УПРАВЛЕНИЕ ИНТЕРВАЛОМ ВРЕМЕНИ ПЕРЕДАЧИ
TRANSMISSION TIME INTERVAL CONTROL

Область техники
Настоящее изобретение относится к управлению длительностью интервала времени передачи в системе мобильной связи. Уровень техники
В системах мобильной сотовой связи восходящий канал (UL, uplink) и нисходящий канал (DL, downlink) мобильных устройств (устройств пользователя (UE, user equipment)) обычно выровнены по времени. Выравнивание временных интервалов касается передачи и приема в базовой станции (BS, base station). Иными словами, те сигналы, что должны передаваться в одном и том же временном интервале в нисходящем направлении, передаются базовой станцией одновременно, а сигналы, которые передаются в том же самом временном интервале в восходящем направлении, передаются устройствами UE с индивидуальным опережением по времени, что приводит к одновременному приему в базовой станции.
Опережение по времени (ТА, timing advance) задается и поддерживается между устройством UE и станцией BS путем измерения временных параметров на станции BS и их явной передачи в устройство UE с использованием протокола управления доступом к среде (MAC, medium access control). Это описано, например, в документе 3GPP TS 25.321 (стандарт мобильной связи).
При первоначальном доступе, когда информация об относительной синхронизации недоступна в устройстве UE или в станции BS, устройство UE выполняет процедуру первоначального произвольного доступа путем передачи преамбулы канала произвольного доступа (RACH, random access channel) точно на границе кадра нисходящего канала. Станция BS измеряет смещение между границей субкадра нисходящего канала и границей субкадра принятого сигнала, рассчитывает значение ТА и отправляет его в устройство UE с целью настройки синхронизации последующей передачи.
Во время последующих событий передачи UL базовая станция может снова измерить временные параметры и при необходимости скорректировать ТА. Подробные сведения относительно порядка использования 6-разрядной команды опережения по времени для управления опережением или задержкой синхронизации передачи в восходящем канале устройства UE приведены в разделе 4.2.3 документа 3GPP TS 36.213. После приема информации ТА устройство UE запускает таймер и по завершении его отсчета рассматривает параметры синхронизации как не выровненные и для следующей передачи вновь запускает процедуру произвольного доступа.
Интервал времени передачи (TTI, transmission time interval) - это интервал времени для передачи одного пакета данных (PDU, packet data unit) уровня 2. Интервал TTI включает в себя группу блоков ресурсов для передачи, в которых применяется одинаковое кодирование и модуляция. Это также самый короткий период времени, в течение которого можно оценить коэффициент битовых ошибок (BER, bit error rate). Следовательно, в системах беспроводной связи с адаптацией канала обычно выгодно иметь короткий TTI, чтобы быстро адаптироваться к изменяющемуся состоянию радиоканала.
В системах LTE применяется фиксированная длительность TTI, равная 1 мс. В системах UMTS и HSPA это значение равно 2 мс, 10 мс (или 20 мс, 40 мс, 80 мс для некоторых каналов) и для данного канала остается неизменным.
Для радиоинтерфейса следующего поколения (5G) предусмотрен значительно меньший по длительности и адаптивный TTI, а также одновременное использование различных значений TTI для различных пользователей или различных каналов в одном частотном диапазоне (или в пределах одной сетки временных/частотных ресурсов). Можно ожидать использования значений в диапазоне 1/5…1/10 от TTI стандарта LTE, т.е. длительность TTI от 0,1 до 0,2 мс.
Поскольку все биты данных в одном TTI кодируются и передаются вместе, при любой пересылке данных требуется ожидать декодирования всех битов. Кроме того, любые средства обратной связи, основанные на результате декодирования (успешное/неуспешное), например, такой механизм коррекции ошибок, как гибридный автоматический запрос повторной передачи (HARQ, hybrid automatic repeat request), должны ожидать завершения декодирования. Таким образом, меньший TTI более выгоден для сокращения задержки передачи в тракте передачи данных и обеспечивает более быструю обратную связь и пересылку данных.
С другой стороны, сокращение TTI сопряжено с некоторыми недостатками. При уменьшении TTI уменьшается и длина символа (чтобы символ умещался в пределах TTI). При этом для борьбы с межсимвольными помехами, особенно в системах на основе мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM, orthogonal frequency-division multiplexing), таких как LTE, требуется циклический префикс или постфикс (CP, cyclic prefix/postfix). Длина CP зависит от максимального предполагаемого разброса задержки в каналах с многолучевым распространением, т.е. CP нельзя так просто уменьшить при уменьшении TTI.
