CN1246990C - 在宽带码分多址系统的物理层中传输数据的方法和基站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在宽带码分多址系统的物理层中传输数据的方法和基站，该方法使用自适应编码方案传输数据，在诸如W-CDMA或IMT-2000等异步移动通信系统的物理层上依据信道传输状况自适应地改变传输块的信道编码速率，以实现高效的数据传输。该方法适用于异步移动通信系统的物理层，所述异步移动通信系统包括：SRNC，由MAC层和RLC层所构成；以及基站，基站通过有线接口连接到SRNC，基站由负责控制实际数据传输的物理层构成。按照此方法，物理层的最上层被添加了一个新的管理模块，用于收集来自于远端物理层的、对应于每个信道的所有确认信息，并决定适合当前信道状况的穿孔速率并将信息报告给SRNC的MAC层，由MAC层根据接收到的确认信息来决定是否应向物理层下传新的传输块。

Description

在宽带码分多址系统的物理层中传输数据的方法和基站

技术领域

本发明涉及一种使用自适应编码方案传输数据的方法，这一方案在诸如宽带码分多址(W-CDMA)或国际移动电话-2000(IMT-2000)等异步移动通信系统的物理层上依据信道传输状况自适应地改变传输块(TB)的信道编码速率，以实现高效的数据传输；并涉及使用上述传输方法的基站。

背景技术

新一代移动通信系统(同步系统与异步系统)的标准化工作一直在进行之中，而各有关公司为了对移动通信技术的未来变化趋势做好准备，都在积极参与此标准化工作。

现在，美国和其他一些国家已经采用了同步移动系统，而欧洲、日本、韩国和美国的主要通信公司正在参与异步移动系统的标准化工作。因此，可以预见：IMT-2000异步移动系统将成为主流的移动通信系统。

虽然，在IMT-2000异步移动系统的标准化过程中，基本方案已经确定，但是目前还在研讨对应于各种补充功能的可选标准。其中，在IMT-2000异步系统的无线接口层的选用标准之中，混合式自动请求重发(ARQ)与高速数据包传输正在被考虑之中。

这两种技术的目的都是为了减少传输时间并使信道的传输效率达到最大。在混合式ARQ领域里，传输附加信息和软件合成的方法和程序正在研讨之中；而在高速数据包传输领域里，快速地从传输失败中恢复数据的机制也还在研讨之中。对这两种技术进行标准化是为了解决不同的问题，但他们本质上的共同目标都是要使数据包的传输效率达到最大。

在混合式ARQ技术中，穿孔速率是在传输速率匹配过程中来调整的，以应用于类型II/III中。通过物理层在给定时间内传输的实际数据量是与调整后的穿孔速率成比例变化的。在传输刚开始时，此穿孔速率被设成最高，并随着数据重发次数的增加而降低。

应用混合式ARQ时，数据总能确保被分配在状况良好的信道里传输，即使数据的传输量不是很大。这就改善了物理信道的利用率。此外，接收部分把出现错误的传输块存储在缓冲区内，而不是把它们丢弃，再把这些已存储的出错的块与降低穿孔速率后重发的同一块数据结合在一起，从而减少了传输错误。

若错误出现在无线链路控制(RLC)层里，则恢复出错的接收数据块将需要相当长的时间，这意味着传输效率降低了。因此目前正在研究的高速数据包传输服务的重发机制就是要解决此类延迟问题。这些研究包括为每个大小由传输时间间隙(TTI)所规定的数据单元在物理层传输确认信息的方法。

上文所述的两种技术有一个共同目的：就是要提高数据传输效率。因此，最好是把两种技术结合起来，即把在物理层上传输确认信息的方法应用到混合式ARQ里去，或者把混合式ARQ应用到高速数据包传输服务里去。若能把两种技术结合起来，将会实现更高效的数据传输。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种数据传输方法，它在异步移动通信系统的物理层上使用自适应编码，并吸收了混合式ARQII/III高速数据包传输服务两项技术建议的方案，即根据物理层中来自接收器的确认信息来调整穿孔速率，从而适应当前的信道状况。

