CN109923902A - 毫米波无线电通信中的阻塞探测 - Google Patents

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Abstract

无线传送接收单元中的阻塞探测包含对一个或多个参考信号执行无线电链路测量。将无线电链路测量结果与比较阈值进行比较以及响应所述无线电链路测量结果与所述比较阈值的比较结果满足阈值标准，指示阻塞状态。

Description

毫米波无线电通信中的阻塞探测
交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2017年1月24日递交的，发明名称为“Method ofMulti-Radio Control for TCP Throughput Enhancement”的美国临时申请案62/449,687以及2018年1月23日递交的美国申请案15/878,115的优先权。上述申请的全部内容以引用方式并入本发明。
技术领域
本发明有关于毫米波(Millimeter Wave，mmW)无线电通信，且尤其有关于传输控制协议(Transport Control Protocol，TCP)吞吐量(throughput)的提高。
背景技术
mmW无线电通信(对应于大约10GHz以上的无线电频率)可提供比其更长波长对应物高得多的数据容量。因此，在这些频率上的通信是用于下一代(也称为第五代(5thGeneration，5G))移动电信网络的第三代合作伙伴计划(3rd Generation PartnershipProject，3GPP)标准中所采用的核心增强之一。尽管5G将可以提供10Mbit/s–1Gbit/s范围内的数据速率，但是较短波长的无线电通信却遭受无线电链路质量的高度变化性。实际上，建筑物、汽车甚至人体也可以干扰mmW无线电，因此将使得受影响的无线电链路的质量降低。
图9描绘了障碍物(blocker)10插入(interpose)在用户设备(User Equipment，UE)110(也称为无线传送接收单元(Wireless Transmit and Receive Unit，WTRU))和传送器(未例示)之间。如图所示，障碍物10具有与UE的天线的定向性横切(transverse)的尺寸W，障碍物10位于与UE 20的距离为D的位置且以速度V移动。表格30例示了不同类型的障碍物10的无线电链路中断间隔(outage interval)，其中条目(item)32可以对应于大货车，条目34可以对应于客车，条目36可以对应于人体。如图9所示，存在这些障碍物时可能会出现相当大的无线电链路中断。
图10例示了另一阻塞(blockage)场景，其中客车12a-12d(在本发明中由汽车12表示)正以速度V移动，且与邻近的一辆汽车12之间保持距离D_safe。在这种情况下，阻塞是间歇性的，表格40例示了连续的阻塞事件(event)之间的时间。
尽管在存在障碍物时完全可以预期物理层干扰，但是不太期望这些阻塞对传输层带来显著影响。图11例示了响应于阻塞间隔55a-55e(在本发明中由阻塞间隔55表示)处的阻塞对数据速率50和TCP发送器窗口尺寸(每个TCP的最大报文段长度(Maximum SegmentSize，MSS))60的影响。如图所示，存在障碍物时，数据吞吐量有显著的降低，但是这种降低不仅是由无线电信号强度或质量的下降引起的。实际上，如下表1所示，无线电阻塞对数据传输(诸如通过TCP)有深远的影响。
阻塞模型 阻塞比例 TCP吞吐量 TCP降低
无阻塞 0％ 807Mbps 0％
每5s有0.1s阻塞 2％ 712Mbps -12％
每5s有0.2s阻塞 4％ 371Mbps -54％
每5s有1s阻塞 20％ 229Mbps -72％
表1
TCP吞吐量相对于相应阻塞比例显著下降的原因包含TCP发送器重传超时(Retransmission Timeout，RTO)和堵塞控制(congestion control)机制(诸如窗口收缩(window shrinking))的触发。克服TCP吞吐量的这种降低是正在进行的研究和工程努力的主题。
发明内容
无线传送接收单元中的阻塞探测包含对一个或多个参考信号执行无线电链路测量。将无线电链路测量结果与比较阈值进行比较，以及响应所述无线电链路测量结果与所述比较阈值的比较结果满足阈值标准，指示阻塞状态(blockage condition)。
附图说明
图1是可以体现本发明整体创造性构思的示范性系统的示意性框图。
图2是可以配置本发明整体创造性构思的实施例的示范性双连接(dualconnectivity)模式的示意性框图。
图3是可以体现本发明整体创造性构思的示范性逻辑流程的框图。
图4是可以体现本发明整体创造性构思的示范性阻塞探测处理的流程图。
图5A-图5B是可以与本发明整体创造性构思的实施例结合使用的表示不同阻塞指示的图。
图6是可以体现本发明整体创造性构思的示范性UL承载转换处理的流程图。
图7是可以体现本发明整体创造性构思的示范性下行链路(Downlink，DL)承载转换处理的流程图。
