Td-lte下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法
【专利摘要】TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法，涉及一种基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法。它是为了在无基站区域实现用户的集群注册与注销，以及实现脱网通信信息与在网通信信息的相互传递。本发明使集群用户在公网TD-LTE脱网直通的情况下（即：没有eNode-B），当某个用户检测到基站时，完成用户在在网通信与脱网通信的并存，并进行集群注册（附着）以及脱网通信信息向集群调度中心的传递，以及上述过程相反的过程，即集群调度中心向其他脱网用户的信息传递，以及用户注销（去附着，用户从用网变成脱网）。本发明适用于TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输。
【专利说明】TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法。
【背景技术】
[0002]在一个无基站区域，存在一个脱网直通的群组(集团)，此时群组内某用户进入了基站信号覆盖区(或该用户从基站信号覆盖区又进入脱网区)，目前还无法实现下述通信:
[0003]1、该用户的集群注册与注销；2、脱网通信信息与在网通信信息的相互传递。
【发明内容】
[0004]本发明是为了在无基站区域实现用户的集群注册与注销，以及实现脱网通信信息与在网通信信息的相互传递，从而提供一种TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法。
[0005]TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法，
[0006]脱网到在网的集群注册的方法由以下步骤实现:
[0007]步骤Al、脱网用户A接收来自脱网频段信息的同时，检测基站所处频段的中心频点，并接收来自基站频点发送来的主同步信号和辅同步信号，并通过TD-LTE中的传统方式与基站进行下行同步和上行同步；
[0008]步骤A2、脱网用户A向移动管理实体MME发送注册请求；
[0009]步骤A3、移动管理实体MME对脱网用户A的身份进行鉴权，检测脱网用户A所在的群组，并判断脱网用户A是否通过检测，如果判断结果为否，则结束脱网用户A的集群注册；如果判断结果为是，则移动管理实体通过MME完成脱网用户A到移动管理实体承载的建立；脱网用户A获得在网群组的信息，并与在网群组的信息进行信息传递，完成脱网到在网的集群注册；
[0010]脱网信息与在网信息的相互传递方法包括:脱网信息向在网集群进行信息传递和脱网用户接收在网集群的信息；
[0011]所述脱网信息向在网集群进行信息传递的方法为:
[0012]在单播网关或多播网关的控制下，脱网用户A通过基站覆盖区域的PUSCH信道将脱网通信接收到的信息向移动管理实体MME转发，实现脱网信息向在网集群进行信息传递;
[0013]脱网用户接收在网集群的信息的方法为:在单播网关或多播网关的控制下，集群调度控制中心将信息通过组播或单播的形式通过多媒体的方式在roscH信道上发送到脱网用户A，脱网用户A将接收到的信息进行存储，并发送子帧将该信息发送到脱网直通的集群中，实现在网集群向脱网信息进行信息传递；
[0014]在网到脱网的集群注销的方法由以下步骤实现:
[0015]步骤B1、集群调度中心通过移动管理实体MME定时检测用户B的激活状态，即定时检测用户B是否在网；并判断定时检测是否超时，如果判断为否，则执行步骤B2 ;如果判断结果为是，则向用户B发起状态查询请求；
[0016]步骤B2、返回执行步骤BI ;
[0017]步骤B3、集群调度中心通过移动管理实体MME判断状态查询请求是否得到用户B的响应，如果判断结果为是，则返回执行步骤BI ;如果判断结果为否，则在集群系统中将用户B的标识设为离线，完成在网到脱网的集群注销。
