本发明的各实施例提供了通过一种广域物联网通信中的基于共享数据信道(DCH)的信息发送方法和相应的无线通信设备。基于上述实施例中的信息发送方法和通信装置，在广域的无线物联网通信中能够完成高效稳定且低功耗的物联网数据通信。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种用于无线通信的方法，其特征在于，基于共享数据信道(DCH)将数据信息进行预处理后，按照预定义的数据符号格式映射加载到数据符号中，并在进行二次加扰处理后用于数据传输，所述共享数据信道用于承载短消息和PDU数据的传输。
2.如权利要求1所述的一种用于无线通信的方法，其特征在于，所述数据信息为源信息字符串，包括短消息字符串和PDU数据字符串；所述数据符号表示一个无线通信的数据传输单位，由控制加数据组成。
3.如权利要求1或2所述的一种用于无线通信的方法，其特征在于，所述预定义的数据符号格式由PCP控制序列和DATA数据序列组成；所述PCP是指用于抗干扰的预定义变长的可变循环前缀。
4.如权利要求1所述的一种用于无线通信的方法，其特征在于，所述将数据信息进行预处理是指将源信息字符串依次经过CRC校验、信道编码、比特级别加扰和调制处理，所述CRC校验选取的CRC参数类型包括短消息CRC类型和数据包CRC类型。
5.如权利要求3所述的一种用于无线通信的方法，其特征在于，所述按照预定义的数据符号格式映射加载到数据符号中是指将预处理后的信息数据和PCP参数数据分别映射到数据符号中的DATA数据序列位置和PCP控制序列位置处，得到加载完的数据符号；
所述PCP参数数据的长度和取值根据当前无线通信的通信设备、物理层信道确定。
6.如权利要求1所述的一种用于无线通信的方法，其特征在于，所述进行二次加扰处理是指加载完数据的数据符号再次进行符号级别的加扰，并根据加扰结果做相应的滤波处理，得到最终用于发送和传输的数据。
7.如权利要求6所述的一种用于无线通信的方法，其特征在于，所述符号级别的加扰包括将数据符号内的样点数据与随机序列流数据依次相乘。
8.如权利要求6所述的一种用于无线通信的方法，其特征在于，所述滤波处理包括以下步骤：首先将相位调制后的符号数据经过解卷绕处理，然后进行插值和高斯滤波，再将相位恢复至0～2pi的相位内。
9.一种用于无线通信的信道传输设备，其特征在于，该设备包括处理器，所述处理器用于基于共享数据信道((DCH)将数据信息进行预处理后，按照预定义的数据符号格式映射加载到数据符号中，并在进行二次加扰处理后用于数据传输，所述共享数据信道用于承载短消息和PDU数据的传输。
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