CN101494521A - 用于edch的自适应harq控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在无线电信网络中从用户设备向基站传输数据帧的方法。该方法包括错误控制步骤，适于在所接收的数据帧包含错误或者在预定量的时间内用户设备没有接收到确认消息的情况下，从用户设备向基站重传数据帧。该方法进一步包括传输功率控制步骤，适于以下述方式控制数据帧传输功率：使得重传次数对应于预定的目标重传次数。根据业务量和/或连接到基站的用户数量调整目标重传次数。

Description

用于EDCH的自适应HARQ控制

技术领域

本发明涉及在无线电信网络中从用户设备向基站无线传输数据帧的方法、无线网络控制器“RNC”、基站“BS”以及通信网络。

背景技术

目前的电信网络如通用移动通信系统“UMTS”在无线装置间提供高速数据通信。UMTS网络采用了根据第三代合作伙伴计划(3GPP)的规范发挥功能的新网元。网络包括媒体网关“MGW”、无线网络控制器“RNC”和基站“BS”。基站也被称为节点B。每个基站服务一个特定的小区。在无线通信中，小区是由基站“BS”服务的无线电覆盖的小片地理区域。基站“BS”是安装在固定位置并且用于在无线电信系统中与用户设备“UE”通信的无线通信站。用户设备“UE”是直接由最终用户使用以进行通信的任何装置。它可以是手持电话机、便携式计算机中的卡或其他装置。用户设备连接到基站。无线网络控制器“RNC”是无线接入网中负责控制连接到该控制器的基站的管理元件。无线网络控制器RNC执行无线资源管理。无线资源管理功能性包括负载控制、许可控制、分组调度、切换控制和外环功率控制。用户设备和基站执行功率和质量测量并且将测量结果发送给无线网络控制器，无线网络控制器根据所接收的测量结果执行切换控制和功率控制。

高速上行链路分组接入“HSUPA”是第三代移动电话协议。上行链路指从用户设备如移动电话到基站的数据传输。HSUPA协议的技术目标是改善上行链路专用传输信道的性能，即提高能力和吞吐量并且降低延迟。

HSUPA使用上行链路增强专用信道(增强DCH)，在其上使用链路自适应方法。这是关注于更有效地传输分组交换(PS)数据的上行链路专用信道(DCH)的增强。在分组交换中经由与其他分组共享的数据链路在节点之间路由数据(分组)的离散块。与之相比，电路交换网络在节点和终端之间建立专用信道。该专用信道不能由其他节点或终端使用。

在3GPP UMTS Release 6标准中，由于扩频因子为二的达两个信道化码和扩频因子为四的两个信道化码的Turbo编码和码复用，物理信道支持的最大数据速率可达5.7Mbit/s。支持两种类型的传输时间间隔(TTI)，它们是10ms和2ms。与高速下行链路分组接入(HSDPA)相似，HSUPA支持在基站上实现的MAC-e层(媒体接入控制层)。

基站支持快速调度。快速调度实现对上行链路资源的更严格控制，其实现对上行链路资源限值的更多设置。而且增强专用信道(E-DCH)支持软切换和更软切换。术语切换指将进行中的呼叫或数据会话从连接到核心网络的一个信道转移给另外一个信道的过程。软切换或软交换(handoff)指CDMA和WCDMA标准使用的特性，其中在呼叫过程中移动电话同时连接到两个或更多小区(或小区分区)。如果分区属于同一个物理小区位置(分区化位置)，就称为更软切换。

基站可以执行HARQ和快速调度。HARQ指混合ARQ(HARQ)，是ARQ错误控制方法的变形。自动重复请求(ARQ)是用于数据传输的错误控制方法，其使用确认和超时以实现可靠的数据传输。确认是由接收者向发送者发出以表明接收者已经正确地收到数据帧的消息。超时是在发送者发出数据帧后合理的时间点；如果发送者在超时之前没有收到确认，其通常重传帧直至收到确认或超过预定重传次数为止。

在标准ARQ中错误检测信息(ED)位被加到要传输的数据上(如循环冗余校验，CRC)。在混合ARQ中向前纠错(FEC)位也被加到现有错误检测(ED)位上(如Reed-Solomon码或Turbo码)。作为结果，在较差信号条件下混合ARQ比普通ARQ性能更好，但是在最简单的形式下其代价是在良好信号条件下吞吐量低得多。典型的存在信号质量交叉点，在该交叉点以下简单混合ARQ更好，并且在该交叉点以上基本的ARQ更好。

