CN1148921C - 用于cdma无线网的传输方法及处理系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于CDMA无线通信网的传输方法及处理系统。该方法包括建立多个帧，该多个帧用于在网络节点之间传递数据。至少一个帧包括具有物理层帧(52)和交织器分组(54)、前向差错控制FEC分组(56)、和自动重复请求ARQ分组(58)的分级子帧结构。该子帧安排可用于诸如CDMA2000或W-CDMA的扩频无线网。FEC分组传送误差控制信息并细分为一个或多个ARQ分组。每个ARQ分组包括信息比特和诸如循环冗余码CRC比特和零比特的开销比特。
Description
相关参考
本申请请求1998年8月17日提交的临时申请60/096,886的利益。
技术领域
本发明通常涉及无线通信网的管理技术，特别是涉及一种用于结构化无线蜂窝或个人通信业务网的帧格式的系统和方法。
背景技术
存在多种频分复用网络技术，包括全球移动系统(GSM)、时分多址(TDMA)、和高级移动电话业务(AMPS)和类似码分多址(CDMA)的同频技术。同样，存在多种利用这些移动网技术实现的分组数据技术。例如，正发展全球分组无线业务(GPRS)和用于GSM发展的增强型增强型数据速率(EDGE)技术，以便分别为诸如GSM和TDMA网的个人通信业务(PCS)实现分组数据技术。
各种标准讨论了这些技术，诸如互联网工程特别工作组(IETF)、国际移动电信2000(IMT-2000)的国际电信联盟(ITU)和电信工业协会(TIA)标准。除了其它事情之外这些标准还定义特定层的技术，这些技术用于分类在物理媒介(例如，空气或导线)中传递数据帧或数据组的特定功能。这些标准还定义帧结构的特定参数。
许多与无线网中数据成帧有关的参数对网络的性能有很强的影响。对于话音应用，选择帧误差校正码(FEC)和帧长以便关于信噪比(SNR)、延时、和帧误差率(FER)提供足够的性能和可接受的话音质量。对于数据应用，关于FER、SNR、和延时的可接受性能的要求不同于话音应用。用于数据申请的FEC不同于话音应用的FEC，FER和SNR之间的关系也不同。此外，FER、SNR、和延时要求在电路和分组数据应用中也不同。另外，无线环境(例如，多径衰落)还影响FER的性能和其与SNR和帧长的关系。因此，对于这些技术，希望参数化数据帧以实现依赖于无线环境、应用、和配置情形的有效操作。
例如考虑利用CDMA2000技术的无线网。CDMA2000是指基于中间标准IS-95 CDMA的第三代无线技术，或第三代无线蜂窝/PGS技术。CDMA2000类似于宽带CDMA或“W-CDMA”，它是指在欧洲建议的扩频CDMA的第三代无线蜂窝/PCS技术。为了简单和清楚只讨论CDMA2000，可以理解包括W-CDMA的不同网络技术操作类似。
可能用于CDMA2000的两类编码是涡轮和卷积码。对于涡轮码，给定固定的误码率(BER)或FER，当帧长增加时，SNR倾向减少。对于卷积码，对于恒定的SNR，BER随帧长保持相对恒定。另外，当帧长增加时FER恶化。这两种编码对于最佳性能将需要不同的帧结构。
选择帧结构的另一个因素是移动单元的复杂性。特别选择帧结构具有复杂性和性能的暗示。
在另一个CDMA2000的例子中，一个典型帧可以是20毫秒(ms)。随着传输速率的增加，20ms帧中的比特数变得很大。经常导致很多问题。其一，许多无线通信系统为了简明用话音代替数据。解码时延在话音传输中不理想；误码在数据传输中不理想。
考虑到这些和其它的固有问题，期望有一种提供足够帧结构参数化的电信系统以便最大化蜂窝/PCS网的有效运行。