根据本发明的一种数据传输方法使用了异步移动通信系统物理层的自适应编码，上述异步移动通信系统包括：无线网络服务控制器(SRNC)，它由媒介访问控制(MAC)层和用于传输信道数据的RLC所组成；以及基站，基站通过有线接口联接到SRNC，基站由负责控制实际数据传输的物理层构成，该方法包括以下步骤：通过有线接口接收来自于MAC层的传输块及其RLC顺序号；丢弃一个或多个RLC顺序号与预先存储的传输块相重迭的传输块，然后将其它接收到的传输块及其RLC顺序号存储一段预定的时间；和根据从远端的相应部分接收到的前面传输的传输块的确认信息来调整穿孔速率，并将调整后的穿孔速率应用于正准备传输的已存储的传输块，使之通过实际的物理信道传输。

按照本发明的数据传输方法，提供在通讯双方之间的每个被TTI分组的各传输块的确认信息，并将确认信息报告给MAC层，由MAC层根据接收到的确认信息来决定是否应发送新的传输块。

另外，接收器通过核查循环冗余字符(CRC)以获悉每个传输块是否有错误，并发出确认信息，报告传输出错或成功。若确认信息为传输成功，则发射机保持当前的穿孔速率并删除存储在传输块缓冲区里的已收到确认的传输块；若确认信息为传输出错，则发射机降低穿孔速率并重发未收到确认的传输块。

在根据本发明的数据传输方法中，在物理层的最上层上添加管理模块，用于收集来自于对方物理层的、对应于每个信道的所有确认信息，并决定适合当前信道状况的穿孔速率。按照此方法，在两端物理层之间的确认使得快速重发成为可能，并且调整将要被应用于下次传输的穿孔速率。特别地，由于上述功能被建议在物理层里实现，此方法可被用于网络节点，其功能涉及无线通讯站点，比如异步移动系统IMT-2000的基站。

附图说明

附图形像地描述了本发明的优选实施例，并结合文字说明阐释了本发明的原理，因而有助于更透彻地理解本发明。

在附图中：

图1显示了IMT-2000移动系统网络层的协议堆栈；

图2是物理层的详细框图。按照本发明，此物理层能够利用图1所示的基站中的自适应编码进行数据传输；

图3是一个流程图，显示了使用自适应编码的数据传输方法，按照本发明，它适用于异步移动系统的物理层；

图4是状态转换逻辑图，显示了每个信道调整穿孔速率的机制，按照本发明，这是由物理层中的自适应传输控制器来完成的；和

图5是物理层中传输的数据与数据确认序列的一个标准实例。

具体实施方式

为了能透彻理解本发明，兹参考附图说明其优选实施例。

在解释按照本发明用自适应编码进行数据传输的实施例以前，首先要说明的是涉及异步移动通信系统，IMT-2000和W-CDMA的要考虑的技术因素。

在异步IMT-2000系统中，前向纠错(FEC)编码和CRC检错是在物理层进行的，出错的帧则在RLC层重发，从而实现可靠的数据传输。此方案的传输效率完全取决于FEC编码的错误恢复能力与RLC层的重发机制。用于FEC编码里的额外信息附加得越多，传输效率就越低，也就是说，系统的容量减小了，虽然系统能够更有效地处理无线链路里的错误。

在RLC层的数据重发机制里，接收器通过控制数据包单元(PDU)对是否收到数据包单元做出确认，而发射端的RLC层就根据此确认信息重发出错的控制数据包单元。然而，此重发机制的缺点是会造成显著的延时和多余的数据。延时是由检错和接收端的确认以及发射端的重发造成的，用于数据包数据确认的控制数据包单元在RLC层内，它包含了RLC层与MAC层的头部信息。当某个控制数据包单元被发送到MAC层时，MAC层的头部信息便被加入到控制数据包单元之中。相应地，自物理层传来的数据就会在其有用数据上附带RLC层和MAC层的额外信息。

