CN1460391A - 用于控制信道的选通传输的无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

无线通信系统中包括用于从辅助站向主站发送数据的通信信道。辅助站能够在第一(常规)和第二(选通)模式中操作，并且在第二模式中能够发送减少数量的信息。辅助站生成可提供对该信道适用的传输格式的信息的编码码字，并且重复地向主站发送该编码码字。在每个操作模式中，利用不同的编码方案去生成编码码字，从而与截断编码码字相比，可以改善选通模式的性能。在一实施例中，数据传输出现在一帧之内，每一帧包括多个时隙，而且每帧内发送该编码码字一次。在选通模式传输期间，不会在每一时隙内都出现传输，而且与常规膜式中被发送的码字相比，该编码码字经过了凿孔操作。

Description

用于控制信道的选通传输的无线通信系统
技术领域
本发明涉及到无线通信系统，并且还涉及到在这种系统中使用的主站和辅助站以及操作这种系统的方法。尽管本说明书特别参考新兴的通用移动通信系统(UMTS)来对这一系统进行描述，但是应该可以理解到，这种技术同样可以适用于其它移动无线系统中。
背景技术
无线通信系统不断地要求尽量减小移动终端的功率消耗，从而增加电池的寿命(或者降低所要求的电池容量)。与此相关的一种特定方案就是：当移动终端经过无线信道向另一通信站发送分组数据时，间歇地进行分组传输，因此分组数据只利用一部分可用的信道容量。但是在这种方案中，移动终端通常需要持续地向其它通信站发送控制信息，以保持信道的打开状态。然而，与单独传输用户数据相比，这种控制信息的传输要显著地增加所使用的功率。
例如，如本申请人的国际专利申请WO 00/42804中所公开的，在UMTS内可以通过研制选通模式来解决这一问题。对于常规分组数据连接来说，需要连续地发送控制信道(它由导频信息、功率控制命令和传输格式指示符构成)，以便于当分组到达时，能够快速地进行传输。在选通模式中，当没有数据被发送时，控制信道只占用一帧内的部分时隙(根据本发明的建议，只为1/3或1/5)。而且同时还可以降低移动终端的功率消耗，因此该模式可以降低干扰电平，而且能够提高系统容量。
按照初始的提议，选通模式操作期间，在与控制信道相关的数据信道内应该没有传输。然而我们已经看到，实际上选通模式期间都要求在数据信道内进行某些数据的传输，以便能例如维持可接受的功率控制等。选通模式期间使得在数据信道中能进行传输所遇到的问题是：选通控制信道并没有足够的容量以便去指示数据信道传输格式的常规范围。
本发明的公开
本发明的一个目的在于解决选通模式期间信令传输格式的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一个无线通信系统，其中包括用于从辅助站向主站发送数据的通信信道，辅助站能够操作在第一(常规)和第二(选通)模式中，并且包含用于重复发送能提供对该信道适用的传输格式的信息的编码码字的装置，以及当操作在第二模式时用于发送与操作在第一模式时发送的信息数量相比时数量减少的信息的装置，而且主站中包括用于接收译码码字并且对其进行解码的装置，其中辅助站中包括用于在每种模式中利用不同的编码方案生成编码码字的装置，并且主站中包括用于根据辅助站的当前操作模式，选择两种译码方案当中的一种和利用所选择的译码方案对编码码字进行译码的装置。
通过在常规模式和选通模式中利用不同的编码方案，使得在选通模式期间可能改进传输格式的信令。在一实施例中，选通模式中采用的编码方案所生成的码字就是常规模式方案中所生成码字的凿孔形式。可以使用多种凿孔方案，在优选方案中，可以最大地增大码字组内码字之间的距离(该码字组规模小于常规模式中可用码字组的规模)，或者可以使具有最小码字间距离的码字的数量最少。当存在多种选通率时，可以导致选通模式期间的信息传输速率被降低到一定的范围，较低信息速率的编码方案能够有益地生成码字，该码字可以是较高信息速率情况下所生成码字的截短形式。