图8是可以体现本发明整体创造性构思的示范性TCP改进处理的流程图。
图9是mmW无线电阻塞场景的示意图。
图10是另一mmW无线电阻塞场景的示意图。
图11是例示mmW无线电阻塞对TCP吞吐量的影响的一组图示。
具体实施方式
通过特定的实施例对本发明的创造性构思进行了最佳描述，本发明参考附图对上述实施例进行了详细描述，图中相似的引用数字始终表示相似的特征。应该理解的是，当在本发明中使用术语“发明”时，旨在表示下述实施例隐含的创造性构思，并非仅表示这些实施例本身。还应该理解的是，本发明整体的创造性构思不限于下述的例示性实施例，而且应当以这种方式阅读后续描述。
另外，术语“示范性”在本发明中用来表示“用作示范例、实例或例示”。本发明称为示范性的构造、处理、设计、技术等的任何实施例不必被解释为比其他实施例优选或有利。本文所指出的示例的特定质量或适合性作为示范，既非本发明的意图，也不应被推断为本发明的意图。
本发明的实施例改善了存在无线电信号阻塞对面向连接的(connection-oriented)应用层(application layer)数据传输(诸如TCP)的恶化影响。尽管本发明描述的实施例是要减轻5G下一代或新无线电(New Radio，NR)实施例中的TCP问题，但是这仅是为了描述和解释的目的。本领域技术人员将认识到，可以在不偏离本发明的精神和预期范围的情况下，在其他的网络环境中实现本发明。
为了简洁和清楚起见，本发明将采用适当的简写记号(notation)来指示无线电接入技术之间的区别。虽然5G可以认为是3GPP维护的长期演进(Long Term Evolution，LTE)标准的发展，但是本发明将使用缩写词LTE来指代传统的LTE演进型通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)地面无线电接入(TerrestrialRadio Access，E-UTRA)实施方式(比如第四代(4th Generation，4G))，而使用缩写词5G来指代包含以毫米波长操作的NR的实现方式。
图1是可以体现本发明的示范性系统100的示意性框图。UE 110可以是包括无线电电路110a、处理器电路110b和存储器电路110c的WTRU。UE 110可以被构造为或者被配置为与LTE演进型节点B(Evolved Node B，eNB)和5G下一代节点B(Next Generation Node B，gNB)进行通信，其中eNB和gNB分别包括无线电电路120a和130a，分别包括处理器电路120b和130b以及分别包括存储器电路120c和130c。UE 110可以通过信令链路(signaling link)152与eNB 120可通信地耦接，可以通过信令链路154与gNB 130可通信地耦接。eNB120和gNB130可以分别通过信令链路156和158可通信地耦接至核心网络，诸如LTE演进型封包核心(Evolved Packet Core，EPC)140。另外，eNB 120和gNB 130可以通过合适的信令链路155互相可通信地耦接。本领域技术人员将理解，虽然未在图中例示，但是根据所连接的实体(entity)，信令链路152、154、155、156和158可以携带控制平面(control plane)数据和用户平面(user plane)数据中的任意一者或两者。本领域技术人员将认识到，环境100可代表5G非独立(Non-Standalone，NSA)结构实施方式。
eNB 120和gNB 130中的资源(比如无线电电路120a和130a、处理器电路120b和130b以及存储器电路120c和130c)可以被构造为或者被配置为分别实现无线电协议栈(radio protocol stack)125和135。各无线电栈125和135其中之一可以实现无线电资源控制(Radio Resource Control，RRC)层、封包数据汇聚协议(Packet Data ConvergenceProtocol，PDCP)层、无线电链路控制(RadioLink Control，RLC)层、媒体接入控制(MediumAccess Control，MAC)层和物理(Physical，PHY)层。RRC层、PDCP层、RLC层和MAC层被专门配置以用于在特定无线电节点处采用的无线电接入技术，如LTE或NR。UE 110中的资源(比如无线电电路110a、处理器电路110b以及存储器电路110c)可以被构造为或者被配置为实现无线电协议栈115a和115b，其中各栈包括RRC层、PDCP层、RLC层、MAC层和PHY层。无线电协议栈115a和115b可分别被构造或者被配置为在eNB 120和gNB 130中采用的各无线电接入技术，比如LTE和NR。