Другая проблема, возникающая при уменьшении TTI, заключается в практически постоянном количестве управляющей информации, которая передается в каждом TTI, например, при планировании ресурсов DL-TTI (указании принадлежности TTI), планировании канала UL и передаче другой необходимой управляющей информации. Управляющая информация формируется главным образом для всего TTI, а не для отдельных битов, поэтом в каждом TTI должно передаваться одинаковое количество управляющей служебной информации.
Таким образом, если длительность TTI уменьшается при сохранении длины CP и объема управляющей информации, то уменьшается объем данных в TTI, а служебная информация не изменяется, т.е. уменьшается соотношение объема полезных данных и служебной информации. Это соотношение представляет собой весьма важный параметр для эффективных систем передачи и его не следует игнорировать.
В документе US 20140321440 A1 описана система мобильной сотовой связи, в которой предусмотрены по меньшей мере две различные длительности TTI для передачи данных. Описан динамический выбор, причем для множества мобильных устройств в соте осуществляется индивидуальный динамический выбор, т.е. различные мобильные устройства могут иметь различные настройки TTI. Приводятся примеры, в которых TTI может быть короче при хороших условиях передачи (например, когда устройство UE расположено близко к BS и помехи незначительны) или длиннее при плохих условиях передачи (например, когда устройство UE расположено на краю соты NodeB и присутствуют значительные помехи).
В документе US 20140321440 A1 не описан выбор TTI в зависимости от фактического расстояния между UE и BS, например, измеренного по опережению по времени. Даже когда упоминаются различные TTI, выбираемые для устройств UE, расположенных рядом с BS, и устройств UE, расположенных на границе соты, описываются только различные характеристики приема (или, как говорится в документе, различный бюджет линии связи), но не упоминается фактическое расстояние, которое определяется по задержке распространения и измеряется с использованием процедуры и результата выравнивания временных параметров.
В документе US 20140185441 A1 описана система для изменения длительности TTI (например, с 2 мс на 10 мс или наоборот) в зависимости от занятости ресурса для достижения баланса между качеством обслуживания (QoS, quality of service) пользователя и пропускной способностью соты. Учитываются только нагрузка и доступные ресурсы, но не расстояние между UE и BS или опережение по времени.
В документе US 7515579 описана система для динамического выбора одного из двух значений длительности TTI, например, 2 мс и 10 мс. Система связи позволяет мобильному устройству использовать TTI длительностью 2 мс в течение тех периодов времени, когда доступен более качественный радиоканал, и TTI длительностью 10 мс в течение тех периодов времени, когда доступен менее качественный радиоканал.
В документе US 20150016431 A1 описан способ определения длительности TTI, предусматривающий передачу устройством UE запроса определенного TTI и обработку этого запроса в базовой станции. В документе US 20120039182 описано изменение длительности TTI в зависимости от конфигурации циклического префикса, причем информация о конфигурации циклического префикса передается устройством UE. В документе R-160937 с совещания 3GPP TSG RAN WG1 #84 описано уменьшение длительности TTI с целью сокращения задержки. В трудах конференции IEEE ICC 2014 (Е. Lahetkangas et al., Achieving low latency and energy consumption by 5G TDD mode optimization) описано планирование задержки в системе мобильной связи и использование более короткого циклического префикса и защитного интервала для сокращения длительности кадров.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предложен способ определения длительности интервала времени передачи, используемого для связи между устройством пользователя и базовой станцией после получения нового запроса на обслуживание, где длительность интервала времени передачи выбирается в зависимости от значения опережения по времени, используемого устройством пользователя для связи с базовой станцией.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения, относящегося к способу, представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В изобретении обеспечен соответствующий узел сети радиодоступа и элемент базовой сети, предназначенные для реализации способа согласно данному изобретению. Согласно еще одному аспекту изобретения представлено устройство пользователя, предназначенное для определения длительности интервала времени передачи с использованием параметра опережения, полученного с базовой станции.
Настоящее изобретение позволяет оптимально выбирать значения длительности TTI в системе, позволяющей одновременно использовать несколько различных значений длительности TTI (например, в пределах одной сетки временных/частотных ресурсов).