在一优选实施例中，在选通模式中只存在两种可能的传输格式，而且表示每一种格式的码字的所有比特都是不同的(例如一个码字设置所有比特为0，而另一码字则设置所有比特为1)。一般，选通模式期间可用传输格式的数量可以有益地被限制在如下范围内，即不大于由所用编码方案能够生成的独特的码字的数量。
根据本发明的第二方面，提供了无线通信系统中使用的主站，它包括用于从辅助站向主站发送数据的通信信道，其中提供了这样的装置，所述装置用于重复地从辅助站接收能提供对该信道适用的传输格式的信息的编码码字，用于确定辅助站是否在第一(常规)模式或第二(选通)模式中操作，用于根据辅助站的当前操作模式选择两个译码方案当中的一种，以及用于利用所选择的译码方案对编码码字进行译码。
根据本发明的第三方面，提供了无线通信系统中使用的辅助站，它包括用于从辅助站向主站发送数据的通信信道，辅助站可以操作在第一(常规)模式和第二(选通)模式中，并且包括用于重复地发送能提供对该信道适用的传输格式的信息的编码码字的装置，以及当操作在第二模式中时用于传输与操作在第一模式时发送的信息数量相比时数量降低的信息的装置，其中辅助站包含在每中模式中利用不同编码方案生成编码码字的装置。
根据本发明的第四方面，提供了一种操作无线通信系统的方法，该系统内包含用于从辅助站向主站发送数据的通信信道，辅助站操作在第一(常规)模式和第二(选通)模式中，该方法包含：辅助站重复地发送能提供对该信道适用的传输格式的信息的编码码字，以及当操作在第二模式中时，发送与操作在第一模式时发送的信息数量相比时数量降低的信息，而且主站接收编码码字并对其进行译码，其中辅助站在每种模式中利用不同的编码方案，以便去生成编码码字，而且主站根据辅助站的当前操作模式选择两种不同的译码方案当中的一种，并且利用所选择的译码方案对编码码字进行译码。
本发明基于如下的认识：在常规模式和选通模式中利用不同的编码方案，能够改善选通模期间中传输格式的信令，这并没有出现在现有技术中。
附图简述
通过实例，参考附图，下面描述本发明的实施例，附图中：
图1是无线通信系统的概要框图；
图2是上行分组数据传输中涉及的信道的框图；
图3是给出一个(32，10)块码的基本序列的表格；
图4是码字之间最小距离M的示意图，它可以是选通模式中所允许的传输格式组合的数量N的函数，其中实线给出选通率为1/3时的码字间距离，而虚线给出选通率为1/5时的码字间距离；以及
图5是码字之间最小距离M的示意图，它可以是选通模式中传输格式组合集合中的传输格式组合的数量N的函数，其中实线给出选通率为1/3时的距离，而虚线给出选通率为1/5时的距离。
在附图中，相同的参考数字被用于表示相应的特征。
执行本发明的模式
参考图1，无线通信系统中包含主站(BS)100和多个辅助站(MS)110。BS100中包含微控制器(μC)102，连接到天线装置106的收发机装置(Tx/Rx)104，用于改变被发送的功率电平的功率控制装置(PC)107，以及连接到PSTN或其它适用网络的连接装置108。每个MS 110中包含微处理器(μC)112，连接到天线装置116的收发机装置(Tx/Rx)114，用于改变被发送的功率电平的功率控制装置(PC)118。在下行信道122中实施从BS 100到MS 110的通信，而在上行链路信道124中实施从MS 110到BS 100的通信。