[0018]所述脱网信息向在网集群进行信息传递的方法具体为:
[0019]脱网用户A可以采用两种方式将脱网信息向集群调度中心进行转发:
[0020](I)、非实时:脱网用户A通过内置在终端内的集群APP将脱网直通的信息通过多媒体的形式进行发送；
[0021](2)实时:脱网用户A在基站为其安排的上行帧内将转发子帧的内容向上进行连续的信息转发。
[0022]所述脱网信息向在网集群进行信息传递的过程中，用户将其它脱网用户的GPS定位信息连同自己要发送的信息通过PSCH信道发送给集群调度中心。
[0023]各脱网用户和各在网用户均为双模手机。
[0024]脱网直通的信息为:语音信息、视频信息或图片信息。
[0025]本发明在无基站区域实现了用户的集群注册与注销，以及实现脱网通信信息与在网通信信息的相互传递。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是现有的基于群组的脱网直通方法的线程示意图；
[0027]图2是现有的基于群组的脱网直通中继方法的线程示意图；
[0028]图3是TD-LTE中的典型集群架构示意图；
[0029]图4是【具体实施方式】一中的区域信息的原理示意图；
[0030]图5是本发明的脱网到在网的注册原理示意图；
[0031]图6是本发明的在网到脱网的注销原理示意图；
【具体实施方式】
[0032]【具体实施方式】一、TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法，
[0033]脱网到在网的集群注册的方法由以下步骤实现:
[0034]步骤Al、脱网用户A接收来自脱网频段信息的同时，检测基站所处频段的中心频点，并接收来自基站频点发送来的主同步信号和辅同步信号，并通过TD-LTE中的传统方式与基站进行下行同步和上行同步；
[0035]步骤A2、脱网用户A向移动管理实体MME发送注册请求；
[0036]步骤A3、移动管理实体MME对脱网用户A的身份进行鉴权，检测脱网用户A所在的群组，并判断脱网用户A是否通过检测，如果判断结果为否，则结束脱网用户A的集群注册；如果判断结果为是，则移动管理实体通过MME完成脱网用户A到移动管理实体承载的建立；脱网用户A获得在网群组的信息，并与在网群组的信息进行信息传递，完成脱网到在网的集群注册；[0037]脱网信息与在网信息的相互传递方法包括:脱网信息向在网集群进行信息传递和脱网用户接收在网集群的信息；
[0038]所述脱网信息向在网集群进行信息传递的方法为:
[0039]在单播网关或多播网关的控制下，脱网用户A通过基站覆盖区域的PUSCH信道将脱网通信接收到的信息向移动管理实体MME转发，实现脱网信息向在网集群进行信息传递;
[0040]脱网用户接收在网集群的信息的方法为:在单播网关或多播网关的控制下，集群调度控制中心将信息通过组播或单播的形式通过多媒体的方式在roscH信道上发送到脱网用户A，脱网用户A将接收到的信息进行存储，并发送子帧将该信息发送到脱网直通的集群中，实现在网集群向脱网信息进行信息传递；
[0041]在网到脱网的集群注销的方法由以下步骤实现:
[0042]步骤B1、集群调度中心通过移动管理实体MME定时检测用户B的激活状态，即定时检测用户B是否在网；并判断定时检测是否超时，如果判断为否，则执行步骤B2 ;如果判断结果为是，则向用户B发起状态查询请求；
[0043]步骤B2、返回执行步骤BI ;
[0044]步骤B3、集群调度中心通过移动管理实体MME判断状态查询请求是否得到用户B的响应，如果判断结果为是，则返回执行步骤BI ;如果判断结果为否，则在集群系统中将用户B的标识设为离线，完成在网到脱网的集群注销。
[0045]所述脱网信息向在网集群进行信息传递的方法具体为:
[0046]脱网用户A可以采用两种方式将脱网信息向集群调度中心进行转发:
[0047](I)、非实时:脱网用户A通过内置在终端内的集群APP将脱网直通的信息通过多媒体的形式进行发送；
[0048](2)实时:脱网用户A在基站为其安排的上行帧内将转发子帧的内容向上进行连续的信息转发。