还期望有一种以有效方式灵活平衡解码时延和帧误差的电信系统。
还期望保持可接受的误码率和帧误差率。
还期望有一种能容纳不同传输速率的系统。
发明概述
响应于上述的问题和需要，提供一种用于在无线环境中传输的方法，该方法用于在第一节点和第二节点之间进行通信，在一实施例中，该方法包括：建立多个帧，该多个帧用于从第一节点向第二节点传递数据，这些节点可以包括处理系统，这些处理系统用于接收、传送、存储和/或安排信息。至少一个帧包括具有物理层帧、交织器分组、前向差错控制(FEC)分组、和自动重复请求(ARQ)分组的分级子帧结构，其中交织器分组、前向差错控制(FEC)分组、和自动重复请求(ARQ)分组各自具有的位长彼此不同。
在某些实施例中，该帧结构用于扩频无线网。FEC分组包括误差控制信息，每个FEC分组细分为一个或多个ARQ分组。每个ARQ分组可以包括信息比特和诸如循环冗余码(CRC)比特和零比特的开销比特。
在某些实施例中，ARQ分组数响应于不同的无线环境用于产生相对较高的吞吐量。另外，ARQ分组数可以改变话音或数据信息。
在某些实施例中，帧结构支持包括卷积码的不同类型码，其中ARQ分组的开销比特(零比特)有效地分组卷积码。
在某些实施例中，帧结构改变FEC分组和ARQ分组数以平衡数据传输或话音传输的要求。还可以改变分组数以促进依赖无线环境和移动站复杂性的有效运行。此外，可以改变分组数以容纳不同的传输速率。
一方面，本发明提供一种用于在个人通信业务无线网通信的处理系统，该处理系统包括：用于接收来自移动站的信息比特的接口；
用于向第二网络发送信息比特的接口；用于将信息比特安排入帧结构的装置，该帧结构包括一个或多个用于发射误差控制信息的前向差错控制(FEC)分组；其中每个FEC分组进一步细分为一个或多个自动重复请求(ARQ)分组，结果每个ARQ分组包括信息比特和开销比特。
所述开销比特可以包括循环冗余码(CRC)比特和尾比特，或者包括循环冗余码(CRC)比特但是没有尾比特，其中一个或多个尾比特附加到帧结构中。
所述安排装置可以支持扩频无线网中的多个无线环境以使ARQ分组数响应于产生相对较高吞吐量的环境。
所述安排装置可以支持扩频无线网中的多个通信类型，而且ARQ分组数可以响应不论通信类型是话音或数据。
所述安排装置可以支持卷积FEC码，而且ARQ分组的开销比特可能有效地分组卷积FEC码。
所述安排装置可以改变FEC分组数和ARQ分组数以平衡数据传输和语音传输的需求。
所述安排装置可以改变FEC分组数和ARQ分组数以根据无线环境和移动站的复杂性促进有效操作。
所述安排装置可以改变FEC分组数、ARQ分组数和ARQ分组中的信息比特数以容纳不同的传输速率。
本发明的优点在于其参数化用于这些网络的数据帧以促进依赖无线环境和移动站复杂性的有效操作。
本发明的另一个优点在于其容纳不同的传输速率。
本发明的另一个优点在于其支持IS-95标准的帧编码。
附图的简短描述
图1是简化的CDMA网的示意方框图。
图2是用于图1CDMA网的帧的子帧结构。
详细描述
图1描述了用于实现本发明一个实施例的通信网10。该网络10包括耦合到第一移动站14a的计算机12和第二独立移动站14b。计算机12可以是膝上型计算机，移动站14a、14b(共同用附图标记移动站14)可以是无线电话。不言而喻下面的公开提供许多不同的用于实现不同特征的实施例或例子。只特定于某些实施例的技术和要求不应该导入其它的实施例。另外，下面描述网络、零部件、和格式的特定例子以简化本发明。当然这些只是例子，并不特意限制权利要求书中描述的本发明。
