CN1473410A - 反向链路中用混合式自动重复请求进行软切换的闭环方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用混合式ARQ方案实现软切换，以使通信系统的吞吐量和增益达到最大的方法。在从MS(110)接收到帧后，BTS(104与106)将对帧进行处理，都通过前向控制信道将是否包含错误的帧传送到MS。如果全部BTS都传送包含错误的帧，则MS将向全部BTS重发相同帧，对其刷新位进行设置，以通知BTS 104与106将重发的帧与最初存储的帧进行组合。如果只有一些BTS传送包含错误的帧，MS将向所有对帧进行成功解码的BTS发送下一帧，对其刷新位进行设置，以通知BTS从内存中擦除前一帧，并不要将前一帧与当前帧进行组合。MS将向那些未对帧进行成功解码的BTS重发帧，对其刷新位进行设置，以通知BTS将前一帧与重发的帧进行组合。

Description

反向链路中用混合式自动重复请求进行软切换的闭环方法
技术领域
本发明从总的来说涉及通信系统，具体地说涉及结合了组合式自动重复请求(ARQ)的软切换。
背景技术
为了在蜂窝系统中实现CDMA，电信工业协会已经采用了暂行标准IS-95-A(IS-95)。在CDMA系统中，移动站与分布在一定地域内的多个基站中的任何一个或多个进行通信。每个基站连续发送具有相同的扩频码但相移不同的导频信道信号。相移使导频信号彼此能够区分开，然后又允许区分开基站。在下文中，将基站的导频信号简称为导频。移动站监听导频，并测量接收到的导频能量。
IS-95中为在移动站与基站之间进行的通信定义了许多状态和信道。例如，在移动站对通信进行控制的状态内，基站在前向业务信道上与移动站进行通信，移动站在反向业务信道上与基站进行通信。在呼叫过程中，移动站必须不断地监测并保持四组导频，集合在一起被称为导频组——有效组、候选组、邻近组以及其余组。有效组是那些与分配给移动站的前向业务信道关联的导频。候选组是那些当前不在有效组内，但是已经被特定的移动站进行接收并具有足够的强度，表明所关联的前向业务信道可被成功解调的导频。邻近组是那些当前不在有效组或候选组内，但很可能成为切换切换候选站的组。其余组是那些除了在邻近组、候选组合有效组中的导频外，当前系统中在当前的CDMA频率分配中所有可能的导频。
移动站不断地在邻近的基站的导频信道中搜索超过阈值并具有足够强度的导频。移动站用导频强度测量信息将这个情况发送至基站。当移动站从一个基站的覆盖范围内运动到另一个移动站的覆盖范围内时，基站将候选组中的特定导频提升到有效组，将邻近组中的特定导频提升到候选组，并通过切换导频信息将这种提升通知移动站。如果在终止与旧的基站进行的通信之前，移动站就开始与新的有效组中新的基站进行通信，则出现“软切换”。对于反向链路，典型情况下，每个基站独立地对每个帧或分组进行解调和解码。由交换中心在两个基站的解码帧之间做出判断。这种软切换工作方式具有多个优点。定量地说，当用户从一个单元移动到相邻的单元时，这个特点提高并确保了在基站之间进行切换的可靠性。定量地说，软切换提高了CDMA系统内的容量/覆盖范围。
CDG Phase-II(服务商协会对无线通信的下一个阶段确定的要求)要求反向链路具有高的峰值速率(＞1Mbps)以及更高的平均吞吐量(大约600kbps)。为了满足对反向链路的这些要求，需要诸如混合式ARQ和自适应调制及编码的技术。
自适应调制及编码(AMC)为每个用户提供了一种灵活性，使调制及前向纠错(FEC)编码方案与平均信道状态相匹配。对于那些由于靠近基站或其它地理优势而具有良好信道质量的用户，AMC承诺能够大大提高平均数据速率。与没有AMC时100kbs的数据速率相比，使用了AMC的增强GSM系统提供了高达384kbs的数据速率。类似地，通过AMC，1.25MHz CDMA系统可以提供高达5Mbps的下行链路峰值数据速率，而没有AMC的典型值为460kbps。然而AMC也有一些缺点。AMC对测量错误和延迟敏感。为了选择合适的调制方式，调度程序必须知道信道的质量。信道评估中的错误将使调度程序选择错误的数据速率，并以过高的功率进行发送，浪费了系统容量，或以过低的功率进行发送，提高了阻塞错误速率。由于不断地变化移动信道，在报告信道测量时产生的延迟也会降低信道质量评估的可靠性。为了克服测量延迟，应该增加信道测量报告的频率，然而，测量报告消耗了系统容量，否则的话，这些容量可以用来传输数据。