一个UMTS实施例(频分双工模式)中，利用图2中的信道设计从MS 110向BS 100发送分组数据。存在两个控制信道(CON)，即上行控制信道202和下行控制信道204，以及一个上行数据信道(DAT)206。信道202、204、208中的每个信道的传输都出现在时隙208内，时隙又组合起来构成帧210，每一帧210内包含15个时隙。系统把一个或多个传输信道复用在一起，构成单一的数据信道206。
控制信道201、204中包括导频、功率控制和传输格式信息。导频信息主要被用于允许接收机去估计信道冲激响应，以实现对接收数据(即控制信道内的其它信息，以及如果有的话，还包括数据分组)的检测的最优化。要求在上行信道124中进行功率控制，使得BS 100能够以足够的接收信号噪声比(SIR)从不同的MS 110中接收信号，而同时又可以降低每个MS 110所要求的发射功率。要求在下行信道122中进行功率控制，使得MS 110能够以低错误概率从BS 100中接收信号，同时可以尽量降低发射功率，从而降低对其它小区和无线系统的干扰。每个信道122和124内的功率控制都使用内环和外环控制。内环控制调整接收到的SIR以便去匹配目标SIR，而外环控制调整目标SIR，使其达到维持所要求的业务质量(例如误比特率)的最小值。
传输格式信息提供数据速率以及伴随的数据信道中数据的传输格式细节，使得可以适当地配置收发机104和114。在UMTS系统中，可以通过在与数据信道206相关的控制信道202中发送传输格式组合指示符(TFCI)字，来提供该信息。TFCI字作为10比特的信息字而被提供给物理层，然后利用(32，10)块码，将其编码形成32比特的字。在每个时隙208内发送该字的两个比特，这样在每一帧内就可以发送编码的TFCI字的30个比特，而不再发送剩余的2个比特。
如果MS 110没有过多的数据发送，则在数据分组的传输中就会存在时间间隔。通常，控制信道202、206应该在数据分组之间进行连续地发送，使得当分组到达时，便于对其快速地进行传输。然而，这将在没有发送任何有用的数据的情况下，造成功率的浪费，同时又会造成干扰，因此会降低系统容量，并且降低MS 110的电池寿命。
为了解决这一问题，提出了一种选通模式(例如可参见WO004/42804)，其中每一帧210内用于发送上行控制信道202的时隙208的数量被减少3或5倍。根据伪随机函数去计算每一帧210内被发送时隙208的实际位置，从而可以抑制由间断传输所造成的电磁干扰。下行控制信道204可以继续保持不变，或者在选通模式中采用一部分可用的时隙208进行传输。
这种方案的结果是：在选通模式操作期间，每一帧210内用于传输编码TFCI比特的可用比特数量可以被减少为6个(对于选通率1/5)或10个(对于选通率1/3)。原来假设在选通模式期间，数据信道206中没有数据传输(因此只有一种传输格式组合(TFC)，表示根本没有数据传输模块)，因此这种减小TFCI比特的容量并不会存在问题。
外环功率控制典型地基于附加于数据信道206内的传输模块上的循环冗余校验(CRC)。在数据信道206中没有传输的情况下，选通模式期间用于维持外环功率控制的一种选择方案就是使用控制信道202的误比特率(BER)，而不是数据CRC。然而最近显示出，基于控制信道BER的外环功率控制的性能并不足够好。
针对该问题的一个解决方案就是在发送控制信道202时，通过把CRC附加到长度为零的传输模块上，以便在相同的时隙208内的数据信道206中单独传输CRC。这为在选通模式期间传输多种不同的TFC创造了可能性。选择方案可以是在映射到数据信道206上的任一或所有传输信道中没有传输模块或零长度传输模块的任意置换。实际上，所允许的TFC可能被限制在这些选择方案的子集当中，但是至少应该是如下情况：即根本没有传输模块时，应该有一个TFC，以及一个其中包括附加了CRC的某些零长度传输模块的其它的TFC。