移动站14经空中接口16与无线接入网(RAN)18通信。在本实施例中，空中接口16利用CDMA2000技术以经某射频(空中接口)信道在移动站14和RAN 18之间传递消息。
在本实施例中，RAN 18包括基站收发信机20、基站控制器22、和移动交换站24。不言而喻为了清楚而简化RAN 18，RAN 18还可以包括其它必要的单元。移动站14将间歇地测量从特定基站收发信机传送的信号质量参数。该质量参数可以是收到的信号强度(RSSI)，或其它诸如每片每总噪声的能量(EC/IO)、误码率(BER)、帧误差率(FER)、或色标码。
RAN 18的移动交换站24耦合到话音网28。话音网28包括公众交换电话网(PSTN，未示出)，PSTN利用必要的诸如Nortel网络公司生产的DMS-100、DMS-250、或DMS-500交换机的硬件和软件以引导从诸如电话的话音终端和/或诸如计算机的数据终端放置和接收的呼叫。
PSTN还能容纳经话音网28来自移动站14的无线呼叫。已经极大简化了包括PSTN和交换机的话音网28的描述，因为这些单元为本领域普通技术人员所熟知。
RAN 18还经接口31耦合到数据网节点30。数据网节点30进一步耦合到数据/IP网32，该数据/IP网32经诸如网关开关、看门人开关、DMS交换机和数据终端(未示出)的零部件提供数据业务。看门人开关充当通过IP网话音的智能并可以关于带宽管理、用户接入、付帐和安全业务等服务控制和优化提供商的网络。不言而喻各种标准已经讨论了RAN 18和网络10的其它组成以便除了其它事情之外还定义特定层的技术，这些技术用于分类在物理媒介(例如，空气或导线)传送数据帧或数据组的特定功能。
当耦合到数据网节点30时，移动站14可以认为是其连接点从一个网络改变到另一个网络的主机。因此，数据网节点30可以用作或连接到数据/IP网32的本机代理或外部代理。
包括移动站14、数据网节点30、和RAN 18的网络10的特定节点包括用于控制网络运行的处理系统。特别是，在这些节点中的这些处理系统可以包括接收和传送信息比特的接口系统、诸如中央处理单元或数字信号处理单元的处理器、包括易失性和非易失性存储器的存储系统，其中所述处理器能够将信息比特安排进图2中所描述的一个帧结构。在许多实例中，编程任务分布在不同的零部件中，而在另外的实例中，编程任务主要只在一个节点执行。从而应发送数据和整个网络10的需要，这些节点可以用作发射机、接收机、编码器、解码器、交织器和其它功能性装置器件。
现在参见图2，附图标记50表示用于支持图1通信网10内子帧的通用帧结构。正如上面所讨论的，在CDMA2000技术的上下文中描述本实施例的网络10。但是，这里提供的讨论对许多传统的蜂窝/PCS技术带来一定的改进和增强。特别的，参数化帧结构50以便可以配置帧结构50用于依赖RAN 18和移动站14的有效运行。正如下面所进一步讨论的，帧结构50提供若干自由度，对于不同的实施例可以选择采用所有或部分帧结构50。
帧结构50提供支持子帧运行单元的分级结构。该结构包括物理层帧52、交织器分组54、FEC分组56、和自动重复请求(ARQ)分组58。通常，交织器分组54可以包含多个物理层帧52，或物理层帧可以包含多个交织器分组。在传统的系统中，每个物理层帧具有一组信息比特和包括用于检错的循环冗余码(CRC)比特、尾比特(例如，零比特)的开销比特等等。为了简单和清楚，本公开的剩余部分假定物理层帧52和交织器分组54的长度相等。
在本实施例中，物理层帧52包括一个或多个FEC分组56，每个FEC分组包括一个或多个ARQ分组58。每个ARQ分组58类似构造。举个例子，扩展ARQ分组58a以说明其布局。通常，ARQ分组58a包括信息比特60和开销比特62。