混合式ARQ(H-ARQ)是一种隐式链路适应技术。然而，在AMC中，用显式C/I测量或类似的测量对调制及编码格式进行设定，在H-ARQ中，将链路层确认用于重新传送决定。有许多方案可以实现H-ARQ，例如，Chase组合、速率一致的穿孔Turbo代码和增加冗余度。增加冗余度或第二类H-ARQ是另一种实现H-ARQ的技术，其中，如果第一次尝试中解码失败，则增加传输额外的冗余信息，而不是简单地重复发送整个编码分组。
第三类H-ARQ也属于增加冗余度ARQ方案的类别。然而，与第二类H-ARQ的情况不同，使用第三类H-ARQ可以使每次重发实现自解码。Chase组合(也可以被称为具有一种冗余类型的第三类H-ARQ)中包含了由发送机对相同的编码数据分组进行重发的过程。接收机的解码器将这些发送分组的多个拷贝进行组合，这些拷贝用接收到的SNR进行了加权。因此，获得分集(时间)增益。在具有多个冗余类型的第三类H-ARQ中，在每次重发中使用了不同的穿孔比特。在现有技术中，知如何实现不同的H-ARQ方案的详情是公知的，因此在此不进行讨论。
结合了AMC的H-ARQ可以大大提高用户的流量，潜在地使系统容量加倍。通过发送附加的冗余度增量，提高了编码速率并有效地降低了数据速率以匹配信道，使混合式ARQ有效地适应了信道。目前，H-ARQ功能驻留于BTS，而反向链路软切换在RNC中执行。此外，基站只能通过RNC进行通信。
因此，存在对一种方法的需要：在反向链路中，用软切换来组合AMC与H-ARQ方案(一个或多个)，以使系统流量和增益达到最大。
附图简要说明
图1为通信系统的方块图，其可以通过利用本发明的H-ARQ方法来实现反向链路软切换；
图2为本发明提出的软切换方法的流程图；
图3为在图2所示的流程图中处理框的流程图。
优选实施例概
本发明提供了一种利用混合式ARQ方案(一个或多个)来实现软切换，以使系统的吞吐量和增益达到最大的方法。在本优选实施例中，方法包括步骤：提供与至少一个RNC及移动站进行通信的多个基站；从移动站向所述多个基站的第一基站和第二基站发送帧Pn，m；在所述多个基站的第一和第二基站中处理帧Pn，m；在移动站中，确定是否向所述多个基站的第一和第二基站重发送帧Pn，m或发射下一帧Pn+1，m，其中，如果判断需要重发帧Pn，m，则发送Pn，m+1，并且在所述多个基站的第一和第二基站中，利用H-AQR将帧Pn，m与帧Pn，m+1进行组合，如果判断需要发送下一帧Pn+1，m，则向所述多个基站的第一和第二基站发送下一帧。优选实施例的具体说明
对于任何码分多址(CDMA)系统，在反向链路(从移动站(MS)到基站(BTS))上的软切换都是重要的部分。在典型的IS-95、IS-2000或宽带CDMA(W-CDMA)中，进行软切换的BTS将对由MS发送的分组或帧(下文中称为帧)进行解码。在软切换中最多可以有六(6)个基站。经解码的帧中的质量信息从BTS发送至无线网络控制器(RNC)或选择分配单元(SDU)。RNC从接收到的BTS帧中选择具有最高质量的帧。软切换在数量上改善了CDMA系统的容量/覆盖范围。
参见图1，表示根据本发明的优选实施例的通信系统的方框图。在优选实施例中，通信系统100包括RNC102，其通过3GPP TSGUTRAN lub接口108(lub接口)连接至第一BTS104及第二BTS106。在规范#3GTS25.430，V3.2.0，概况及原理中对lub接口108进行了详细说明。第一BTS104及第二BTS106连接到MS110上。可以从位于伊利诺斯州的Arlington Heights的摩托罗拉公司得到可用于本发明的BTS及MS。可以从多个渠道购买到可用于本发明的ANC，例如法国的Alcatel以及德克萨斯州的达拉斯的Nortel。正如在此进行介绍的，在反向链路通信过程中，MS110向BTS104与106发送帧Pn，m。在选定的命名规则中，n表示帧数，m表示从MS110向BTS104与106发送同一帧的次数。例如，P1，2表示从MS110向BTS104与106进行第二次发送(重发)的第一帧。
如图1所示，帧结构包括：(1)刷新位(F)，向BTS表明何时将当前帧与原来存储的帧进行组合，或者何时刷新当前缓冲器；(2)数据；(3)循环冗余核对(CRC)位，表明帧解码是否成功(即帧中是否包含任何错误)；(4)用于刷新信道解码器内存的末尾位(T)。在此将包含在帧中的信息称为软信息。根据本发明，BTS104与106将利用H-ARQ方案对多次重发的帧进行组合。