有几种方法可以重发在接收端出现错误的数据包单元。其中一种被主要使用的方法是周期确认。周期性的确认能够防止控制数据包单元的过快增加，这些数据包单元都是从接收端的RLC层传送到发射端的同一层的。但是在此方案里，确认信号在开始的一段预先设定的时间内却是被禁止的，这就增加了确认前的延时。

因此，为了在完成高速数据传输的同时保证信道的效率，前面提到的物理层FEC编码与RLC层确认延时的两个问题要综合考虑。

在W-CDMA移动系统里，由于使用了混合式ARQ，为了使已有系统所受到的影响最小，FEC编码速率在物理层信道编码的过程当中不发生改变，相反，穿孔速率却在传输速率匹配过程中不断得到调整。于是，通过物理信道传输的数据量与改变FEC编码速率后的情况是相同的。像前面叙述的那样，冗余数据越多，即传输数据中包含的纠错信息越多，错误恢复能力就越强；但是，当冗余信息增加时，同样数据量所占用的无线链路资源也会相应地增加，所以信道效率就降低了。这些因素要求有一种新的方法，能够随着信道当前的出错率特征而实时调整穿孔速率。

重发机制是用来在RLC层进行传输纠错的，以数据包为单位周期性地重发。这当中会有很多额外信息被添加到通过物理层传输的数据包单元里面，使数据包单元被重发时出现显著的延时，故而降低了数据传输效率。这就需要有一种在比RLC层更低的层里进行的新的重发机制，使得既可靠又高速的数据服务成为可能。

总之，为了提供有效的数据服务，要求能够随着信道状况自适应地调整穿孔速率，还要能在比RLC层更低的层里进行重发。

因此，按照本发明的实施例，在TTI单元内进行的现场通知确认被添加到由物理层定义的一个帧中去，并由管理模块根据信道当前的状况决定穿孔速率，此管理模块则被添加到物理层的上部。而且，管理模块既以传输块为单位进行重发，又在物理层与MAC层之间控制数据流量。

图1显示了IMT-2000移动系统网络层的协议堆栈；如图1所示，传输信道数据的模块——无线链路控制器1(RLC1)112、无线链路控制器2(RLC2)113和MAC-d111安装于SRNC110，而负责实际传输的物理层121安装于基站120，也就是节点B，它通过IUR有线接口与无线网络服务控制器110相连接。

在图1的协议方案里，MAC层将数据切割然后转化为一个个传输块。每个传输块通过基站120与SRNC110之间的IUR接口130的单独链路被传输到基站120里的物理层121。由物理层对接收到的传输块进行信道编码、速率匹配、多路复用以及交织，再将此传输块送到无线链路。

图1协议堆栈里的所有协议模块：111、112、113和121全都被整合到移动通信站内，而它们在网络层则相互分离。

MAC层根据物理层接收到的确认就可以最有效地重发出现错误的数据，这是因为穿孔速率能依照使硬件资源负荷最小的系数送到物理层，且从物理层直接接收确认。另外，RLC的现有数据流控制不发生变化，也是一大优势。

虽然，由MAC层来负责重发并决定穿孔速率的方法适合于移动通信站，但是并不适合于网络层。这是因为有线接口(即：基站120与SRNC110之间的IUR接口130)造成了信号通讯延迟，相应地，物理层121的构造就形如图2所示。物理层121既要执行确认过程，也要根据信道当前的状况成正比地决定穿孔速率。

