一种非协议标准的5G广播方法与流程

一种非协议标准的5g广播方法
技术领域
1.本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种非协议标准的5g广播方法。


背景技术：

2.对于广播，在4g时代，3gpp(the3rdgenerationpartnershipproject，第三代合作伙伴计划)通过lte(longtermevolution，长期演进)标准协议定义了信道pmch(physical multicastchannel；物理多播信道)以及相应的广播的收发机制，以实现多媒体广播的业务。
3.在5g应用场景中的业务，通过广播方式进行数据传输仍然保持着相关的应用需求，例如超高清视频、vr/ar这类高质量多媒体的同步播放，批量物联网终端系统或软件的同步升级等等。
4.3gpprelease15是5g的第一个完整标准协议版本，而在该标准协议版本中，没有定义与广播业务数据相关的信道以及广播的收发机制，也就是说基于该协议版本实现的核心网、基站和终端，按照该协议标准下的流程处理只能实现以单播的方式进行业务数据传输，而无法实现通过广播的方式进行业务数据传输。基于协议标准的广播收发机制在后续演进的协议版本中才被引入，比如在release16协议版本中引入基于lte的5g地面广播，以及在release17协议版本中引入基于nr(newradio，新空口)的5gmbs(multicast/broadcastservice，多播/广播业务)。前者主要面向广播电视运营商，后者主要面向5g蜂窝移动网络运营商。
5.虽然在3gpprelease16和release17协议版本中引入了广播，但在目前市面上，大部分商用的5g终端设备、5g基站以及5g核心网都是基于release15标准协议版本来实现的，在这样的情况下，针对5g广播功能的实现，会面临如下的问题：
6.1、终端设备按照3gpprelease15标准协议下的处理流程，只能通过单播方式接收基站的数据信号，要实现基于协议标准的广播就需要升级支持的协议版本，这对于已经实现的终端设备而言成本巨大；
7.2、5g基站和5g核心网要实现基于协议标准的广播，同样都需要升级支持的协议版本，从仅考虑5g广播功能实现的角度来看，成本也是较大的。
8.关于3gpprelease15标准协议下的处理流程中的单播方式如下所述：
9.1.用户终端通过接入过程与基站、核心网建立连接后，基站和核心网会分别为各个的用户终端分配不同的rnti(radionetworktemporaryidentity,无线网络临时标识)和ip(internetprotocol，网际互连协议)以进行区分管理，基站也会给终端配置bwp(bandwidth part，带宽部分)以确定监听和收发信号的频域范围。
10.2.当互联网应用层有数据需要推送给某个终端时，会将与该终端相应ip打包到数据包中，然后经由核心网推送给基站；
11.3.该数据包推送到基站后，基站会进行相应的终端调度，并且使用与该终端相应的rnti对需要发送的数据进行处理，然后通过5g空口以信号的形式发送出去；
12.4.用户终端的底层会在所配置的bwp所对应的频域范围内去监听基站发送出来的所有信号，但只有通过与它相应的rnti处理之后的数据信号才能被正确地解析出来；
13.5.用户终端的底层将解析出来的数据包传向应用层，只有ip与核心网分配给该终端的ip一致，或者ip为广播ip的数据包，才能被应用层正确地解析出来。
14.如上可以看到，在协议标准处理流程中的单播方式下，数据包和用户终端是一对一的关系。以超高清视频播放为例，广播最终追求的效果是互联网应用层推送的视频可以在不同的终端上同步流畅地播放，但从功能效果这一点上来考虑，通过单播的方式在一定条件限制下也能实现多媒体的同步播放，但是存在两个方面的限制缺陷：
15.(1)正如上面提到的，单播方式下数据包和用户终端是一对一的关系。互联网应用层需要向所有终端同时推送相同的视频数据，也就是说，该视频业务数据需要为所有终端都单独复制一份，并且在基站侧进行调度传输的时候，独占一份空口时频资源。这种情况下，基站侧地资源和调度处理上的开销会随着接入的终端数量成线性增长。考虑到空口时频资源有限以及硬件处理性能和成本限制，要保障视频播放的同步性和流畅性，则容纳接入的用户数就会非常受限；