利用上述的TFCI编码方案，如果32个比特的物理层TFCI码字被截断，从而只发送编码TFCI比特的前6个比特，而且如果要避免出现不同TFC的6比特码字的重复，则在传输格式合并集合(TFCS)中最多只能允许有8个TFC。
而且，如果只允许存在2个TFC，则从码字间距离(即不同比特的数量)的意义上讲，这种编码并不是最佳的，与可能的最大距离6相比，第一和第二TFC之间的距离仅为3，这会导致译码错误概率增加。这是因为所提出的UMTS编码方案是按如下方式设计的，即如果发送所有32个TFCI比特，则前32个TFC的TFCI码字是正交的。这给出码字间的一个均匀的最小距离，而不是前几个TFC的码字间距离较大，而随后的TFC的码字间距离较小。实际上，由于可以根据导频比特独立地恢复接收信号载波的相位，因此码字之间的正交性是不必要的。
类似地，如果32比特的物理层TFCI码字被截断为前10个比特，则为了避免编码TFCI码字的重复，最多只能有不超过16个TFC，而且当只允许两个TFC时，码字间的该距离也不再是最佳的。
在本发明的系统中，选通模式中把来自较高层的10比特TFCI码字编码并且映射到无线帧内的可用比特的方法，不同于非选通帧内所用的常规编码和映射方法。与把常规码字进行简单地截断操作所获得的TFC相比，可以设计编码和映射方法，以便为较多的TFC得到独特的码字。因此与对常规码字进行简单地截断相比，这样可以允许更多的TFC。
而且，可以设计编码和映射方法，例如这样设计码字，以使得当所允许的TFC的数量很少时，码字之间可以存在较大的汉明距离，从而在基本选通周期内可以尽量减小译码的错误概率。特别是，当在选通模式中只允许两种TFC时，编码和映射方法可以使得码字间距离等于被发送比特的数量(即最大可能的)。选通模式的TFC可以使较小的TFC数量对应于较大的码字间距离。
在本发明的第一实施例中，选通模式期间利用常规的(32，10)编码对来自高层的10比特TFCI字进行编码，但随后根据预定义方式对其进行大量地凿孔。这样就具备如下好处：即与常规编码方案有最大限度的通用性。最好按照如下方式设计凿孔，即要使得选通模式期间所允许的不同TFC的编码的TFCI码字之间具有较大的距离。特别是，在只有两种可能的TFC的实例中，表示每个TFC的被发送码字间的距离应该等于一帧210内所发送的TFCI比特的数量。由于从被发送的导频比特中可以获得相位信息，因此在小量被发送TFCI比特的情况下，与使得前两个TFC的被发送码字正交相比，尽量增加码字之间的分离程度可以得到更加可靠的译码性能。
在该实施例中，为(32，10)块码使用十个基本序列的线性组合。输出码字比特bi，(0≤i≤31)可以通过下式而与输入TFC I码字an，(0≤n≤9)的信息比特相关： b i = Σ n = 0 9 ( a n × M i , n ) mod 2
其中Mi，n是第n个基本序列。如图3的表格所示，在其中通过实例给出了在该实施例中使用的基本序列Mi，n。存在1024种可能的TFCI字，分别以二进制表示的0到1023进行表示。如上所述，选择这组基本序列，使得前32个TFC的TFCI码字是正交的。
根据用于TFCI传输的可用物理层比特的数量，可以对32比特码字的不同比特进行凿孔(意味着删除)。通过多种不同的凿孔图样，可以实现被发送码字之间的最大可能距离。在优选实施例中(其中具有可更直接地实施的好处)，针对较少数量(例如6个)的被发送比特的非凿孔比特构成针对较大数量(例如10个)的被发送比特的非凿孔比特的子集。
除了尽量增加选通率为1/5和选通率为1/3时的被发送码字之间的距离之外，还可以存在多种满足这一准则的多种凿孔图样。通过只传输下表中给出的编码比特bi的比特，可以获得这样一种凿孔图样：
选通率 被发送比特
 1/3  0  4  6  8  10  17  19  21  27  29