图1示出了混合ARQ的标准实现方式。图1示出了N个信道并行的HARQ操作。图1中的数据分组在一个通信信道中作为子信道顺序地传送。时域被分为若干个固定长度的循环时隙，每个子信道N一个。图1中示出了四个子信道，即信道Ch1，Ch2，Ch3和Ch4。每个信道由虚线连接到紧接的在前信道，虚线由记号NACK或ACK引用。ACK代表确认。如果所接收的数据分组已经被正确地传输，该信号被传输给用户设备。在这种情况下通过该信道传输新的数据分组。替代地，如果所接收的数据分组包含错误，未确认NACK信号被发送给用户设备。从而，在后续子信道重传数据分组。不间断数据传输的HARQ子信道的最大数量N取决于传输时间间隔。在增强专用信道支持10ms传输时间间隔的情况下，则可以存在4个HARQ子信道。替代地，如果传输时间间隔等于2ms，则支持的HARQ子信道可达8个。

N个HARQ子信道的回程时间“RTT”等于N*TTI，其中TTI是传输时间间隔。从而，更多的重传次数带来另外的传输延迟并且降低数据传送的吞吐量。如果第一传输失败，则随后的HARQ重传可以与基站上的初始传输结合以减少所需的重传次数

传统地，增强专用信道E-DCH包括基站和用户设备之间的内环功率控制。内环功率控制控制从用户设备到基站的数据信号的功率；上行链路功率。设置所传输数据信号的信号干扰比的目标。如果检测到的信号干扰比低于目标信号干扰比，则提高上行链路上的传输功率。反过来，如果检测到的信号干扰比高于目标信号干扰比，则降低传输功率。

而且，增强专用信道E-DCH包括外环功率控制。外环功率控制在基站和连接到该基站的无线网络控制器之间实现；其控制在基站中实现的目标信号干扰比。无线网络控制器将目标信号干扰比传送给基站。外环功率控制的目的是控制发生在用户设备和基站(节点B)之间的上行链路中的HARQ重传的实际次数。如果HARQ重传的实际次数超过预定的目标HARQ重传次数M，外环功率控制提高目标信号干扰比。反过来，如果HARQ重传的实际次数低于预定的HARQ重传目标次数M，外环功率控制降低目标信号干扰比。如果恰好在M次的目标HARQ重传后分组数据单元PDU被正确接收，则不改变目标信号干扰比。外环功率控制调整目标信号干扰比以平均地得到固定的目标HARQ重传次数M。

现有技术的外环和内环控制算法存在劣势，因为它不能提供最优吞吐量。特别地，用户吞吐量一般地取决于连接到基站并且要求到基站的上行链路数据传输的用户数量。图2示出了用户吞吐量(单位为Kbit/s)比连接到相应基站的用户(用户设备)数量的曲线。针对两个不同的固定目标HARQ传输示出吞吐量。第一曲线涉及在2次目标HARQ传输(2Tx，即1次目标HARQ重传)的情况下达到的吞吐量，并且第二曲线表示1次目标HARQ传输(1Tx，即0次目标HARQ重传)所达到的吞吐量。从图2可知，如果用户数量低于4，1次目标HARQ传输情况下的吞吐量高于2次目标HARQ传输的吞吐量。但是，在超过4个用户设备的情况下，2次目标传输的吞吐量更大。现有技术的功率控制算法不提供最优吞吐量，不论在特定小区里的负载和用户数量如何。

发明内容

因此，本发明的目的是在无线电信网络中提供数据传输的外环功率控制，不论小区的用户数量如何都使数据吞吐量最优化。

该目的通过权利要求书中定义的发明实现。本发明涉及用于在无线电信网络如通用移动通信系统“UMTS”中从用户设备“UE”向基站“BS”传输数据帧的方法。该方法包括错误控制步骤，适于在所接收的数据帧包含错误或者在预定量的时间内用户设备没有接收到确认消息的情况下，从用户设备向基站重传数据帧。这种错误控制步骤可以对应于自动重复请求方法ARQ或混合自动重复请求控制方法。该方法进一步包括传输功率控制步骤，适于以下述方式控制数据帧传输功率：使得重传次数对应于预定的目标重传次数。根据业务量或连接到基站的用户数量调整目标重传次数。从而，目标重传次数是自适应的。在HARQ算法的情况下，本发明方法表示一种自适应HARQ方法。自适应的目标HARQ重传次数使该方法根据用户数量或业务量提高用户吞吐量。因此，可以选择最优目标重传次数，使得不论用户数量或业务量如何用户吞吐量都更大。