16.(2)由于空口时频资源有限，当对该视频数据有接收需求的终端较多时，可能无法在同一时间调度所有的用户终端，也就是说，基站对于各个终端业务传输的调度上可能存在排队的情况。在某些时刻，被调度的用户终端能收到视频数据，而没有被调度的用户终端就不能收到视频数据，这种不同终端在基站调度中存在的差异，会对广播视频在各个用户终端上进行同步流畅播放会产生十分不利的影响。


技术实现要素：

17.本发明提供了一种非协议标准的5g广播方法，在不依赖标准协议定义业务广播信道以及广播收发机制的情况下，基于3gpprelease15标准协议下现有的单播方式处理流程，只需基站侧引入该5g广播方法，无需5g终端和5g核心网做任何改动，便可以避开单播发送方式存在的限制问题，从而实现业务数据广播的功能效果。
18.本发明提供了一种非协议标准的5g广播方法，包括：
19.s1、在基站启站后创建一个虚拟ue，创建过程中为虚拟ue分配一个固定的rnti和bwp；
20.s2、虚拟ue通过基站与核心网的接口ngap在核心网注册；
21.s3、各个实体用户终端向基站发起随机接入过程，与基站、核心网建立连接，完成注册；
22.s4、互联网应用层以虚拟ue目标进行广播数据推流，经由核心网将需要通过广播传输的业务数据推送到基站；
23.s5、基站收到核心网推送来业务数据，并将数据包中的单播ip修改成广播ip；其中，所述单播ip为虚拟ue的ip；
24.s6、将修改ip后的数据包放到虚拟ue的无线承载中，通过对虚拟ue的调度，将广播业务数据通过5g空口向外发送传输；
25.s7、所有接入基站的实体用户终端接收并解析基站通过5g空口发送出来的广播业务数据信号，进而上传到应用层再进行相应的解析以及实现相应的功能应用。
26.进一步地，所述虚拟ue由基站为实现广播功能而创建，所述虚拟ue不对应任何实体用户终端，所述虚拟ue的注册信息结构与实体用户终端一致。
27.进一步地，所述虚拟ue有基于ngap的信息交互过程以完成在核心网的注册，所述虚拟ue通过在核心网中的注册信息以实现完整的信息传输。
28.进一步地，实体用户终端通过5g空口向基站发起随机接入过程来建立与基站的连接，同时基站和核心网通过ngap进行该实体用户终端相关的信息交互，进而完成该实体用户终端在基站和核心网的注册。
29.进一步地，步骤s3在注册过程中基站给所有接入的实体用户终端与虚拟ue分配相同的rnti以及不同的ueid，基站侧用该rnti处理需要广播数据；同时基站给各个实体用户终端配置两个bwp，其中一个与虚拟ue相同，另一个对于不同终端在频域上独占一份资源。
30.进一步地，所述基站给各个实体用户终端配置两个bwp，包括：
31.在基站侧，虚拟ue会被分配一个bwp，用于广播视频数据传输的调度；
32.每个实体用户终端被分配两个bwp，一个与虚拟ue分配的bwp一致，用于监听广播数据，编号为bwp0，另一个用于监听基站对该实体用户终端发送专属的独立数据，编号为bwp1；对于每个实体用户终端，配置的bwp0所对应的频率范围是相同的，而配置的bwp1所对应的频率范围是不同的；
33.实体用户终端要接收广播数据时，则激活bwp0，要接收专属于该实体用户终端的独立数据时，则激活bwp1。
34.本发明的有益效果为：
35.本发明中互联网应用只向基站侧创建的虚拟ue推送了一份业务数据包，经由核心网转发到基站。对于这份业务数据，基站只会以该虚拟ue为载体进行一次调度发送而与实体终端无关，因此，这部分的资源和调度开销不会随着接入的实体终端数增多而增大。在信号空口传输时延可忽略不计的情况下，所有实体终端近乎是同时接收到的来自基站发送出来信号。同时，基站为各个实体终端分配了在频域上各自错开的bwp，保证了实体终端的专属信息数据传输不受广播技术引入的影响。在不依赖标准协议定义业务广播信道和广播收发机制的情况下，基于3gpprelease15标准协议下单播方式的处理流程，在不改动用户终端与核心网的情况下，通过在基站侧引入本发明的5g广播方法，实现了高清视频同步播放的广播功能，可以使得基于3gpprelease15标准协议实现的核心网、基站和用户终端，以相对协议版本升级而言成本小很多的方式实现广播功能。