 1/5  0  4  6  8  10  17
图4中给出码字之间最小距离M的示意图，这种最小距离M是利用上述图样在选通模式期间所允许的TFC的数量N的函数。实线表示选通率为1/3时的距离，而且虚线给出选通率为1/5时的距离。可以看到，尽管如果将来有需求时可以存在相当大的灵活性去支持较大数量的TFC，但是在小数量的TFC条件下(在选通模式中会出现这种情况)，也能实现最小距离的最佳化。
如果由前几个TFCI字来描述选通模式中适用的TFC，则上述方案可以最佳地进行工作。然而，并不是总能做到这一点。在这种情况下，对标准码字进行凿孔操作的最佳方式就是要以尽量减小具有最小的码字间距离的码字的数量为目标，而不是以尽量增加前几个码字之间的距离为目标。
通过只发送如下表所示的编码比特bi，就可以获得实现这一目标的凿孔图样的实例：
选通率 被发送比特
 1/3  0  2  4  9  14  16  17  27  28  30
 1/5  0  2  4  9  14  16
图5中给出码字之间最小距离M的示意图，这种最小距离M是利用上述图样的TFCI中TFC的数量N的函数。实线给出选通率为1/3时的距离，而且虚线给出选通率为1/5时的距离。
在本发明的第二实施例中，在选通模式中可以为TFCI码字使用不同的编码方案，例如(6，10)或(10，10)编码，它们都与上述的编码方案具有类似的距离特性。
作为上述实施例的改进(或者作为单独的实施例)，TFCI内的TFC的数量应该被严格限制在小于或等于如下的数值，即由物理层使用的任何编码方案唯一进行编码所能允许的最大TFC数量。例如，在图4所示的编码方案中，TFC的数量应该被限制在32或者更少。
上述实施例的特殊情况是：把TFC的数量限制在两个，并且选择一种凿孔方案，使得第一TFCI字的所有被发送比特不同于第二TFCI字的所有比特，例如第一TFCI字的所有被发送比特为0，而第二TFCI字的所有被发送比特为1(或者反之亦然)。这有效地使用TFCI域作为二状态码字，去指示在选通模式期间是否出现CRC。
可以被用于替换上述实施例(或者除了上述实施例之外)的另一种解决方案，就是增加用于发送TFGI码字的可用物理层比特的数量。例如，在控制信道中可以使用不同的时隙格式。一种可能性是使用UMTS压缩模式时隙格式，它以很少的导频比特为代价，在每个时隙具有3或4个TFCI比特。这就意味着必须要增加控制信道(在这些被发送的时隙内)的发送功率，以使得可以保持每时隙内的所有导频能量相同。然而，这可以部分地阻碍选通模式期间降低功耗的目的。
作为另一个候选方案，可以在多于一个无线帧的周期内发送每个TFCI码字。例如，利用一对连续无线帧进行每个TFCI字的传输，这样就能在选通率为1/5时能够发送12个编码TFCI比特，或者选通率为1/3时可以发送20个比特。然而这种候选方案具有缺点：即在数据能被译码之前，禁止在每帧改变TFC，并且会增加等待时间。
已经针对应用于上行信道124中的低负荷周期数据传输的选通模式对本发明进行了描述。但是，它可以等效地适用于下行信道122的传输，其中在上述描述中BS 100和MS 110的角色可以互换，BS 100作为辅助站的角色，而MS 110作为主站的角色。在本说明书中，术语“基站”或“主站”的使用可以被理解为包括与移动台接口的部分网络固定基础结构。
尽管以上采用扩频码分多址接入(CDMA)技术来描述本发明的实施例，例如用于UMTS的实施例，但是应该可以理解到，本发明不被限制用于CDMA系统内。
通过阅读本阐述内容，对本领域的技术人员来说很明显，可以做出其它修改。这种修改可以包含设计、制造以及无线通信系统及其部件的使用中公认已知的特征，并且可以被用于替换在此已经描述的特征，或者与其共同使用。