Как описано выше, меньший TTI значительно сокращает задержку тракта передачи данных, что желательно для таких сервисов, как игры, интерактивное общение и т.д. Поскольку эффективность настройки физического уровня снижается при меньшем TTI, особенно когда присутствует значительный разброс задержки при многолучевом распространении (и требуется большая длина CP) и количество управляющей служебной информации остается прежним или увеличивается, то меньшие интервалы TTI следует использовать, только если эффективность возможно поддерживать выше минимального требуемого значения. Меньшие TTI не должны использоваться, если ухудшается эффективность системы (например, снижается ниже определенного порогового значения). При больших TTI увеличивается задержка тракта передачи данных, но также увеличивается эффективность при больших разбросах задержки распространения.
Настоящее изобретение позволяет выбирать значение TTI надлежащим образом с учетом предполагаемого разброса задержки и требований к обслуживанию для соответствующего пользователя и канала.
Выбор первоначально основывается на расстоянии между устройством UE и станцией BS. Как известно (например, из работы Larry J., Greenstein et al., A new path-gain/delay-spread propagation model for digital cellular channels, IEEE Trans Vehicular Technology Vol. 46, 2, May 1997, pp 477-485), разброс задержки и расстояние взаимосвязаны, поэтому расстояние можно использовать для определения предполагаемого разброса задержки многолучевого распространения и необходимой длины СР. Расчетная длина CP определяет минимальную длительность TTI, которая должна быть задана так, чтобы обеспечить эффективность системы выше требуемого значения.
Расстояние между UE и BS можно определить на основании значения ТА, которое задает BS путем измерения временных параметров принятых сигналов UL, как указано в разделе с описанием уровня техники. Таким образом, значение ТА можно использовать для определения минимально возможной длительности TTI.
Затем фактически используемая длительность TTI выбирается в диапазоне между расчетной минимально возможной и максимальной, определенной в зависимости от требований к качеству обслуживания и необходимой эффективности, т.е. максимально допустимого количества служебной информации для CP и управления.
При расчете предполагаемого максимального разброса задержки помимо расстояния можно учитывать географическое или геологическое окружение базовой станции и UE. В обстановке очень незначительного многолучевого распространения, например, в море или вблизи побережья, при большем расстоянии между UE и BS, можно использовать меньший CP и, следовательно, меньший TTI. В горах вероятность многолучевого распространения, приводящего к большому разбросу задержки, чрезвычайно высока, что требует большей длины CP и большей длительности TTI.
Поэтому еще один аспект настоящего изобретения заключается в оценке обстановки с целью получения возможных значений длительности TTI. Такие среды, как море или горы, не изменяются и могут быть определены оператором сети по местоположению BS. Однако возможны и другие среды, которые требуют учета информации о местоположении UE. Станция BS может рассчитывать местоположение UE или может принимать информацию о местоположении из UE. Информация о местоположении может включать в себя высоту над уровнем земли, чтобы для самолетных и наземных устройств UE можно было использовать различную обработку.
Еще один аспект настоящего изобретения заключается в изменении выбранного TTI в случае значительного изменения одного или нескольких параметров, используемых для выбора TTI. Благодаря изменению длительности TTI, система становится более динамичной и приспособляемой к перемещениям пользователя, которые приводят к изменению расстояния между BS и UE или характеристик окружающей обстановки.
Краткое содержание чертежей
Далее представленные лишь в качестве примеров целесообразные варианты осуществления изобретения описаны со ссылками на следующие чертежи.
На фиг. 1 представлена последовательность сообщений из уровня техники.
На фиг. 2 представлена блок-схема первого варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлена блок-схема второго варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 представлена блок-схема третьего варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 представлена схема используемой в данном изобретении последовательности сообщений.
На фиг. 6 представлена альтернативная схема последовательности сообщений.
На фиг. 7 представлена еще одна альтернативная схема последовательности сообщений.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлена известная процедура первоначальной синхронизации базовой станции и UE. Устройство UE отправляет преамбулу произвольного доступа (RA, random access) в станцию BS.
1
p-DL
2'
3'
Начало передачи UE точно соответствует границе кадра (FB, frame boundary), которая определена по сигналам DL, ранее переданным станцией BS. Граница FB, определенная в UE, например, FB на фиг. 1, задержана относительно соответствующей границы в BS на величину задержки распространения канала DL (T), которая обусловлена расстоянием между UE и BS. Границы следующих кадров, например, FB, FB, … определяются путем приема последующих сигналов нисходящего канала или с использованием внутренней синхронизации UE.
p-UL
p-ULDL
2
Следовательно, время передачи преамбулы произвольного доступа задержано и прием в BS преамбулы RA происходит с такой же или с близкой по величине задержкой распространения Т. Таким образом, базовая станция принимает преамбулу RA с задержкой T относительно FB (см. фиг. 1).
p-ULDL
BS определяет значение опережения по времени (ТА) на основании T и, возможно, других оказывающих влияние параметров и передает ответ RA, который, помимо других информационных элементов, необходимых для процесса первоначального доступа, содержит значение ТА.