优选地，传输功率控制步骤包括内环功率控制步骤和外环功率控制步骤。内环功率控制步骤控制传输功率以达到目标信号干扰比。例如，如果实际检测到的信号干扰比小于目标比，则功率控制可以提高传输功率。外环功率控制控制信号干扰比目标以达到目标HARQ重传次数。内环控制可以针对小区中的改变快速调整，而外环功率控制可以调整目标信号干扰比以达到最优吞吐量。在业务量繁重或用户多的情况下，基站所服务的小区内的干扰必定提高。因此，希望根据情况即用户数量和/或业务量调整目标信号干扰比。

根据一个优选实施例，可以根据连接到基站的无线网络控制器接收到的传输块的大小确定用户数量。

本发明也涉及一种在网络中可连接到基站用于无线通信的无线网络控制器“RNC”。RNC实现外环功率控制装置，其控制目标信号干扰比以达到目标HARQ重传次数，所述信号干扰比目标被转发给基站。重传次数控制器根据业务量或连接到基站的用户数量控制目标重传次数。外环控制由无线网络控制器执行。通过控制目标信号干扰比间接地纠正传输功率。由于优选的信号干扰比取决于小区的用户数量或业务量，控制目标信号干扰比是优选的。用户数量的增加必定提高信号干扰比。因此，应当相应地调整目标信号干扰比。

本发明的内环功率控制通过基站实现。因此本发明同样地涉及一种在无线电信网络中用于与连接到基站的用户设备无线通信的基站“BS”。本发明的基站包括错误控制装置，用于在所接收的数据帧包含错误的情况下，请求从用户设备向基站重传数据帧。而且，提供内环功率控制装置，用于控制传输功率以达到目标信号干扰比。然而，目标信号干扰比由自适应外环功率控制调整，其将得出的目标信号干扰比传送给基站。本发明的基站实现从无线网络控制器接收目标信号干扰比。

附图说明

下文将参照附图描述本发明的一个优选实施例。

图1示出了增强专用信道“E-DCH”的表示，在其上运行混合自动重复请求“HARQ”的标准实现。

图2示出了使用根据现有技术的固定HARQ传输次数(1Tx，2Tx)以及根据本发明实施例的自适应HARQ控制(AHC)的用户吞吐量比用户数量的曲线。

图3示出了使用根据现有技术的固定HARQ传输次数(1Tx，2Tx)以及根据本发明实施例的自适应HARQ控制(AHC)的总小区吞吐量比用户数量的曲线。

图4是示出根据本发明的优选实施例的数据传输方法的方框图。

具体实施方式

根据本发明优选实施例的方法被称为“自适应HARQ控制方法”。它典型地应用于UMTS无线网络的增强专用信道上的上行业务信道。自适应HARQ控制方法包括内环控制和外环控制。两个控制环同时运行。

内环功率控制控制从用户设备到基站的传输功率。调整传输功率以达到信号干扰比目标。因此，BS不断地监测从连接到BS的用户设备接收的数据帧的信号干扰。如果所监测的信号干扰超过目标信号干扰比，则降低传输功率。如果所监测的信号干扰比低于目标信号干扰比，则提高传输功率。作为结果，所监测的信号干扰比接近目标信号干扰比。

外环功率控制控制目标信号干扰比。这意味着改变目标信号干扰比以达到目标HARQ重传次数。连接到基站的无线网络控制器调整目标信噪比并且将调整后的值传输给BS。因此，BS使用新的目标信号干扰比执行内环控制。为此无线网络控制器不断地监测实际重传次数。每次发生从用户设备的重传，来自用户设备的数据帧就有错误。如果实际重传次数大于目标重传次数，则通过某种提高步骤提高目标目标信号干扰比。继而，执行内环控制的BS将会提高传输功率。然而，如果实际重传次数低于目标重传次数，则通过某降低步骤降低目标信号干扰比。继而，BS将会降低传输功率。

根据本发明的优选实施例，无线网络控制器另外地调整HARQ重传目标次数。如果BS的小区中用户数量增加或小区负载增加，则提高重传目标次数。重传目标次数的控制不构成环控制。它只是根据用户数量调整重传目标次数，使得用户吞吐量和平均小区吞吐量最大化。