但是，在本实施例中，这组信息比特60和开销比特62是ARQ分组的最小参数。为了剩下的讨论，定义帧结构50的某些参数如下：
NINT＝交织器分组的长度；
NF＝每帧的FEC分组56的数目；
NA＝每帧ARQ分组58的数目；
NI＝每个ARQ分组中信息比特数；
NCRC＝每个ARQ分组中CRC比特数；
NZ＝每个ARQ分组中零比特的数目。
注意零比特N的数目可以是零。在这种情况下，物理层帧可以附加一组零比特以帮助解码FEC码。
下面的表1提供19.2kbps和38.4kbps帧速率的某些帧结构的例子。参见表1的第一行，在这个例子中，每个物理层帧52有一个FEC分组56和一个ARQ分组58。对于这个例子，ARQ分组的零比特充当FEC码的零比特。参见表1的第二和第三行，在这些例子中，有两种支持38.4kbps帧速率的帧结构。第二行类似于第一行，但是数据速率是两倍。第三行是每个物理层帧52有两个ARQ分组58和一个FEC分组56。对于第二和第三行FEC编码相同的比特数(本例中是768个比特)，但是第三行的例子与第二行的例子相比包含更多的开销，因为它包含另外的CRC和零比特。但是，第三行支持ARQ分组58的重发，而第一和第二行不支持。
表1：19.2kbps和38.4kbps帧结构的例子
| NF | NA | NI | NCRC | NZ | |
| 每帧一个ARQ分组19.2kbps | 1 | 1 | 360 | 16 | 8 |
| 每帧一个ARQ分组38.4kbps | 1 | 1 | 744 | 16 | 8 |
| 每帧两个ARQ分组38.4kbps | 1 | 2 | 360 | 16 | 8 |
典型地，ARQ分组请求一旦发送数据，接收机必须检查纠错来确定数据是否正确。如果数据不正确，则接收机将请求重发。在某些情况下，根据ARQ分组的长度，可能希望使用不同类型的纠错。另外，可能希望根据FEC码的类型(例如，涡轮或卷积)设置ARQ分组数。为了其它参数还可能希望限制ARQ分组58的长度。
对于卷积FEC码的情况，ARQ分组58中的零比特有效分组该卷积码。即，零比特数等于卷积码的存储元件数。即使配置FEC分组56的长度以包含多个ARQ分组这也是真的。为了更好的说明该点，考虑表1的第三行。编码器接收第一ARQ分组58，之后是第二ARQ分组，并按照接收顺序编码每一个分组。每个ARQ分组包含360个信息比特，之后是16个CRC比特和8个零比特。第一ARQ分组的8个零比特有效分组卷积码，因为第二ARQ分组的FEC码的输出比特与第一ARQ分组无关。因此关于同时解码两个ARQ分组可以独立解码每个ARQ分组而性能不损失(除了开销)。
涡轮编码器包含两个成分的卷积码，每个卷积码由并行或串行配置的交织器隔离。在两种配置下，涡轮交织器将扰码ARQ分组58，因此必须同时解码整个FEC分组56。换句话说，当使用涡轮码时，同时解码FEC分组56，即使FEC分组包含一个以上的ARQ分组。结果，将出现不同的性能特性和子帧结构。
下面的表2总结了与CDMA2000兼容并支持现有数据速率的参数。将该表扩展到更高的速率也直截了当。通常，每个FEC分组存在多个ARQ分组和：
1≤NF≤NA
为每个数据速率以及每个ARQ分组(NI)的信息比特数列出支持后向兼容性的NA的可示范性选择。
表2：速率1/3FEC码的帧参数
| 数据速率 | NA | NF | NI | NCRC | NT |
| 19.2kbps | 1≤NA≤2 | 1≤NF≤NA | NA＝1，NI＝360NA＝2，NI＝168 | 16 | 8 |