[0049]所述脱网信息向在网集群进行信息传递的过程中，用户将其它脱网用户的GPS定位信息连同自己要发送的信息通过PSCH信道发送给集群调度中心。
[0050]名词解释:
[0051]资源单元:一个资源单元由频域上一个子载波(15KHZ)和时域上一个0.5/7ms的时隙组成(拓展CP时为0.5/6ms)。
[0052]SC-FDMA符号:一个SC-FDMA符号由频域上纵向的多个连续的子载波和时域上
0.5/7ms组成(使用拓展CP (循环前缀)时时域上的长度为0.5/6ms)。一个时隙(0.5ms)包括7个或6个SC-FDMA符号。
[0053]PRB (物理资源块):一个PRB块由频域上12个连续的子载波和时域上的0.5ms组成[12X7 (6)个资源单元]，同时一个最小带宽需要72个子载波(共1.08MHZ)。
[0054]在本发明中控制信道信息(PCCH)和数据信道信息(PSCH)不同时发送。
[0055]同步过程:通过主同步信号(Zadoff-Chu序列，PSS)和辅同步信号(m序列，SSS)，首先由终端本身生成的序列与PSS相关，取得时间同步；接着通过SSS和PSS位置之间固定的关系找到SSS进行频率同步，至此同步结束。
[0056]子帧:一个子帧由两个0.5ms的时隙组成，长度为1ms。[0057]无线子帧:一个无线子帧由5个长度为Ims的子帧组成，长度为5ms。
[0058]无线帧:一个无线帧由2个长度为5ms的无线子帧组成，长度为10ms。
[0059]假设条件:
[0060]1、终端采用双模手机，即终端之间通信均采取SC-FDMA的多址方式，而终端和基站间采用上行SC-FDMA，下行OFDMA的多址方式。
[0061]2、终端可以实时的进行信号的接收和解调。
[0062]3、脱网区域与基站区域占用不同的频段(因为脱网直通多用于救灾中，所用基站往往为应急基站，规模较小，同时脱网环境下所占频宽往往在5MHZ以内，因此可以将基站与脱网环境的设置为不同的频段)。
[0063]信道划分:将信道分为下面三类:
[0064]随机接入信道PRACH (—个):处于整个带宽中央1.08MHZ (6个PRB块)，用于发送接收:通话发起通知；通话占用的数据信道和控制信道位置。
[0065]数据信道PSCH (多个，取决于群组数和语音数据量):位于控制信道中间，占用多个带宽，用于发送接收数据。
[0066]控制信道PCCH (多个，每个数据信道有两个控制信道):位于数据信道的前方和后方，各占半个带宽(前半个可用于发送主同步信号，后半个用于发送辅同步信号)，从PSCH中划分出来，用于传输接收同步信息。
[0067]上行传输信道TOSCH:存在基站时，用户与基站进行数据传输的上行物理信道。
[0068]下行传输信道roscH:存在基站时，基站与用户进行数据传输的下行物理信道。
[0069]手机状态:
[0070]将手机状态分为以下两类:
[0071]发送态:手机为发话或转发方。
[0072]监听态:手机为监听信道态。
[0073]静默态:手机不监听信道，并且不向信道上发送或转发信息。
[0074]子帧状态:
[0075]将子帧状态划分为以下三类:
[0076]监听子帧:手机监听信道接受信息。
[0077]发送子帧:手机在信道上发送或转发信息。
[0078]静默子帧:手机不监听信道，并且不向信道上发送或转发信息。
[0079]原理:本发明是以“公网TD-LTE下基于群组的脱网直通通信方法(申请号:201310094607.6)”和“TD-LTE中脱网直通下基于群组通信的中继通信方法(申请号201310184263.8)”为基础而实现的:
[0080]所述公网TD-LTE下基于群组的脱网直通通信方法如图1所示，具体为:
[0081]它的群组内的一对多的语音通话方法由以下步骤实现:
[0082]步骤Al、群组内的一个用户A监听PSCH信道，寻找空闲的连续带宽；
[0083]步骤A2、用户A判断是否找到空闲的连续带宽，如果判断结果为是，则执行步骤A3 ;如果判断结果为否，则返回执行步骤Al ；
[0084]步骤A3、用户A向PRACH信道发送前导信息；