图2例示了可以与本发明的实施例结合使用的双连接配置200。在双连接配置200中，5G NR PDCP实体可以可通信地耦接至LTE E-UTRA RLC实体。虽然这种耦接发生在UE110上，但是作为主节点(Master Node，MN)服务的eNB120和作为辅节点(Secondary Node，SN)服务的gNB 130之间的通信可以在X2接口上进行。双连接配置200允许UE 110经由主节点MN和辅节点SN在多个组成载波(component carrier)上从两个小区小组同时传送和接收数据。这是区别于载波聚合(Carrier Aggregation，CA)之处，CA允许UE 110在来自单个基础节点的多个组成载波上同时传送和接收数据。CA业务(traffic)在MAC层分离(split)，而E-UTRA网络(E-UTRA Network，E-UTRAN)双连接(E-UTRANNR Dual Connectivity，EN-DC)在PDCP层分离。
在图1的系统配置中，UE 110被配置为通过备选的链路传达(convey)数据，可以通过与各承载相对应的两个分开的PDCP实体或者与分离承载(splitbearer)相对应的单个PDCP实体进行传达。在特定实施例中，业务可通过UE 110和例如gNB 130之间的第一承载进行传输，直到链路质量满足一些不可接受的标准，诸如阻塞指示。作为对链路质量满足不可接受的标准的响应，业务可以转移(transfer)到UE 110和例如eNB 120之间的备选的承载。
图3是本发明示范性实施例的包括阻塞探测逻辑310、承载转换逻辑320和TCP改进逻辑330的流程图，其中通过阻塞探测逻辑310可识别降低的无线电链路质量状况，通过承载转换逻辑320可减轻无线电链路质量问题，通过TCP改进逻辑330可在一旦发生上述无线电链路质量减轻时恢复TCP操作。应理解的是，虽然阻塞探测逻辑310、承载转换逻辑320和TCP改进逻辑330在图3中例示为包含在综合流程中，但是本领域技术人员在阅读本发明后将理解，上述组件中的各组件可以在其他的上下文中单独使用。
图4是可以由阻塞探测逻辑310实施的示范性阻塞探测处理400。在操作405中，监测NR的无线电链路特征。阻塞探测逻辑310可以连续执行无线电链路监测以确定何时发生无线电阻塞。这可以通过UE 110上的各种机制来实现，比如由RRC层配置的传统测量和由PHY层执行的无线电链路监测。
在操作410中，确定所测量的无线电特征中是否存在阻塞的特征。在本发明的特定实施例中，UE 110可以监测无线电链路的若干不同参数中的一个参数来确定是否发生阻塞，其中参数包含参考信号接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)、参考信号接收质量(Reference Signal Received Quality，RSRQ)、接收信号强度指示符(Received Signal Strength Indicator，RSSI)、信号与干扰加噪声(Signal toInterference Plus Noise，SINR)、误块率(Block Error Rate，BLER)和信道质量指示符(Channel Quality Indicator，CQI)。上述参数可以与各自的阈值进行比较，其中阈值由用户或者网络管理员建立。在其他的实施方式中，可以从RLC协议数据单元(Protocol DataUnit，PDU)的应答(Acknowledgment，ACK)延迟的增加、层2缓冲器中排队时间的增加和以混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)ACK成功递送指示的恶化来识别阻塞。
参考图5A，例示了根据本发明一实施例的表明同步(in-sync)和失步(out-of-sync)条件的图示，其中所选的数个失步指示提供无线电链路阻塞的证据。在此，服务波束和候选波束与BLER阈值相比较，其中BLER阈值确定各波束是同步还是失步。BLER可以与适当的阈值相比较，比如LTE定义物理下行链路控制信道(Physical Downlink ControlChannel，PDCCH)BLER在2％时的阈值(Qin)为同步，PDCCH BLER在10％时的阈值(Qout)为失步。
图5B是描绘了如何识别波束被阻塞的另一图示。在该情况中，可保持历史数据，波束是否被阻塞可通过该波束的质量是否减少了一个数量来确定，其中数量从历史数据确定。各种统计数据(statistic)可以从历史数据中导出(derive)，其中历史数据可以用来建立不可接受标准(诸如无线电质量阈值)。例如，阈值1可以是当前对服务波束的无线电链路测量结果和历史的无线电链路测量结果之间的差值(difference)，阈值2可以是当前对候选波束的无线电链路测量结果和历史的无线电链路测量结果之间的差值。
回到图4，如果在操作410确定有阻塞的特征存在，则处理400可以转(transition)到操作420，通过操作420可确定是否由UE 110发布(issue)阻塞报告。在特定的实施例中，阻塞报告是适当格式化(formatted)的消息，该消息用来向网络实体指示存在阻塞状态(诸如根据上述不可接受的标准确定)。这种消息可以包含与无线电资源管理(Radio ResourceManagement，RRM)相关的信息，诸如测量结果和波束信息。无线电资源管理器可以利用上述信息来采取一些动作，比如选择不同的波束或者断言(assert)另一调度策略(schedulingpolicy)。在特定的实现方式中，阻塞报告可能不是必须的，在这种情况下，可以省略报告的发送。如果UE 110将发布报告，则如操作420中所确定，本发明的实施例可以在操作425中格式化并向网络传达指示阻塞的阻塞报告。如下面所述，阻塞报告可以经由新近活跃的UL来发送。