| 19.2kbps | 1≤NA≤2 | 1≤NF≤NA | NA＝2，NI＝172 | 16 | 0* |
| 38.4kbps | 1≤NA≤4 | 1≤NF≤NA | NA＝1，NI＝744NA＝2，NI＝360NA＝4，NI＝168 | 16 | 8 |
| 76.8kbps | 1≤NA≤8 | 1≤NF≤NA | NA＝1，NI＝1512NA＝2，NI＝744NA＝4，NI＝360NA＝8，NI＝168 | 16 | 8 |
| 153.6kbps | 1≤NA≤16 | 1≤NF≤NA | NA＝1，NI＝3048NA＝2，NI＝1512NA＝4，NI＝744 | 16 | 8 |
| NA＝8，NI＝360NA＝16，NI＝168 | |||||
| 307.2kbps | 1≤NA≤32 | 1≤NF≤NA | NA＝1，NI＝6120NA＝2，NI＝3048NA＝4，NI＝1512NA＝8，NI＝744NA＝16，NI＝360NA＝32，NI＝168 | 16 | 8 |
| 614.4kbps | 1≤NA≤64 | 1≤NF≤NA | NA＝1，NI＝12264NA＝2，NI＝6120NA＝4，NI＝3048NA＝8，NI＝1512NA＝16，NI＝744NA＝32，NI＝360NA＝64，NI＝168 | 16 | 8 |
*因为ARQ分组中不包括零比特，则在本例中，将8个零比特附加到每个物理层帧中。
对于涡轮码的情况，希望支持大的FEC分组，因为更大的分组大小将改进码的性能。但是，每个FEC分组的大量比特引起接收机解码非常大的帧的复杂性。为此，可能希望在使用涡轮码的应用中调整交织器分组大小和FEC分组大小。
对于卷积码，BER响应FEC的分组大小。对于中等到大的FEC分组大小(分组大小小于大致5个约束长度)，对于固定的SNR，BER关于FEC分组大小相对恒定。对于小的到中等分组长度，BER是FEC分组大小的函数。因此，对于前面的情况，帧吞吐量RTHR响应于ARQ分组长度(指定变量L)和重发概率PRETX。随着ARQ分组大小L的增加，重发概率PRETX单调递增。这是因为对于卷积码的情况，甚至当SNR和BER保持恒定时，对于大的分组大小FER也会减小。考虑下面应用于20ms帧长的等式：
PRETX＝L(L-PRETX)/20。
由于通过空中接口帧的重发，该现象将极大地影响开销。ARQ分组长度L(毫秒)越小，由于重发的开销越少。另一方面，由于CRC和零比特的开销随较小的ARQ分组大小L而增加。因此，由于重发概率的ARQ分组长度和由于CRC和零比特的开销之间存在折衷。
对于相对短的ARQ分组，由于来自CRC和填充比特的附加开销存在低BER概率的吞吐量RTHR(和效率)的恶化。但是，随着BER概率增加(PRETX增加)，随着小的ARQ分组长度L，吞吐量RTHR越好，因为相比较重发一个ARQ分组重发整个FEC分组需要更多的开销。
给定上面的观察和帧结构，给予网络10有效使用该网络的灵活性。另外，网络10以最佳方式灵活地平衡解码时延和误码。此外，参数化数据帧以促进依赖无线环境和移动站复杂性的有效操作，同时保持可接受的误码率和帧误差率和容纳不同的传输速率。另外，帧结构50相对容易实现因为它需要帧编码的最少变化。
虽然已经表示和描述了本发明的说明实施例，在前面的公开中也可以进行其它的改进、改变，和代替。另外，不同的考虑可能需要不同长度和数目的帧和分组。例如，功率控制考虑可能固定物理层帧52的长度，因此交织器技术需要在多个物理层帧上扩展突发错误。因此，不同的物理层帧长度可能需要不同的交织器长度。相应地，以与所公开范围一致的方式宽泛地解释所附权利要求书是恰当的。
Claims (21)