Устройство UE корректирует синхронизацию всех своих последующих передач UL согласно этому значению ТА так, чтобы сигналы UL из UE принимались станцией BS точно в соответствии с предполагаемой синхронизацией.
p-UL
p-DL
ТА соответствует задержке распространения T в UL (которая идентична задержке распространения T в DL). Таким образом, ТА также можно использовать для измерения расстояния между UE и BS.
Кроме того, сигналы UL из устройства UE, содержащие, например, управляющую информацию или пользовательские данные, могут анализироваться базовой станцией на предмет синхронизации с целью дополнительной корректировки ТА с использованием сигналов MAC.
На фиг. 2 представлена упрощенная блок-схема процедуры конфигурирования нового сервиса согласно настоящему изобретению.
Новый сервис может требоваться в UE для передачи данных. С новым сервисом может быть связан пользователь, качество того или иного вида обслуживания (QoS), ожидаемое пользователем сервиса, и/или приоритет. В качестве примеров рассматриваются сервисы следующих трех различных видов.
Сервис 1: канал передачи данных для диалогового видео с высокой скоростью передачи данных и односторонней задержкой радиоканала, не превышающей 10 или 20 мс.
Сервис 2: канал, используемый для игрового приложения, для которого требуется низкая односторонняя задержка, не превышающая приблизительно 2 мс.
Сервис 3: сервис потокового видео, нечувствительный к задержке (100 мс).
Максимальный TTI можно оценить по значению QoS, запрошенному для сервиса, которое способно надежно обеспечивать требуемые ограничения по задержке. Соответственно, запрошенное значение QoS можно дополнительно учитывать при определении подходящего TTI.
В случае представленных выше примеров для сервиса 1 лучше всего использовать TTI длительностью 0,5 мс, сервис 2 требует TTI длительностью 0,1 мс, а для сервиса 3 приемлемы все значения длительности TTI.
В любой момент перед или после поступления нового запроса на обслуживание значение опережения по времени (ТА) может быть получено, например, как описано выше, во время выполнения процедуры первоначального произвольного доступа или во время дополнительного обмена данными между UE и BS. Значение ТА также может приниматься в процессе передачи сигналов MAC из BS в UE. При этом лишь один из этих вариантов необходим для получения ТА в блоке расчета/получения ТА (см. фиг. 2).
Далее значение ТА используется для оценки минимального TTI, требуемого для поддержания эффективности передачи выше определенного настраиваемого порогового значения. Эффективность для различных значений TTI и вариантов управляющей служебной информации можно рассчитать с учетом длины CP, необходимой для предполагаемого многолучевого распространения. Затем для расчета эффективности можно использовать соотношение времени, необходимого для передачи служебной информации, и оставшегося времени для передачи полезных данных в TTI определенной длительности. Требуемая эффективность может представлять собой изменяемое значение, принимаемое в расчет, как показано на фиг. 2.
Затем вместе собираются два значения TTI, т.е. минимальный TTI, необходимый для обеспечения минимальной эффективности или для обслуживания на данном расстоянии между UE и BS, и максимальный TTI, необходимый для обеспечения QoS, требуемого для сервиса.
Если имеется одно или несколько значений TTI, соответствующих обоим критериям, эти значения TTI используются в качестве кандидатов, среди которых можно выбрать одно значение TTI. Целесообразно обеспечить максимальную эффективность, поэтому из множества подходящих TTI выбирается максимальный TTI.
Если интервалы TTI, соответствующие обоим критериям, отсутствуют, следует найти компромисс или отклонить запрос на обслуживание. Может быть приемлемым TTI, обеспечивающий незначительно сниженную эффективность при удовлетворительных или незначительно превышающих ограничение задержках.
После обнаружения подходящего TTI он используется для конфигурирования ресурсов сервиса.
Подобный альтернативный процесс представлен на фиг. 3. Требуемая эффективность может быть не настраиваемым параметром, а определяться в зависимости от вида запрошенного сервиса. Иными словами, для некоторых сервисов могут быть более важны требования к задержке в канале и может быть приемлемой эффективность передачи ниже нормальной. Для других сервисов требования к задержке могут быть менее важны, если при этом не снижается эффективность передачи.