作为探测到阻塞的响应，本发明的实施例可以执行从NR承载到LTE承载的承载转换。本发明的实施例可考虑两种模式的承载转换：自发模式(autonomous mode)，在自发模式中UL从NR转换到LTE不需要发送先前的报告；以及网络辅助模式，在网络辅助模式中UL仅在网络作为对阻塞或其他报告的响应而同意(approve)转换以后再进行转换。例如，在特定的实施例中，UE 110可以格式化并向EPC 140发送RRC测量报告，以响应哪个EPC 140可以发起与UE 110的RRC连接重新配置进程。在自发转换模式中，UE 110可无需RRC消息来指示(command)转换，而是UE本身在两个小区小组中选择UL传送路径。
图6是可以由承载转换逻辑320实施的示范性承载转换处理600的流程图。在操作605中，UE 110确定选择活跃的UL小区小组。例如，UE 110可以选择具有gNB 130的NR链路作为活跃小区小组。在操作610中，UL业务可通过该活跃的链路进行传达，其中LTE无线电可用作阻塞事件(event)中的备用(backup)无线电。在特定的实施例中，当UE 110不与任意一个小区小组处于活跃的传送模式时，相关联的无线电电路可以置于降低功率模式。
在操作615中，可确定是否需要UL转换。当阻塞状态存在时可能需要UL转换，但是本发明不限于此。如果需要UL转换，则处理600可以转到操作620，通过操作620可暂停(suspend)UE 110和活跃的小区小组之间的传送。在操作625，UE 110转换到或者选择另一个小区小组，比如eNB 120。一旦实现上述操作，则可以继续无线电链路监测以确定阻塞状态(或其他不可接受的状态)何时解除(lift)。
在操作630中，恢复丢失的PDU。在无线电链路质量故障和无线电转换发生之间的延迟时间中，可能会丢失一些封包。在一实施例中，PDCP层可以保证未接收到ACK的数据被重新传送。在特定的实施例中，一旦UE 110转换无线电链路，则UE 110可以确保在先前的链路中已经传送但是未应答(unacknowledge)的数据在新的链路中被重新传送，以响应来自EPC 140的重新传送请求。在其他实施例中，可以格式化并传达报告，以便丢失的块(block)可以通过LTE重新传送。这可以由适当格式化的PDCP状态报告来实现。
特定的实施例可实现快速恢复机制，其中快速恢复机制可在确定阻塞已解除以及系统100将恢复(recover)时采用。例如，当有阻塞的特征存在时，原始的UL配置可缓存(cache)在恢复配置(resumptive configuration)标识(Identity，ID)之下，用于在阻塞停止(cease)后迅速地重新建立NR操作。在特定的实施例中，上述操作可以通过从网络经由eNB 120请求相关信息(比如小区ID、频带配置等)来实现。一旦恢复，网络和UE 110两者可以通过恢复配置ID从存储器中取回其配置。根据在恢复配置ID下储存的配置数据，UE 110可以在从先前的转换中恢复时将业务转换至其NR。
图7是示范性DL承载转换处理700的流程图。在操作705中，UE 110接收其初始配置，来在活跃的DL小区小组中选择链路。例如，UE 110可以建立与gNB 130的链路。在操作710中，确定是否需要DL转换，诸如是否为阻塞的情况。如果需要DL转换，则处理700可以转到操作715，通过操作715可暂停UE 110和活跃的小区小组之间的DL传送。在操作717中，UE110将与活跃的小区小组的传送转换为降低功率模式。在操作720中，UE 110转换到或者选择备选的小区小组，比如eNB 120。在操作723中，备选的小区从其降低功率模式中唤醒。
一旦高质量的无线电链路在LTE上建立，本发明的实施例可以变为减轻在NR无线电链路故障时产生的TCP流和堵塞控制问题。图8是可以在TCP改进逻辑330中实施的示范性TCP改进处理800的流程图。在操作805中，例如为了节约(conserve)无线电资源，确定是否需要TCP ACK减少。如果是，则处理800可以转到操作810，通过操作810可过滤TCP ACK以除去(remove)可以省略的TCP ACK，并由具有适当地包含序列号的单个ACK来代替。另外，如图8所示，本发明的实施例可以确定是否存在TCP吞吐量的恶化，例如通过监测活跃链路中的流来确定。如果存在，则处理800可以转到操作820，由此UE 110可以发送上游(upstream)重复选择性应答(Duplicate Selective Acknowledgement，DSACK)来将窗口返回到其原始状态。