在本优选实施例中，在从MS110接收到帧P1，1后，BTS104与106将对帧进行处理，都通过前向控制信道将是否包含错误的帧传送到MS110。如果BTS104与106都传送了含有错误的帧，则MS110将向BTS104与106重发相同帧P1，2，对其F位进行设置以通知BTS104与106将重发的帧P1，2与最初存储的帧P1，1进行组合。如果BTS104与106中只有一个或没有基站传送包含错误的帧P1，1，则MS110将向BTS104与106发送下一帧P2，1，对其F位进行设置以通知BTS104与106从内存中擦除前一帧P1，1，并不要将前一帧与当前帧P2，1进行组合。参考图2的流程图，对本发明提出的方法的优选实施例进行更详细的介绍。
图2为本发明的反向链路软切换方法的实施例的流程图。流程图包括四种情况：(1)两个BTS都成功地对MS发射的帧进行了解码(未检测出错误)；(2)两个BTS都错误地对帧进行解码；(3)第一个BTS成功地对帧进行解码，而第二个BTS错误地对帧进行解码；(4)第一个BTS错误地对帧进行解码，而第二个BTS成功地对帧进行解码。
从情况1开始，在方框202中，MS110向第一BTS104和第二BTS106发送帧Pn，m(在本例中为P1，1)。在方框204中，第一BTS104对帧P1，1进行处理。在如图3所示的优选实施例中，BTS104对帧P1，1进行解码(方框301)，检查作为帧P1，1的质量指示器的CRC(方框303)，并将帧P1，1进行存储(方框305)。CRC质量指示器表示在帧中是否存在任何错误。回过来参见图2，在方框206中，第二BTS106也对帧P1，1进行处理。在如图3所示的优选实施例中，BTS106对帧P1，1进行解码(方框302)，为帧P1，1检查CRC(方框304)，并将帧P1，1进行存储(方框306)。接下来，在判断框208和210中，BTS104与BTS106都判断处理是否产生成功的结果(例如，CRC是否表明帧P1，1被成功进行解码)。如果BTS104与BTS106都对帧P1，1进行了成功的解码，则BTS104与BTS106都向MS110发出成功信息(方框212及215)，在优选实施例中所述消息用ACK表示。然后MS110对从BTS104与BTS106发出的ACK进行解码(方框216及219)，然后在判断框220中判断ACK是否是从BTS104与BTS106中解码出的。由于在情况1中，ACK是从BTS104与BTS106中解码出的，MS在向BTS104与BTS106发送的下一帧P2，1中将刷新位置位(F＝1)(步骤230)。将F位置为“1”，则通知BTS104与BTS106不要将存储的帧P1，1与它接收到的下一帧P2，1进行组合。因此，BTS104与BTS106将从内存中清除帧P1，1。
在情况2中，如上所述执行步骤202、204及206。在判断框208和210中，BTS104与BTS106都判断出帧P1，1被错误解码。在方框213和214中，BTS104与BTS106向MS110发出错误信息，在优选实施例中所述错误信息用NACK表示。然后在方框217和218中，MS110对NACK进行解码。然后流程通过判断框220的“no”路径继续执行判断框222。在判断框222中，MS决定对来自BTS104与BTS106的NACK进行解码，并且将刷新位(F＝0)清零，用于发送至BTS104与BTS106的下一帧P1，2(重发的第一帧)(方框228)。将F清零，则通知BTS104与BTS106将存储的帧P1，1与其接收到的下一帧P2，1进行组合。因此，BTS104与BTS106将不从内存中清除帧P1，1。在情况2中，所介绍的包括对帧解码不成功、将不成功的帧进行存储，对不成功的帧进行重发，将不成功的帧进行组合的过程将一直持续，直至BTS104与BTS106中至少一个对帧进行成功解码，或者直至达到预设的超时时间。根据本发明，BTS104与BTS106将使用一种H-ARQ方案(例如前面介绍的方案)对帧进行组合。
在情况3中，如上面介绍用于情况1的方式来执行步骤202、204及206。在判断框208中，第一BTS104判断出帧P1，1被成功解码。在判断框210中，第二BTS106判断出帧P1，1被错误解码。在方框212中，第一BTS104向MS110发出ACK。在214中，第二BTS106向MS110发出NACK。在方框216中，MS110对发自第一BTS104的ACK进行解码，在方框218中，MS110对发自第二BTS106的NACK进行解码。流程通过判断框220和判断框222的“no”路径继续执行判断框224。在判断框224中，MS决定对来自第一BTS104的ACK与来自第二BTS106的NACK进行解码。在方框230中，MS将下一帧P2，1中的刷新位置为1(F＝1)。由于BTS104之中一个基站对帧P1，1解码成功，BTS104与BTS106都将从内存中清除帧P1，1，并不会将下一帧P2，1与帧P1，1进行组合。