1.一种用于在无线环境中传输的方法，该方法用于在第一节点和第二节点之间进行通信，该方法包括：
建立多个帧，该多个帧用于从第一节点向第二节点传递数据；和
将一个帧结构与该多个帧中的至少一个帧耦合，该帧结构包括：
具有第一位长的自动重复请求(ARQ)分组；
用于发射误差控制信息的前向差错控制(FEC)分组，该FEC分组具有第二位长；
具有第三位长的物理层帧；和
具有第四位长的交织器分组，其中第一、第二、和第四位长是彼此不同的位长。
2.权利要求1的传输方法，其中该物理层帧包括多个FEC分组，每个FEC分组包括多个ARQ分组。
3.权利要求2的传输方法，其中每个ARQ分组包括多个尾比特。
4.权利要求2的传输方法，其中ARQ分组不包括任何尾比特，该物理层帧包括多个尾比特。
5.一种使用帧结构在扩频无线网的两个节点之间进行通信的传输方法，该帧结构包括用于发射误差控制信息的一个或多个前向差错控制(FEC)分组，每个FEC分组细分为一个或多个自动重复请求(ARQ)分组，其中每个ARQ分组包括多个信息比特和多个开销比特。
6.权利要求5的使用帧结构的传输方法，其中开销比特包括循环冗余码(CRC)比特和尾比特。
7.权利要求5的使用帧结构的传输方法，支持扩频无线网中的多个无线环境，其中ARQ分组数响应于产生相对较高吞吐量的环境。
8.权利要求5的使用帧结构的传输方法，支持扩频无线网中的多个信息类型，其中ARQ分组数响应不论信息是话音或数据。
9.权利要求5的使用帧结构的传输方法，支持卷积FEC码，其中ARQ分组的开销比特有效地分组卷积FEC码。
10.权利要求5的使用帧结构的传输方法，其中FEC分组和ARQ分组数可以改变以平衡数据传输和语音传输的要求。
11.权利要求5的使用帧结构的传输方法，其中FEC分组和ARQ分组数可以改变以促进依赖无线环境和移动站复杂性的有效操作。
12.权利要求5的使用帧结构的传输方法，其中FEC分组和ARQ分组数和ARQ分组中的信息比特数可以改变以容纳不同的传输速率。
13.一种用于在个人通信业务无线网通信的处理系统，该处理系统包括：
用于接收来自移动站的信息比特的接口；
用于向第二网络发送信息比特的接口；
用于将信息比特安排入帧结构的装置，该帧结构包括一个或多个用于发射误差控制信息的前向差错控制(FEC)分组；
其中每个FEC分组进一步细分为一个或多个自动重复请求(ARQ)分组，结果每个ARQ分组包括信息比特和开销比特。
14.权利要求13的处理系统，其中开销比特包括循环冗余码(CRC)比特和尾比特。
15.权利要求13的处理系统，其中开销比特包括循环冗余码(CRC)比特但是没有尾比特，其中一个或多个尾比特附加到帧结构中。
16.权利要求13的处理系统，其中该安排装置支持扩频无线网中的多个无线环境以使ARQ分组数响应于产生相对较高吞吐量的环境。
17.权利要求13的处理系统，其中该安排装置支持扩频无线网中的多个通信类型，和其中ARQ分组数响应不论通信类型是话音或数据。。
18.权利要求13的处理系统，其中安排装置支持卷积FEC码，其中ARQ分组的开销比特有效地分组卷积FEC码。
19.权利要求13的处理系统，其中安排装置改变FEC分组和ARQ分组数以平衡数据传输和语音传输的要求。
20.权利要求13的处理系统，其中安排装置改变FEC分组和ARQ分组数以促进依赖无线环境和移动站复杂性的有效操作。
21.权利要求13的处理系统，其中安排装置改变FEC分组数、ARQ分组数和ARQ分组中的信息比特数以容纳不同的传输速率。
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