窄带通信条件下高效数据传输的设计与实现

冀峰 康志杰 于卫东

摘要：针对传统窄带通信条件下无法实现高速数据传输的瓶颈，设计了一种通用的、高效的、可供多终端并发参与的数据传输方法，通过上下行信令的适当简化，降低数据传输过程中空中接口的资源开销，充分利用时隙资源，提高了有限带宽条件下数据的承载效率和吞吐量，为窄带通信条件下高速数据传输提供了一种行之有效的方法，具有重要的工程实用价值。

关键词：窄带通信；数据传输；排队

中图分类号：TN912.3文献标志码：A文章编号：1008-1739（2021）24-51-4

0引言

移动通信领域中，空中接口（空口）是基站和终端之间的无线传输规范[1-2]，用来定义每个无线信道的使用频率、带宽、接入时机及编码方法等，不同的通信系统有不同的空口定义和标准[3]。

在窄带通信条件中，受限于空口的带宽，在某些应用场景下，数据传输业务的效果不是很理想[4-5]。随着围绕窄带通信系统的数据业务日益丰富和完善，用户对于数据传输业务，特别是多点并发的上下行数据传输业务，包括功能、效率和响应速度，都提出了较高的要求[6-7]。

在传统的数据传输业务中，基本都是通过终端随机接入申请、接入应答、业务信道分配和数据帧传输等过程来完成传输流程[8]，而且不能以组用户作为传输对象，只能通过以个人用户为传输对象的轮询方式来完成数据传输的整个过程，在多终端并发使用的应用场景下，这种传统流程下的数据传输明显不能满足实际应用要求[9]。

1传统的窄带数据传输方法

在窄带网络中，传统的数据传输方法是通过数据上拉的方式，由系统触发上拉信令，终端响应并在保留的空口时隙中放入相应的数据来共同完成空口数据的传输[10]。

该方法基本能够满足简单场景下的数据传输应用[11-12]，但是在面对多终端、高并发场景时，其实时性、传输效率和交互体验上不能满足业务的需求[13-14]。传统窄带数据传输流程[13-14]如图1所示。

以双时隙信道和双载波配置为例，传统窄带数据传输空口如图2所示。

从图2可以看出，空口的使用效率较低，在不考虑其他业务中断的前提下，使用率约为25%，在多载波配置、业务并发的使用场景下，空口的信令开销更大，进一步降低了空口的使用率。

2基于终端自主排队的窄带数据传输方法

2.1可用空口信道的分配

基站根据当前的无线资源配置信息，将可用的业务信道资源进行广播下发。终端接收无线信道资源，并从中提取信道数量、收发频率和信道号，生成业务控制数据块，在业务控制数据块中，构造包含信道总数量、收发频率和信道号的信道列表。

2.2参与数据传输的终端下发

基站向终端下发参与数据传输业务的终端总数量和用户号码信息，并同步在业务信道上广播时间同步序列，以统一控制数据的上行节拍。

2.3数据传输信道和排队窗口的自主计算

终端根据空口广播的业务信道资源信息和终端信息，自主计算进行所占用的业务信道和数据传输窗口，自动完成向业务信道的迁移。

具体过程为：

（1）计算数据传输信道

改进的窄带数据传输方法流程如图3所示。

以双时隙信道和双载波配置为例，多终端并发传输的空口示意图如图4所示。

从图4可以看出，空口的使用率较高，达到了75%左右，在空口信令资源的开销上，也大大降低。同等条件下，本方法比传统的数据传输方法所用时间缩短66%。

3试验及结果分析

3.1试验网络组成

试验系拓扑图如图5所示。

參与试验的终端数量为100个，基站覆盖范围为15 km左右，每20 s触发一次业务数据的传输，进行系统性能的试验和验证。

3.2试验结果及分析

数据传输试验统计结果如表1所示。

通过分析可以得出，采用该方法的空口数据传输成功率很高，而且具有很强的自适应能力，当参与执行业务的终端数量、无线信道资源的梳理发生变化时，该算法无需基站和终端频繁交互，可以自主计算和平衡，以达到良好的数据传输效果，充分满足了在窄带网络条件下实现高速数据传输的业务需求。

4结束语

本文提出的数据传输方法，在多终端并发的使用场景下，克服了传统方法中只能使用单一信道的弊端，将数据传输通道扩展至所有空闲的业务信道（除预留外），同时，通过简化空口的数据传输信令交互，提高空口传输效率，来提升网络的数据吞吐量。

目前该传输方法已经在人防系统中进行了实际的业务测试和应用，在20 km的广域覆盖条件下，完成了200台数据采集终端的压力测试，业务成功率达到99.9%以上，取得了良好的应用效果。在实时性方面，传统方式需要十几分钟的数据传输过程，改进后只需要几十秒即可完成，提高了工作效能，对于窄带网络覆盖下的数据传输效率提升，有着积极的参考意义。

参考文献

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