附图说明
36.图1为本发明的系统架构框图。
37.图2为本发明的系统高层设计图。
38.图3为本发明的处理流程示意图。
39.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
40.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.如图1-3所示，本发明提供了一种非协议标准的5g广播方法，包括：
42.s1、在基站启站后创建一个虚拟ue(userequipment，用户设备)，创建过程中为虚拟ue分配一个固定的rnti和bwp。
43.s2、虚拟ue通过基站与核心网的接口ngap(nextgenerationapplicationprotocol，下一代应用协议)在核心网注册；
44.s3、各个实体用户终端向基站发起随机接入过程，与基站、核心网建立连接，完成注册；注册过程中基站给所有接入的实体用户终端与虚拟ue分配相同的rnti以及不同的ueid(identity，标识)，基站侧用该rnti处理需要广播数据；同时基站给各个实体用户终端配置两个bwp，其中一个与虚拟ue相同，另一个对于不同终端在频域上独占一份资源。
45.s4、互联网应用层以虚拟ue目标进行广播数据推流，经由核心网将需要通过广播传输的业务数据推送到基站；
46.s5、基站收到核心网推送来业务数据，并将数据包中的单播ip修改成广播ip；其中，所述单播ip为虚拟ue的ip；
47.s6、将修改ip后的数据包放到虚拟ue的无线承载中，通过对虚拟ue的调度，将广播业务数据通过5g空口向外发送传输；
48.s7、所有接入基站的实体用户终端接收并解析基站通过5g空口发送出来的广播业务数据信号，进而上传到应用层再进行相应的解析以及实现相应的功能应用(视频播放、软件升级等等)。
49.本发明通过在基站侧创建虚拟ue、在基站侧将数据包中的单播ip修改成广播ip、基站给所有接入的终端与虚拟ue分配相同的rnti，实现了高清视频同步播放的广播功能，可以使得基于3gpprelease15标准协议实现的核心网、基站和用户终端，以相对协议版本升级而言成本小很多的方式实现广播功能。
50.以实现高清视频同步播放为例，虚拟ue不对应任何实体用户终端，是由基站为实现广播功能而专门创建。理论上，做广播的调度可以选择任何一个实体终端作为调度的载体，这里之所以要在基站侧创建一个虚拟ue，是因为实体终端在基站侧的连接状态是存在随机性的(有可能由于信道环境恶劣导致掉线，也有可能终端在移动的情形下从与这个基站的连接切换到了与另一个基站的连接等等)。如果以某个实体终端作为广播数据调度的载体，会存在由这种随机性导致的风险，也就是说，当这种随机性发生的时候，基站对广播业务数据的调度，以及其他用户终端从该基站获取广播数据都会出现异常。虚拟ue的创建完全由基站来决定，它对于该基站而言是固定的，稳定存在的，因此就可以避免上述随机性而导致的风险。
51.虚拟ue的注册信息结构与实体用户终端一致。实体终端需要通过关于随机接入的5g空口信息交互在基站注册，而虚拟ue在基站的注册信息完全由基站进行设定，因此没有该过程。但是，虚拟ue的注册信息结构与实体终端一致，也就是说，从基站对终端的调度和管理的角度来看，虚拟ue和实体终端没有本质上的差别。
52.除了基站，虚拟ue通过在核心网中有注册信息以实现完整的信息传输，因此，虚拟ue和实体终端类似，有基于ngap的信息交互过程以完成在核心网的注册。同样，从核心网的角度来看，虚拟ue和实体终端没有本质上的差别。
53.实体用户终端通过5g空口向基站发起随机接入过程来建立与基站的连接，同时基站和核心网通过ngap进行该实体用户终端相关的信息交互，进而完成该实体用户终端在基