На фиг. 3 представлен шаг процесса определения эффективности системы, который может осуществляться с учетом не только вида сервиса, но и запросчика сервиса (пользователь, подписчик, человек или машина и т.д.). Запросчик также может определять приоритет запроса, который может влиять на определение эффективности, если запрашивается равнодоступный сервис.
Еще один альтернативный вариант представлен на фиг. 4. При определении минимального значения TTI могут учитываться данные об окружающей обстановке. Данные об окружающей обстановке могут способствовать определению предполагаемого разброса задержки многолучевого распространения и, следовательно, необходимой длины CP для приема данных без межсимвольных помех. Длина CP затем учитывается при расчете ограничений TTI.
Данные об окружающей обстановке возможно определять из различных входных параметров, получаемых из различных источников информации.
В качестве примера такого параметра можно привести местоположение базовой станции (которая может быть стационарной или подвижной) и/или местоположение устройства UE. В сочетании с географическими данными, такими как топология местности или высота расположения UE или BS, местоположение может обеспечить информацию о предполагаемом разбросе задержки при многолучевом распространении и, таким образом, повлиять на выбор длины CP и длительности TTI.
Среду с многолучевым распространением сигнала также можно оценить путем измерений. Базовая станция может измерить разброс задержки многолучевого распространения для соединений с другими устройствами UE или для разных каналов связи с одним и тем же устройством UE. Элементы сети, такие как другие BS, могут передавать результаты измерений в BS, обеспечивая возможность определения разброса задержки распространения.
Может учитываться и другая контекстная информация, например, время, дата или окружающая обстановка, например, погода, объем трафика и т.д.
Любые альтернативные варианты, представленные здесь и изображенные на фиг. 2-4, могут использоваться в любых сочетаниях представленных способов.
Представленные способы и их шаги, показанные на фиг. 2, предназначены для выполнения в узле сети радиодоступа (RAN, radio access network), таком как BS, или в элементе базовой сети (CN, core network). Но это лишь один пример, поскольку на элемент, в котором выполняются процедуры, не накладывается каких-либо ограничений. На практике эти способы могут выполняться станцией BS, или устройством UE, или станцией BS и устройством UE совместно.
На фиг. 5 представлен способ с основными шагами оценки и расчета, выполняемыми в BS. Устройство UE отправляет запрос на обслуживание с указанием требуемого значения QoS, a BS использует доступную информацию для определения оптимального значения TTI, на основе которого выделяются ресурсы для предоставления сервиса устройству UE. Запрос обслуживания из UE в BS может содержать информацию о местоположении UE (такую как широта, долгота, высота над уровнем моря и точность), которая может помочь BS определить требуемую длину CP и, следовательно, возможные значения длительности TTI.
На фиг. 6 представлен подобный способ, в котором значение TTI определяется из запрошенного значения QoS в устройстве UE. В этом случае запрос обслуживания содержит требуемое значение TTI, а станция BS предоставляет TTI после сопоставления этого запроса с вариантами, оставшимися после учета выравнивания временных параметров и ограничений CP, полученных из информации об окружающей обстановке.
Согласно раскрытому здесь способу eNB (или другой узел) может определять разные значения длительности TTI для одновременного применения в системе беспроводной связи. Это означает, что различным ресурсам могут назначаться разные значения длительности TTI (например, в зависимости от различных критериев, как описано выше) в пределах сетки временных/частотных ресурсов.
На фиг. 7 представлен способ с основными шагами, выполняемыми в UE. Окончательное значение TTI запрашивается одновременно с сервисом, а станция BS в конце предоставляет ресурсы на основе полученного в UE значения TTI, если соответствующие ресурсы свободны.
Несмотря на то, что данное изобретение описано применительно к определению интервала времени передачи, параметр опережения по времени также может использоваться для определения подходящей длины циклического префикса или постфикса. Соответственно, в описании данного изобретения интервал времени передачи заменяется на циклический префикс или постфикс. Таким образом, в данном изобретении дополнительно предложен способ определения длины циклического постфикса или префикса, используемого для связи между устройством пользователя и базовой станцией после получения нового запроса на обслуживание, при этом длина постфикса или префикса выбирается в зависимости от значения опережения по времени, используемого устройством пользователя для связи с базовой станцией. Следующие независимые и зависимые пункты формулы изобретения могут применяться с соответствующими изменениями.