在本发明的说明书和权利要求中，在一个部件之前的“一个”或“一”并不排除多个这种部件的出现。而且，词语“包含”并不排除其它未列出的部件或步骤的出现。

Claims (12)

1.一种无线通信系统，包括用于从辅助站向主站发送数据的通信信道，辅助站能够操作在第一(常规)和第二(选通)模式中，并且包含用于重复发送能提供对该信道适用的传输格式的信息的编码码字的装置，以及当操作在第二模式时用于发送与操作在第一模式时发送的信息数量相比时数量减少的信息的装置，而且主站中包括用于接收译码码字并且对其进行译码的装置，其中辅助站中包括用于在每种模式中利用不同的编码方案生成编码码字的装置，并且主站中包括用于根据辅助站的当前操作模式选择两种译码方案当中的一种和利用所选择的译码方案对编码码字进行译码的装置。
2.如权利要求1中要求的系统，其特征在于辅助站内包含在第二模式中使用编码方案的装置，该编码方案生成的编码码字就是由第一模式中所用编码方案所生成的码字的凿孔形式。
3.无线通信系统中使用的主站，它包括用于从辅助站向主站发送数据的通信信道，其中提供了这样的装置，所述装置用于重复地从辅助站接收能提供对该信道适用的传输格式的信息的编码码字，用于确定辅助站是否在第一(常规)模式或第二(选通)模式中操作，用于根据辅助站的当前操作模式选择两个译码方案当中的一种，以及用于利用所选择的译码方案对编码码字进行译码。
4.无线通信系统中使用的辅助站，它包括用于从辅助站向主站发送数据的通信信道，该辅助站可以操作在第一(常规)模式和第二(选通)模式中，并且包括用于重复地发送能提供对该信道适用的传输格式的信息的编码码字的装置，以及当操作在第二模式中时用于传输与操作在第一模式时发送的信息数量相比时数量降低的信息的装置，其中辅助站包含在每中模式中利用不同编码方案生成编码码字的装置。
5.如权利要求4中要求的辅助站，其特征在于提供在第二模式中使用编码方案的装置，该编码方案生成的编码码字就是由第一模式中所用编码方案所生成的码字的凿孔形式。
6.如权利要求4或5中要求的辅助站，其特征在于提供用于把第二操作模式中的可用传输格式的数量限制在不多于由所采用的编码方案所能生成的独特码字数量的装置。
7.操作无线通信系统的方法，该系统内包含用于从辅助站向主站发送数据的通信信道，该辅助站在第一(常规)模式和第二(选通)模式中操作，该方法包含：辅助站重复地发送能提供对该信道适用的传输格式的信息的编码码字，以及当操作在第二模式中时发送与操作在第一模式时发送的信息数量相比时数量降低的信息，而且主站接收编码码字并对其进行译码，其中辅助站在每种模式中利用不同的编码方案，以便去生成编码码字，而且主站根据辅助站的当前操作模式选择两种不同的译码方案当中的一种，并且利用所选择的译码方案对编码码字进行译码。
8.如权利要求7中要求的方法，其特征在于辅助站在第二模式中利用这样一种编码方案，该编码方案生成的编码码字就是由第一模式中所用编码方案所生成的码字的凿孔形式。
9.如权利要求8中要求的方法，其特征在于第二模式可以在多种不同的信息速率下进行工作，而且较低信息速率的编码方案生成的码字就是较高信息速率所生成的码字的截短形式。
10.如权利要求8或9中要求的方法，其特征在于设计凿孔图样，以尽量增加一组码字内码字之间的距离，该集合小于第一模式中可用码字的集合。
11.如权利要求10中要求的方法，其特征在于在第二模式操作中只存在两种可能的传输格式组合，其每一种由不同的编码码字来表示，而且凿孔方案可以确保编码码字的所有比特都是不同的。
12.如权利要求8或9中要求的方法，其特征在于这样地设计凿孔图样，以尽量减小其相互之间具有最小距离的码字的数量。
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