图2是物理层121的详细框图。物理层121能够按照本发明利用图1所示基站的自适应编码进行数据传输。

构造如图2所示的物理层中包括：

传输块缓冲区210，用来存储来自于SRNC中MAC层上部并经过IUR接口而接收到的传输块，将每个信道中在每一段时间间隙(TTI)内接收到的传输块分组，并给每一组传输块分配一个RLC顺序号；

自适应传输控制器220，用来管理存储在传输块缓冲区210里的数据，并根据数据是否收到了从接收端经物理信道来的确认以决定传输块的穿孔速率，以及控制传输块的传输；

每个信道的两个CRC添附单元230，用于计算在自适应传输控制器220的控制下从传输块缓冲区210发送来的传输块的CRC，并将计算出的CRC添附到对应的传输块；

两个拼接/分割(C/S)单元240，用于将从相应的CRC添附单元230接收到的添附有CRC的传输块通过拼接或分割而集合在一起，而形成物理层的传输块(以下简称“p-传输块”)；

两个信道编码单元250，用来为来自于每个联结/分割(C/S)单元的p传输块做信道编码；

两个速率匹配单元260，用来为信道编码后的p传输块穿孔，穿孔速率则由自适应传输控制器220决定；

多路复用单元270，用来多路复用全部信道里的穿孔后的p传输块；和

信道映射单元280，用来将复用后的p传输块交织起来，再将其映射到一个物理信道。

传输块缓冲区210总是把已传输的传输块存储一段预先设定好的时间，此时间段最好设为大于或等于从开始传输到接收到确认的这段时间。

在上面说明图2所示的各框图时提到过：在物理层中执行的是根据是否从接收端收到了确认来决定穿孔速率并控制传输的管理功能。此管理功能是由自适应传输控制器220完成的，它位于物理层的最上方的堆栈处，如图2所示。另外它还要把每个信道里被TTI分组的传输块组存储在传输块缓冲区210内，并决定每个传输块的穿孔速率。

自适应传输控制器220的另一功能是根据已传输的传输块的响应来管理传输块缓冲区210，此响应是在通过物理层的一次往返延时后收到的。也就是说，若收到的响应是ACK(即“传输成功”)，则自适应传输控制器220删除传输块缓冲区210内相应的传输块；若收到的响应是NAK(即“传输出错”)，则它将重发相应的传输块。常规方法，如一种窗机制，可以用于管理存储在传输块缓冲区210内的传输块。

上面从发射点的角度阐释了从210到280的所有组件。在接收端，所有组件，从210到280，分别执行以上阐释的操作的逆操作。因此，接收到的p传输块将在信道解码之前被分解成各个信道的p传输块。

图3是一个流程图，描绘了使用自适应编码的数据传输方法，按照本发明，它适用于异步移动系统的物理层。图3中所示的流程是在构造如图2的物理层内的自适应传输控制器220处执行的。

首先，自适应传输控制器220核查是否收到了来自对应部件的确认信息(步骤S301)，若有，则进一步核查此确认信息是ACK还是NAK(步骤S302)。

若确认信息是ACK(即“传输成功”)，则保持当前的穿孔速率并删除传输块缓冲区210里的确认信号(步骤S303)；反之，若确认信号是NAK(即“传输出错”)，则调整穿孔速率，同时控制窗机制，以便那些存储在传输块缓冲区210里的、未收到确认的传输块能被重发(步骤S304)。

若在步骤S301或者执行了步骤S303或S304以后仍无确认信息，则需要核查输块(TB)缓冲区210是否空闲(步骤S305)。若是空闲，则自适应传输控制器220就通过IUR接口130接收来自于SRNC110中的MAC层111的被TTI分组的传输块组及其RLC层的数据包单元的顺序号(步骤S306)。

自适应传输控制器220接着将核查接收到的RLC层的数据包单元的RLC顺序号是否全部或部分地与存储在传输块缓冲区210内的传输块相重复(步骤S307)，若发现有顺序号重复的，则相应的传输块就被自适应传输控制器220丢弃(步骤S308)而顺序号不重复的传输块则被其存储在传输块缓冲区210内，它们各自的顺序号则被映射到传输块缓冲区210的映射表中去(步骤S309)，使它们能按顺序被传输。