[0085]步骤A4、群组内的其它用户均监听PRACH信道，并均接收步骤A3中用户A发送的前导信息；
[0086]步骤A5、群组内的其它用户分别对步骤A4中接收到的用户A发送的前导信息进行同步解码，并均转到会话所要占用的带宽上进行群组内一对多的语音通话；
[0087]在该群组内的用户进行语音通信时，用户A定期向PRACH信道发送前导信息；
[0088]在该群组内的用户进行语音通信时，该群组内的所有用户均同步监听PRACH信道的信息；
[0089]将上述群组记为原群组，在该原群组内的一对多的语音通话过程中，它的多群组语音通话的切换由以下步骤实现:
[0090]步骤B1、新群组中的用户F监听PSCH信道，寻找空闲的连续带宽；
[0091]步骤B2、用户F判断是否找到空闲的连续带宽，如果判断结果为是，则执行步骤B3 ;如果判断结果为否，则返回执行步骤BI ；
[0092]步骤B3、用户F向PRACH信道发送前导信息；
[0093]步骤B4、原群组内的除用户A外的其它用户均监听PRACH信道，并均接收步骤B3中用户F发送的前导信息；
[0094]步骤B5、原群组内除用户A外的其它用户分别对步骤B4中接收到的用户F发送的前导信息进行同步解码，原群组内除用户A外每个用户均判断用户F的优先级是否大于用户A的优先级；如果判断结果为是，则执行步骤B6 ;如果判断结果为否，则保持与用户A之间的语首通/[目;
[0095]步骤B6、该原群组内用户转到会话所要占用的带宽上与新群组内的所有用户进行语首通/[目;
[0096]在原群组内的用户与新群组内的用户进行语音通信时，用户F定期向PRACH信道发送前导信息；
[0097]在原群组内的用户与新群组内的用户进行语音通信时，新群组中的每个用户均同步监听PRACH信道的信息。
[0098]步骤A3和步骤B3中所述的前导信息中均包括同步信息和会话所要占用的资源块
信息；
[0099]所述同步信息为:主同步信号和辅同步信号；
[0100]会话所要占用的资源块信息为:默认占用带宽的前2到3个资源块和最后2到3个资源块用于PCCH信道；其余的资源块用于PSCH信道。
[0101]TD-LTE中脱网直通下基于群组通信的中继通信方法具体为:
[0102]每个群组中包括N级用户组，N为正整数；第i+Ι级用户组与第i级用户组之间存在5ms的延迟；i为正整数且i小于N ;第一级用户组中包括发起信息用户A ；
[0103]每个用户组中包括M个用户，每个用户组中的用户之间能够互相通信；M为大于2的整数；
[0104]相邻两级用户组之间存在Z个中继用户；Z为正整数；
[0105]TD-LTE中脱网直通下基于群组通信的中继通信方法如图2所示，由以下步骤实现:
[0106]步骤Al、发起信息用户A监听PSCH信道，寻找空闲的连续带宽；
[0107]步骤A2、发起信息用户A判断是否找到空闲的连续带宽，如果判断结果为是，则执行步骤A3 ;如果判断结果为否，则返回执行步骤Al ；
[0108]步骤A3、发起信息用户A向PRACH信道发送前导信息；所述发送前导信息的时长为5ms,然后转入静默状态,所述静默状态的时长为5ms ；
[0109]步骤A4、发起信息用户A将全部待发送信息发送到要占用的连续带宽上；并执行步骤A5 ；
[0110]所述该信息发送过程按以下过程进行方式进行:
[0111]步骤A41、发起信息用户A转入发送状态，时长为5ms ；
[0112]步骤A42、发起信息用户A转入静默状态，时长为IOms ;然后返回执行步骤A41，直至发起信息用户A的待发送信息全部发送完毕；
[0113]步骤A5、Z个第一级中继用户均监听PRACH信道，并均接收步骤A3中发起信息用户A发送的前导信息，并进行同步解码，然后均将发起信息用户A发送的前导信息转发至PRACH信道上，然后转到要占用的连续带宽上；并执行步骤A6 ；
[0114]每个第一级中继用户转到要占用的连续带宽上后均按以下周期变化:
[0115]步骤A51、该中继用户转为监听状态，时长5ms ；
[0116]步骤A52、该中继用户转为发送状态，时长5ms ；
[0117]步骤A53、该中继用户转为静默状态，时长5ms ;然后返回执行步骤A51，直至将发起信息用户A的待发送信息全部转发完毕；