其效果可以从图2看到。图2示出了用户吞吐量和小区用户数量。用户吞吐量定义为对所有RF条件(无线信道混合的信道概况)平均的每2秒间隔的平均用户吞吐量。被称为自适应HARQ控制的本发明方法在图2中由曲线AHC表示。固定目标重传次数特别是1次目标传输(1Tx，即0次重传)和2次目标传输(2Tx，即1次重传)所对应的曲线作为参照示出。从图2可以清楚看到，根据本发明的用户吞吐量大于或等于固定目标重传的吞吐量。在小区中用户少于4个的情况下，AHC用户吞吐量等于1Tx用户吞吐量并且大于2Tx用户吞吐量。其原因是如果用户数量降低到4个以下，本发明的自适应控制将目标传输次数从2降低到1。图2进一步示出如果用户数量大于或等于4，AHC用户吞吐量大体上等于2Tx用户吞吐量。原因同样是本发明的自适应目标重传控制。

图3示出了总小区吞吐量比小区中用户数量的曲线。在包括空闲周期的整个时间上对小区吞吐量求平均。同样，示出了固定目标传输(1Tx和2Tx)次数和自适应目标控制(AHC)的情况。根据本发明(AHC)的总小区吞吐量大于一次(1Tx)或两次(2Tx)目标传输的总小区吞吐量。同样，当小区中有4个用户时目标传输的自适应次数从1转换到2。由此，根据本发明达到2次目标传输和大于4个用户时更大的总小区吞吐量。

根据本发明优选实施例的目标重传次数的调整基本地分三个步骤执行。图4示意性地示出该三个步骤的方框图。第一步骤10包括收集数据。该数据必须能够指示特定小区中的用户数量。无线网络控制器RNC可以监测由RNC接收的传输块(MAC-e PDU)的大小，而不是监测特定小区中活动用户的数量和/或业务量。如果传输块大，则认为小区中有少量UE并且/或者负载低。反过来，小传输块指示用户数量较大或繁重的业务量。

如图1的步骤10所示的数据收集，特别是每个MAC-d流的E-DCH业务统计，针对每个MAC-d流单独地运行并且在接收到特定MAC-d流的数据时触发。初始地，根据所接收的MAC-e PDU大小更新该MAC-d流的E-DCH业务统计。

无线网络控制器RNC必须了解应当用于外环功率控制的目标HARQ传输的次数。因此，无线网络控制器RNC为每个MAC流在两种状态S1和S2之间作出区分。状态S1对应于1次目标HARQ传输(即0次HARQ重传)；状态S2对应于2次目标HARQ传输(即1次HARQ重传)。如果当前状态是S1(HARQ传输的目标次数为1)，则无线网络控制器应监测以下事件：

$S1:X=X=\left\{\begin{array}{ccccc}1& \mathrm{if}& \mathrm{received}& \mathrm{MACesPDUsize}& \&GreaterEqual;\mathrm{PDU}-\mathrm{Thresh}1\\ 0& \mathrm{if}& \mathrm{received}& \mathrm{MACesPDUsize}& <\mathrm{PDU}-\mathrm{Thresh}1\end{array}\right\}$

X可表示所接收的传输块的大小。X等于0意味着已接收到小传输块。X等于1意味着已接收到大传输块。PDU-Thresh1指示用于区分大传输块和小传输块的阈值。另外，通过应用指数平滑法计算传输块大小的移动平均。可以用以下方法计算得出的加权平均值E(X)：

E_t(X_t)＝f·X_t+(1-f)·E_t-1

E_t表示在时间点t的加权平均值X。X_t表示在时间点t的X的值。E_t-1是前一加权平均值。f表示加权因子，可以在0到1之间。接近1的f值具有较小的平滑效果并且对数据近期的变化提供更大的权重，而接近0的f值具有较大的平滑效果并且对近期的变化响应较小。初始地E(X)＝0。

最后，E(X)表示UE正在使用的传输块等于或大于PDU-Thresh1(或PDU-Thresh2，见下文)的概率。

如果无线网络控制器处于状态S2，则执行等效统计。

$S2:X=X=\left\{\begin{array}{ccccc}1& \mathrm{if}& \mathrm{received}& \mathrm{MACesPDUsize}& \&GreaterEqual;\mathrm{PDU}-\mathrm{Thresh}2\\ 0& \mathrm{if}& \mathrm{received}& \mathrm{MACesPDUsize}& <\mathrm{PUD}-\mathrm{Thresh}2\end{array}\right\}$

这样，支持使用两个不同的阈值PDU-Thresh1和PDU-Thresh2。因此，根据RNC的状态对PDU是大或者小的确定略有不同。用这种方法有可能应用更大的滞后。在第一状态S1和第二状态S2下对PDU是大或者小的整体判断基本上是相同的。