上述具体实施方式旨在说明本创造性构思可能的实现方式，其并非是限制性的。对技术人员而言，在看到本发明时，本发明的许多变更、润饰和替换将会变得显而易见。例如，与所示出和描述的组件等价的组件可以因此替代，单独描述的元素和方法可以组合，分离描述的元素可以分布在许多组件上。因此，本发明的范围不应当参照上述具体实施方式来确定，而应该参照权利要求连同其等同物的完整范围来确定。

Claims (19)

1.一种无线传送接收单元中的阻塞探测方法，所述方法包括：
对一个或多个参考信号执行无线电链路测量；
将无线电链路测量结果与比较阈值进行比较；以及
响应所述无线电链路测量结果与所述比较阈值的比较结果满足阈值标准，指示阻塞状态。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考信号与服务波束或候选波束相关联。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较阈值由最新的无线电链路测量结果和历史的无线电链路测量结果确定。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较阈值在网络核心处配置。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线电链路测量将要测量以下小组中的一个或多个，其中所述小组包括参考信号接收功率、参考信号接收质量、接收信号强度指示符、信号与干扰加噪声、误块率和信道质量指示符。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述无线电链路测量结果在所述比较阈值以上，或者当所述无线电链路测量结果在所述比较阈值以上的时间达到预定的时间段时，满足所述阻塞状态。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述时间段由定时器或计数器控制，以及所述时间段的值在网络核心处配置。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括响应所述无线电链路测量结果的所述比较结果满足所述阈值标准，向网络核心发送阻塞报告。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
当第一阻塞状态满足时，启动定时器；以及
如果在所述定时器到期以后仍然满足所述阻塞状态，确定所述阻塞。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括从双连接或者载波聚合中选择发送所述阻塞报告的传送路径。
11.一种无线传送接收单元中的阻塞探测方法，所述方法包括：
对一个或多个接收数据缓冲器以及传送数据缓冲器执行缓冲器状态监测；
将缓冲器状态测量结果与比较阈值进行比较；以及
确定所述缓冲器状态测量结果是否指示阻塞状态。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述比较阈值由最新的缓冲器状态测量结果和历史的缓冲器状态测量结果确定。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述缓冲器状态测量将要测量缓冲器占用率、往返时间、重新传送时间、故障递送率等的统计数据。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述缓冲器状态测量结果在所述比较阈值以上，或者当所述缓冲器状态测量结果在所述比较阈值以上的时间达到一时间段时，满足所述阻塞状态。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
当第一阻塞状态满足时，启动定时器；以及
如果在所述定时器到期以后仍然满足所述阻塞状态，确定所述阻塞。
16.一种装置，包括：
无线电电路，通过所述无线电电路向一个或多个无线电节点传达无线电磁无线电信号，以及从所述一个或多个无线电节点传达所述无线电磁无线电信号；以及
处理器电路，所述处理器电路被配置为：
对一个或多个参考信号执行无线电链路测量；
将无线电链路测量结果与比较阈值进行比较；以及
响应所述无线电链路测量结果的比较结果满足阈值标准，指示阻塞状态。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，当所述无线电链路测量结果在所述比较阈值以上，或者当所述无线电链路测量结果在所述比较阈值以上的时间达到预定的时间段时，满足所述阻塞状态。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述处理器还被配置为响应所述无线电链路测量结果的所述比较结果满足所述阈值标准，向网络核心发送阻塞报告。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：
当第一阻塞状态满足时，启动定时器；以及
如果在所述定时器到期以后仍然满足所述阻塞状态，确定所述阻塞。
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