若在步骤S305或者执行了步骤S308或步骤S309以后，传输块缓冲区210被占满了，则核查是否还有需要传输的传输块(步骤S310)。若有，则自适应传输控制器220为这些传输块进行传输速率映射(步骤S310)，方法是：在步骤S303或S304调整或是保持穿孔速率以后，再把调整或保持后的穿孔速率设定到对应信道的速率匹配单元266中去。

若在步骤S310或者执行了步骤S311以后，没有传输块了，则核查接收到的传输块是否有应送到对方去的、一个或多个接收到的传输块的确收信息(步骤S312)。若有，则如图5所示，确收信息被置于即将传输的传输块的头部(步骤S313)；反之，若没有确收信息，或者步骤S313已执行完毕，则把步骤S311处使用的穿孔速率的信息做为穿孔速率指示，按需要附加在即将传输的传输块的头部(步骤S314)，如图5所示，然后再把整个传输块发出去。

以上从S301到S314各步骤是重复执行的。

在本发明中，存储传输块并等待其接收确认的传输块缓冲区210的大小与数据的一次往返延迟(RTD)的时间相当，而是否进行重发则取决于一次往返延迟(RTD)后是否收到确认。而且，每个信道中被每一段TTI分组的传输块组的确认信息都被送到MAC层，并在此决定是否进行重发。另外，传输块的RLC顺序号要受到特别的监视，以防止同一传输块被RLC层和MAC层重发两次。物理层中的自适应传输控制器220根据已传输的传输块是否收到了如上所述的确认信息而调整穿孔速率，即：若收到了ACK(传输成功)则保持穿孔速率不变，反之，若收到了NAK(传输出错)则降低穿孔速率。

图4是状态转换逻辑图，显示了每个信道调整穿孔速率的机制，按照本发明，这是由物理层中的自适应传输控制器220来完成的。

图4中标记为“10”的传输流表示：所有按当前穿孔速率传输的传输块都得到了正确的确认；标记为“11”则表示：按当前穿孔速率传输的传输块均未得到确认。若接收确认中既有ACK也有NAK，则当前的穿孔速率不变。

图5是物理层中的数据传输与数据确认序列的一个标准实例。

发射机向每个被TTI分组的传输块组里插入信道编号“TrCH”与传输块顺序号“TBn”，上述传输块都存储在传输块缓冲区210内。接收机则将这些传输块解码，然后根据对每个传输块的解码成功与否向发射机分别发出ACK或NAK的响应，其格式形如“ACK TrCH＝1，TB1”和“NAK TrCH＝1，TB2”。每次一旦收到被TTI分组的传输块组时，就发出此种确认。发射机的传输和重发以及接收机的确认是由ARQ机制调节的，其窗口大小与往返延迟的时间相等。

发射机物理层的自适应传控制器220从对方接收ACK/NAK响应，并把每个被TTI分组的传输块的确认信息通过IUR接口130报告给上层，即MAC层111。若前面的传输块出错了，则MAC层111就不再向物理层发送新的传输块了。

如图5所示，若在第一组被TTI分组的传输块组中，有至少一个以上的传输块发回出错的确认，譬如是信道1的传输块TB2未被确认，则物理层的自适应传输控制器220就会重发上一个传输块TB1与此出错的传输块TB2，它们位于传输窗口的最前部并占用相同的信道，包含于第一组被TTI分组的传输块组里，其中就有一个是那个出错的传输块TB2；同时从传输窗口中删除确认成功的传输块。

按此重发的执行方式，包含在第一组被TTI分组的传输块组里的传输块TB1和出错的传输块TB2会在第四组传输块组里被重发。

按照以上阐释的那种使用自适应编码传输数据的方法即可有效地利用诸如IMT-2000的异步移动通信系统的无线资源来快速地传输数据。因而，采用此自适应编码数据传输方法的服务提供者即可通过高效的数据通讯服务来增强自身的竞争力。