[0118]步骤A6、Z个第i+Ι级的中继用户均监听PRACH信道，并均接收Z个第一级中继用户转发的前导信息，并进行同步解码，然后将Z个第一级中继用户发送的前导信息转发至PRACH信道上，然后转到要占用的连续带宽上；并执行步骤A7 ；i的初始值为I ;
[0119]每个第二级中继用户执行该过程均按以下周期变化:
[0120]步骤A61、该中继用户转为监听状态，时长5ms ；
[0121]步骤A62、该中继用户转为发送状态，时长5ms ；
[0122]步骤A63、该中继用户转为静默状态，时长5ms ;然后返回执行步骤A61，直至将发起信息用户A的待发送信息全部转发完毕；
[0123]步骤A7、判断i的值是否为预设的级别最大值，如果判断结果为否，则令i的值加1，并返回执行步骤A6 ;如果判断结果为是，则完成一次TD-LTE中脱网直通下基于群组通信的中继通信；
[0124]步骤A3中的前导信息中均包括同步信息和会话所要占用的带宽信息；
[0125]所述同步信息为:主同步信号和辅同步信号；
[0126]会话所要占用的带宽信息为:默认占用带宽的前2个资源块和最后2个资源块用于PCCH信道；其余的资源块用于PSCH信道。
[0127]集群架构:在发明中，主要用到的集群架构如图3所示，由上至下主要包括:集群调度中心，PDN网关(分组数据网关)，单播网关，组播业务中心与组播网关，MME (移动管理实体)，enode B，用户终端。
[0128]区域信息:在无基站区域存在一个群组，由A，B, C，D，E，F组成，各节点间可以在基于前述两个专利申请下完成脱网下的半双工通信，并通过中继传输保证信息的全面送达，此时A进入到基站覆盖区，如图4所示。
[0129]方案流程如图5所示:[0130]脱网到在网的注册过程:
[0131]1、用户为双模手机，即用户在接收来自脱网频段信息的同时，检测基站所处频段的中心频点，此时A检测到基站(enode B)频点发送来的主同步信号与辅同步信号，并通过TD-LTE中的传统方式与基站进行下行同步和上行同步。
[0132]2、完成上下行同步后，A通过基站向MME发送注册请求。例如A通过终端内安装的集群APP向集群调度管理中心发送注册请求。
[0133]3、集群调度管理中心对A的身份进行鉴权，检测A所在的群组，通过检测后，通过MME完成A到集群调度管理中心承载的建立。
[0134]4、A通过默认承载面和集群APP完成双向鉴权以及用户组信息和优先级信息同步。即A获得A所在的群组信息(在网的群组)，并可与群组进行信息传递，至此完成脱网到在网的注册。
[0135]注:在过程1-4中，A因为是双模手机，同时因为频段不同，因此A同时还接收并中继转发来自脱网集群的消息。如果A原来注册过，则可以通过默认承载完成注册。
[0136]脱网信息与在网信息的相互传递:
[0137]1、在单播网关或多播网关的控制下，A通过基站覆盖区域的PUSCH信道可以选择性的将脱网通信接收到的信息实时地向集群调度管理中心转发，具体的，A可以采用两种方式将脱网信息向集群调度中心进行转发:
[0138](I)非实时:因为脱网直通的信息通常为一段语音或一段视频(或多张图片)，A可以通过内置在终端内的集群APP选择性地将脱网直通的信息通过多媒体的形式进行发送。
[0139](2)实时:A可以在基站为其安排的上行帧内将转发子帧(见“公网TD-LTE下基于群组的脱网直通通信方法”)的内容向上进行连续的信息转发，这样就将脱网通信的信息实时地转发到集群调度中心。
[0140]2、在单播网关或多播网关的控制下，集群调度控制中心可以将信息通过组播或单播的形式将信息通过多媒体的形式通过roscH信道发送到A，A将接收到的信息进行存储，在发送子帧(见“TD-LTE中脱网直通下基于群组通信的中继通信方法”)选择性的将该信息发送到脱网直通的集群中。
[0141]注:特别的，鉴于目前大部分手持终端内部含有GPS定位芯片，在脱网通信的过程中，用户可以将GPS定位信息连同自己要发送的信息通过PSCH信道进行发送，这样A就可以将各脱网用户的位置信息发送给集群调度中心，这样调度中心便可以实时地知道每个终端的位置，这在救灾抢险中非常具有应用价值。