现在回到图4，下一步骤20是评估从步骤1收集的数据的步骤。首先，确定无线网络控制器的状态。如果RNC处于状态S1(1次目标HARQ传输)并且所测量得的PDU大小等于或大于PDU-Thresh1的出现概率等于或小于预定的概率Thresh1(E(X)≤Thresh1)，则用户数量或业务量被认为大。大量用户要求更多的目标HARQ传输次数(例如2次)。因此，无线网络控制器从状态S1转换到状态S2。该过程通过以下命令例示：

IF S1 and E(X)≤Thresh1 then S1→S2

在无线网络控制器处于状态S2并且所测量得的PDU大小等于或大于PDU-Thresh2的出现概率等于或大于预定的概率Thresh2(E(X)≥Thresh2)的情况下，则认为小区中用户较少。从而，RNC转换到状态S1。也就是说，HARQ传输的目标次数被降低，例如从2次到1次。同样上述程序可以通过以下命令例示：

IF S2 and E(X)≥Thresh2 then S2→S1

在状态S1和S2之间转换的步骤，即目标HARQ传输次数从1次改变到2次或相反，在图4的步骤30中执行。

根据优选实施例的自适应HARQ控制方法有多种优势。对于大量或少量用户，总小区吞吐量和用户吞吐量同时都得到优化。通过使用单独的MAC-d流业务统计，不需要跟踪小区的业务状态。特别地，不需要直接地监测用户的数量。最后但同样重要的是，该算法可以仅在无线网络控制器上实现。因此，不需要改变BS。它只会影响RNC用户平面但不会影响控制平面，并且具有简单实现方式。

Claims (10)

1.一种用于在无线电信网络中从用户设备向基站传输数据帧的方法，所述方法包括以下步骤：

-错误控制步骤，适于在所接收的数据帧包含错误或者在预定量的时间内用户设备没有接收到确认消息的情况下，从用户设备向基站重传数据帧，以及

-传输功率控制步骤，适于以下述方式控制数据帧传输功率：使得重传次数对应于预定的目标重传次数，

其特征在于

-根据业务量和/或连接到基站的用户数量调整所述目标重传次数。

2.根据权利要求1的方法，其中所述传输功率控制步骤包括：

-内环功率控制步骤，其控制传输功率以达到信号干扰比目标。

-外环功率控制步骤，其控制信号干扰比目标以达到目标重传次数。

3.根据权利要求1的方法，其中如果业务量增加和/或网络中的用户数量增加，所述目标重传次数增加。

4.根据权利要求1的方法，其中所述错误控制步骤执行自动重复请求“ARQ”错误控制方法或混合自动重复请求“HARQ”错误控制方法。

5.根据权利要求1的方法，其中根据连接到所述基站的无线网络控制器接收的传输块大小确定所述业务量和/或用户数量。

6.一种在网络中可连接到基站用于无线通信的无线网络控制器“RNC”，包括：

-外环功率控制装置，适于控制信号干扰比目标以达到目标重传次数，所述信号干扰比目标被转发给所述基站。

其特征在于

-重传次数控制器，适于根据业务量和/或连接到所述基站的用户数量控制所述目标重传次数。

7.一种基站“BS”，用于在无线电信网络中与连接到所述基站的用户设备无线通信，所述基站包括：

-错误控制装置，用于在所接收的数据帧包含错误的情况下，请求从用户设备向基站重传数据帧，

-内环功率控制装置，其控制传输功率以达到信号干扰比目标。

其特征在于

-从权利要求6的所述无线网络控制器接收所述目标信号干扰比。

8.一种通信网络，包括连接到根据权利要求7所述的基站的根据权利要求6所述的无线网络控制器“RNC”。

9.一种网络设备，用于在无线电信网络中与连接到所述网络设备的用户设备进行无线通信，所述网络设备包括：

-错误控制装置，用于在所接收的数据帧包含错误的情况下，请求从用户设备向所述网络设备重传数据帧，

-传输功率控制装置，适于以下述方式控制数据帧传输功率：使得重传次数对应于预定的目标重传次数，

其特征在于

-根据业务量和/或连接到基站的用户数量调整所述目标重传次数。

10.根据权利要求9的网络设备，其中所述传输功率控制器适于：

-控制所述传输功率以达到信号干扰比目标，

-控制所述信号干扰比目标以达到目标重传次数。

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