站和核心网的注册。在用户终端接入基站的过程中，需要说明的是，在3gpprelease15标准协议下的单播方式处理流程下，基站会给不同的实体终端分配不同的rnti。这里的rnti有两个作用，一是作为区分不同终端的标识，二是会用于对相应的发送数据的处理(例如加扰等等)，也就是说，终端在配置的bwp中监听和接收数据信号时，只有用自己的rnti处理过的数据才能被该终端的底层正确解析出，某一个终端即使监听到了用其他终端的的rnti处理过的数据信号，也无法正确地解析出来。
54.为了在基站侧实现广播的功能，基站会在这里实现一种与release15标准协议下单播方式处理不同的方式，就是给所有接入的实体终端与虚拟ue分配相同的rnti。基站侧用该rnti处理需要广播数据，然后给所有接入的实体终端与虚拟ue新增一个ueid作为区分的表示，以实现对各自终端的独立管理。这样一来，当一份广播数据以虚拟ue为载体只做一次调度然后转换成信号通过5g空口发送出去时，在相应的bwp中监听信号时，由于rnti相同，所有实体终端的底层都可以收到并正确地解析出这份数据信号。
55.对于广播的数据，是期望发送一份，所有的终端都可以接收并解析。但对于各个终端独自的数据，则是期望各自独立进行接收，也就是说，属于某一个终端的专属数据信号是不希望被其他终端解析出来的。如果基站侧只是简单地将所有终端的rnti配置成相同的值，就会导致终端接收与解析出本应专属于其它终端的数据的问题。
56.为了解决上述问题，采取方案包括：
57.1、在基站侧，虚拟ue会被分配一个bwp，用于广播视频数据传输的调度；
58.2、每个实体用户终端被分配两个bwp，一个与虚拟ue分配的bwp一致，用于监听广播数据，编号为bwp0，另一个用于监听基站对该实体用户终端发送专属的独立数据(如随机接入信息，移动性管理信息，独立的业务数据等等)，编号为bwp1；对于每个实体用户终端，配置的bwp0所对应的频率范围是相同的，而配置的bwp1所对应的频率范围是不同的；
59.3、实体用户终端要接收广播数据时，则激活bwp0，要接收专属于该实体用户终端的独立数据时，则激活bwp1。
60.按照上述方案实现，对于接收广播信息，每个实体终端监听和接收信号的频率范围和分配的rnti均与虚拟ue相同的。因为通过调度虚拟ue发送的广播数据信号可以被每一个实体终端监听和接收到并做出正确的解析。各个实体终端专属的数据信号是通过各个终端在各自分配的bwp1上调度进行传输，虽然分配的rnti相同，但是各个实体终端分配的bwp1在频域上是各自错开的，也就是说不同终端监听数据信号的频域范围是不同的，这样一来就可以避免各个终端错误地监听和接收到属于其他终端的专属信息的问题。
61.互联网应用层需要推送广播数据流的时候，需要以虚拟ue为推送目标，也就是说发送的业务数据包中包含的是虚拟ue的ip。当核心网接收到由互联网推送过来的数据流时，核心网同样以虚拟ue为推送目标，将该数据流推向基站。基站在收到该数据时，将数据中的单播ip(也就是虚拟ue的ip)修改成广播ip以便用户终端应用层可以统一解析，并放到虚拟ue建立的无线承载中，通过对虚拟ue的调度将高清视频数据流转换为信号通过5g空口向外发送。
62.当用户终端激活用于接收广播数据的bwp时，监听数据信号的频域范围就是调度发送广播业务数据信号的频域范围。同时，因为所有接入基站的实体终端与虚拟ue有着相同的rnti，所以每一个实体终端的底层都能接收到并解析出该高清视频数据流，上传到终
端高层时，终端应用会基于广播ip正确的将数据包解析出来，进而实现相应的应用功能(如高清视频播放等等)。
63.在整个过程中，互联网应用只向基站侧创建的虚拟ue推送了一份业务数据包，经由核心网转发到基站。对于这份业务数据，基站只会以该虚拟ue为载体进行一次调度发送而与实体终端无关，因此，这部分的资源和调度开销不会随着接入的实体终端数增多而增大。在信号空口传输时延可忽略不计的情况下，所有实体终端近乎是同时接收到的来自基站发送出来信号。同时，基站为各个实体终端分配了在频域上各自错开的bwp，保证了实体终端的专属信息数据传输不受广播技术引入的影响。