[0142]在网到脱网的注销过程如图6所示:
[0143]1、集群调度中心通过集群APP定时检测用户A的激活状态，即定时检测A是否在网。
[0144]2、当定时检测超时时，发起状态查询请求。
[0145]3、请求没有得到用户A的相应，则在集群系统中将A的标识设为离线(注销)。
【权利要求】
1.TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法，其特征是: 脱网到在网的集群注册的方法由以下步骤实现: 步骤Al、脱网用户A接收来自脱网频段信息的同时，检测基站所处频段的中心频点，并接收来自基站频点发送来的主同步信号和辅同步信号，并通过TD-LTE中的传统方式与基站进行下行同步和上行同步； 步骤A2、脱网用户A向移动管理实体MME发送注册请求； 步骤A3、移动管理实体MME对脱网用户A的身份进行鉴权，检测脱网用户A所在的群组，并判断脱网用户A是否通过检测，如果判断结果为否，则结束脱网用户A的集群注册；如果判断结果为是，则移动管理实体通过MME完成脱网用户A到移动管理实体承载的建立；脱网用户A获得在网群组的信息，并与在网群组的信息进行信息传递，完成脱网到在网的集群注册； 脱网信息与在网信息的相互传递方法包括:脱网信息向在网集群进行信息传递和脱网用户接收在网集群的信息； 所述脱网信息向在网集群进行信息传递的方法为: 在单播网关或多播网关的控制下，脱网用户A通过基站覆盖区域的PUSCH信道将脱网通信接收到的信息向移动管理实体MME转发，实现脱网信息向在网集群进行信息传递； 脱网用户接收在网集群的信息的方法为:在单播网关或多播网关的控制下，集群调度控制中心将信息通过组播或单播的形式通过多媒体的方式在I3DSCH信道上发送到脱网用户A，脱网用户A将接收到的信息进行存储，并发送子帧将该信息发送到脱网直通的集群中，实现在网集群向脱网信息进行信息传递； 在网到脱网的集群注销的方法由以下步骤实现: 步骤B1、集群调度中心通过移动管理实体MME定时检测用户B的激活状态，即定时检测用户B是否在网；并判断定时检测是否超时，如果判断为否，则执行步骤B2 ;如果判断结果为是，则向用户B发起状态查询请求； 步骤B2、返回执行步骤BI ； 步骤B3、集群调度中心通过移动管理实体MME判断状态查询请求是否得到用户B的响应，如果判断结果为是，则返回执行步骤BI ;如果判断结果为否，则在集群系统中将用户B的标识设为离线，完成在网到脱网的集群注销。
2.根据权利要求1所述的TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法，其特征在于所述脱网信息向在网集群进行信息传递的方法具体为: 脱网用户A可以采用两种方式将脱网信息向集群调度中心进行转发: (1)、非实时:脱网用户A通过内置在终端内的集群APP将脱网直通的信息通过多媒体的形式进行发送； (2)实时:脱网用户A在基站为其安排的上行帧内将转发子帧的内容向上进行连续的信息转发。
3.根据权利要求1所述的TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法，其特征在于所述脱网信息向在网集群进行信息传递的过程中，用户将其它脱网用户的GPS定位信息连同自己要发送的信息通过PSCH信道发送给集群调度中心。
4.根据权利要求1所述的TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法，其特征在于各脱网用户和各在网用户均为双模手机。
5.根据权利要求1所述的TD-LTE下基于群组的脱网与在网间互切换及信息互传输方法，其特征在于脱网直通的信息为:语音信息、视频信息或图片信息。
【文档编号】H04W8/24GK103945562SQ201410136306
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】吴少川, 赵震, 孙仁强, 高书莹, 袁仲达 申请人:哈尔滨工业大学