本发明亦可具有其它的具体实施形式，只要不脱离其基本特征和精神即可。也就是说，以上的具体实施例应该被认为是说明性的，而非限制性的。因此，在附属权利要求(而非以上说明书)中限定的本发明的范围可以将在等效于权利要求要求的范围和精神下做出的各种改进包括进来。

Claims (11)

1.一种异步移动通信系统的数据传输方法，它使用了物理层的自适应编码，上述异步移动通信系统包括：无线网络服务控制器，由媒介访问控制层和用于传输信道数据的无线链路控制层构成；基站，用有线接口连接到无线网络服务控制器，基站由负责数据传输的物理层构成，该方法包括以下步骤：

(a)通过有线接口接收来自于媒介访问控制层的传输块及其无线链路控制顺序号；丢弃一个或多个无线链路控制顺序号与预先存储的传输块相重迭的传输块，然后将其它接收到的传输块及其无线链路控制顺序号存储预定的时间；和

(b)根据从接收方接收到的前面传输的传输块的确认信息来调整穿孔速率，并将调整后的穿孔速率应用于正准备传输的已存储的传输块，使之通过实际的物理信道传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确认信息是从接收方接收到的对应于每个被传输时间间隔分组的传输块的确认信息。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括向媒介访问控制层报告上述确认信息的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在(b)步骤中，当上述确认信息为没有出错时，保持穿孔速率不变；当上述确认信息为出错时，降低穿孔速率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定的时间大于或等于传输块从开始传输到确认返回或无确认返回所需的时间。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含步骤(c)，若传输块的确认信息为没有错误，则从预先存储的传输块中删除相应的传输块；反之，若传输块的确认信息为出现错误，则重发相应的传输块。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在步骤(c)中，与其它传输块一起重发出错的传输块，上述传输块是包含在含有出错传输块的被传输时间间隔分组的传输块组中的与出错的传输块共用一个信道的传输块。

8.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)中，传输所存储的传输块，在所传输的传输块之前具有在此之前从接收方所接收到的传输块的确收信息。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)中，传输所存储的传输块，在所传输的传输块之前具有关于施加给数据块的穿孔速率的信息。

10.一种异步移动通信系统的基站，上述异步移动通信系统包括物理层，其中，上述异步移动通信系统包括：无线网络服务控制器，由媒介访问控制层和用于传输信道数据的无线链路控制层组成；以及基站，用有线接口连接到无线网络服务控制器，基站由实际传输数据的物理层构成，上述物理层包括：

缓冲区，用于存储经有线接口从媒介访问控制层接收的传输块；

控制器，根据是否从接收方收到了传输块的确认，丢弃存储在上述缓冲区内的传输块，或者重发这些传输块，并根据来自接收方的确认信息决定传输块的穿孔速率；

CRC添附装置，用于计算在上述控制器的控制下从上述缓冲区发送的每个传输块的CRC，并将其添附到相应的传输块；

拼接/分割装置，将从上述CRC添附装置接收到的添附有CRC的传输块通过拼接/分割而集合在一起，以使传输块适用于物理层；

信道编码装置，对来自于上述拼接/分割装置的适用于物理层的传输块进行信道编码；

穿孔装置，按照由上述控制器所决定的穿孔速率，对已进行了信道编码的传输块穿孔；

多路复用装置，用于多路复用所有信道中已穿孔的传输块；和

映射装置，把复用的传输块交织起来，然后将交织的传输块映射到一个物理信道。

11.根据权利要求10所述的基站，其中，如果要进行重发，控制器控制包含在含有待重发的出错的传输块的被传输时间间隔分组的传输块组内所有与出错的传输块共用一个信道的传输块。

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