64.至此，在不依赖标准协议定义业务广播信道和广播收发机制的情况下，基于3gpprelease15标准协议下单播方式的处理流程，在不改动用户终端与核心网的情况下，通过在基站侧引入该发明技术，也实现了高清视频同步播放的广播功能，即该发明可以使得基于3gpprelease15标准协议实现的核心网、基站和用户终端，以相对协议版本升级而言成本小很多的方式实现广播功能。
65.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
66.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种非协议标准的5g广播方法，其特征在于，包括：s1、在基站启站后创建一个虚拟ue，创建过程中为虚拟ue分配一个固定的rnti和bwp；s2、虚拟ue通过基站与核心网的接口ngap在核心网注册；s3、各个实体用户终端向基站发起随机接入过程，与基站、核心网建立连接，完成注册；s4、互联网应用层以虚拟ue目标进行广播数据推流，经由核心网将需要通过广播传输的业务数据推送到基站；s5、基站收到核心网推送来业务数据，并将数据包中的单播ip修改成广播ip；其中，所述单播ip为虚拟ue的ip；s6、将修改ip后的数据包放到虚拟ue的无线承载中，通过对虚拟ue的调度，将广播业务数据通过5g空口向外发送传输；s7、所有接入基站的实体用户终端接收并解析基站通过5g空口发送出来的广播业务数据信号，进而上传到应用层再进行相应的解析以及实现相应的功能应用。2.根据权利要求1所述的非协议标准的5g广播方法，其特征在于，所述虚拟ue由基站为实现广播功能而创建，所述虚拟ue不对应任何实体用户终端，所述虚拟ue的注册信息结构与实体用户终端一致。3.根据权利要求1所述的非协议标准的5g广播方法，其特征在于，所述虚拟ue有基于ngap的信息交互过程以完成在核心网的注册，所述虚拟ue通过在核心网中的注册信息以实现完整的信息传输。4.根据权利要求1所述的非协议标准的5g广播方法，其特征在于，实体用户终端通过5g空口向基站发起随机接入过程来建立与基站的连接，同时基站和核心网通过ngap进行该实体用户终端相关的信息交互，进而完成该实体用户终端在基站和核心网的注册。5.根据权利要求1、4所述的非协议标准的5g广播方法，其特征在于，步骤s3在注册过程中基站给所有接入的实体用户终端与虚拟ue分配相同的rnti以及不同的ueid，基站侧用该rnti处理需要广播数据；同时基站给各个实体用户终端配置两个bwp，其中一个与虚拟ue相同，另一个对于不同终端在频域上独占一份频域资源。6.根据权利要求5所述的非协议标准的5g广播方法，其特征在于，所述基站给各个实体用户终端配置两个bwp，包括：在基站侧，虚拟ue会被分配一个bwp，用于广播视频数据传输的调度；每个实体用户终端被分配两个bwp，一个与虚拟ue分配的bwp一致，用于监听广播数据，编号为bwp0，另一个用于监听基站对该实体用户终端发送专属的独立数据，编号为bwp1；对于每个实体用户终端，配置的bwp0所对应的频率范围是相同的，而配置的bwp1所对应的频率范围是不同的；实体用户终端要接收广播数据时，则激活bwp0，要接收专属于该实体用户终端的独立数据时，则激活bwp1。

技术总结
本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种非协议标准的5G广播方法，包括：在基站启站后创建一个虚拟UE，并分配固定的RNTI和BWP；虚拟UE在核心网注册；各个实体用户终端与基站、核心网建立连接，分配与虚拟UE相同的RNTI以及两个BWP，其中一个与虚拟UE相同；对于另外一个各个实体用户独占一份频域资源；互联网应用层进行广播数据推流，将数据推送到基站；基站将单播IP修改成广播IP；将数据包放到虚拟UE的无线承载中向外传输；实体用户终端接收并解析数据信号，上传到应用层再进行解析。本发明提供的方法，无需5G终端和5G核心网做任何改动，便可以避开单播发送方式存在的限制问题，实现业务数据广播的功能效果。数据广播的功能效果。数据广播的功能效果。


技术研发人员：罗曾强 付自刚 吴骐 陈阳
受保护的技术使用者：成都图迅科技有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/16