在情况4中，如所述用于情况1的方式来执行步骤202、204及206。在判断框208中，第一BTS104判断出帧P1，1被错误解码。在判断框210中，第二BTS106判断出帧P1，1被成功解码。在213中，第一BTS104向MS110发出NACK。在方框215中，第二BTS106向MS110发出ACK。在方框217中，MS110对发自第一BTS104的NACK进行解码，在方框219中，MS110对发自第二BTS106的ACK进行解码。流程通过判断框220、判断框222及判断框224的”no”路径继续执行判断框226。在判断框226中，MS决定对来自第一BTS104的NACK与来自第二BTS106的ACK进行解码。在方框230中，MS将下一帧P2，1中的刷新位置为1(F＝1)。由于BTS106之中一个对帧P1，1解码成功，BTS104与BTS106都将从内存中清除帧P1，1，并不会将下一帧P2，1与帧P1，1进行组合。
在上面介绍的四种情况中，在BTS104与BTS106对从MS110接收到的帧进行处理后，BTS将向RNC102发送帧和用于所述帧的质量指示器。RNC将选择具有最高质量的帧。用软切换来组合H ARQ提供了多个优点，包括提高了容量或吞吐量、提高覆盖范围并延长了移动站的电池寿命。
本领域普通技术人员将认识到，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以对本发明的装置和结构进行各种修改和变化。例如，本发明的方法可以用于实现包括多于两个基站的通信系统。

Claims (10)

1.一种利用混合式ARQ来实现软切换的方法，该方法包括步骤
a.提供与至少一个RNC及移动站进行通信的多个基站；
b.从所述移动站向所述多个基站的第一基站和第二基站发送帧Pn，m；
c.在所述多个基站的第一和第二基站中处理帧Pn，m；和
d.在移动站中，确定是否向所述多个基站的第一和第二基站重新发送帧Pn，m或发送下一帧Pn+1，m，其中，如果判断重发帧Pn，m，则发送Pn，m+1，并且在所述多个基站的第一和第二基站中，利用H-AQR将帧Pn，m与帧Pn，m+1进行组合，如果判断发送下一帧Pn+1，m，则向所述多个基站的第一和第二基站发送下一帧。
2.根据权利要求1中所述的方法，其中对帧Pn，m进行处理的步骤中包括步骤：在所述多个基站的第一和第二基站中对帧Pn，m进行解码。
3.根据权利要求1中所述的方法，其中对帧Pn，m进行处理的步骤中包括下述步骤：在所述多个基站的第一基站中，判断第一质量测量指示帧Pn，m中是否有任何错误，和在所述多个基站的第二基站中，判断第二质量测量指示帧Pn，m中是否有任何错误。
4.根据权利要求3中所述的方法，其中判断第一质量测量的步骤中包括检查第一CRC。
5.根据权利要求3中所述的方法，其中判断第二质量测量的步骤中包括检查第二CRC。
6.根据权利要求1中所述的方法，其中对帧Pn，m进行处理的步骤中包括存储帧Pn，m中的软信息的步骤。
7.根据权利要求1中所述的方法，其中判断是否向所述多个基站的第一和第二基站重新发送帧Pn，m或者发送下一帧Pn+1，m的步骤包括：如果所述多个基站的第一或第二基站中的至少一个对帧Pn，m进行正确解码，则发送下一帧Pn+1，m。
8.根据权利要求7中所述的方法，进一步包括步骤：所述移动站将刷新位置“1”，其中所述刷新位置“1”通知所述多个基站的第一及第二基站从内存中清除帧Pn，m的软信息。
9.根据权利要求8中所述的方法，进一步包括步骤：在所述多个基站的第一及第二基站中清除帧Pn，m的软信息。
10.根据权利要求1中所述的方法，其中判断是否向所述多个基站的第一和第二基站重新发送帧Pn，m或者发送下一帧Pn+1，m的步骤中包括步骤：如果没有基站对帧Pn，m进行正确解码，则发送帧Pn，m，且将刷新位置“0”，通知所述多个基站的第一及第二基站将帧Pn，m与重发的帧Pn，m+1进行组合。
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