CN1572081A

CN1572081A - 传输方法

Info

Publication number: CN1572081A
Application number: CNA028204565A
Authority: CN
Inventors: B·拉亚夫; M·W·德特林; J·米歇尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2022-10-02
Also published as: EP1436933B1; CN1309196C; WO2003034640A1; DE60203411D1; KR20050033041A; JP4090053B2; BRPI0213283B1; US7324472B2; ES2237704T3; DE60203411T2; US20050041572A1; KR100945603B1; EP1436933A1; JP2005506756A; BR0213283A

Abstract

一种传输方法，由此传输不同类别的数据，且由此存在不同的可靠性位置，由此不同类别的比特被映射到相应的可靠性位置上。

Description

传输方法

发明的领域

本发明涉及一种在可靠性位置上分配比特的方法，该可靠性位置涉及到概率，即在一个可靠性位置上的比特将被正确传送的概率。该处理过程也被称为优先权映射。

发明的背景

对于通信系统来说，提供高的数据传输速率是一个非常重要的方面。在移动通信系统的情况下，这对下行链路连接是特别重要的，下行链路意指从基站到终端的连接。对于UMTS(全球移动通信系统)所谓的高速下行链路分组接入(High Speed Downlink Packet Access，即HSDPA)正在被开发，它提供10.8Mbps(兆比特每秒)的峰值数据速率。

HSDPA数据信道基本上是对现有的UMTS下行链路共享信道(DSCH)的改进。HSDPA在扩展因子为16的情况下允许对不同的用户或者移动站进行高达15个码的码复用。可是主要的多址访问是在时域中的，在时域中不同用户按每个传输时间间隔(TTI)安排，这个时间间隔相应于3个UMT时隙，即，2ms。同时，分配给一个用户的码的数目对于各个不同的TTI可以发生改变。依据系统的负载和信道条件，基站或节点B对每个用户调整其调制和编码率。编码率和调制这两者的一个确定的组合被称为MCS(调制和编码方式)等级。在每个TTI该MCS等级可以改变。这由基站基于来自用户终端或移动站的反馈信息或信道质量信息(CQI)来确定，而这些信息是由信道条件测量中产生的。信道质量信息周期性地进行发送，其周期的范围为1-80个TTI。

为达到高的数据速率，使用一种允许高信息比特率/码字的调制和编码方式。因此，使用所谓的较高的调制技术，该调制技术使一个符号包含的比特数多于2个。一个例子是16QAM(正交幅度调制)。对于这些调制技术，符号中的一个比特的各个单独的位置不是同等地被保护的。因此，企图将重要比特映射到受较好地保护的位置，并且将次要的比特映射到被次要地保护的位置。这被称为比特优先权映射，并将在后面使用HSDPA的例子作详细说明。另外，对于信道编码，使用了码率(rate)R＝1/3的所谓Turbo码。该码率表示总比特数对负载或系统比特数的比值。

1. 1HSDPA编码链(参见图1和图2)

已经提议了将比特优先权映射包含在当前HSPDA编码链中，下面将参照图1进行考察。

在这种情况下Turbo编码器(Turbo Enc)的输出由三个比特类别组成：包含负载或者真实信息的系统比特和两组奇偶校验比特(奇偶校验1比特和奇偶校验2比特)，奇偶校验比特用来纠错。数据被馈送到第一码率匹配单元(第一码率匹配)，在此该奇偶校验比特经历了第一码率匹配。该数据在被馈送到第二码率匹配单元(第二码率匹配)之前被存储在一个虚拟IR(增量冗余)缓冲器(虚拟IR缓冲器)中，在此所有的比特类别经历第二码率匹配(RM Sys，RM P1_2，RMP2_2)。

经码率匹配的比特类别的各个输出被输入到一个比特优先权映射和交织单元(比特优先权映射器和交织器)，在此不同的输入数据(即系统比特和不同组的奇偶校验比特)被送入比特分配单元(比特分配，DU)。在比特分配单元DU之后，在映射到物理信道之前，这些比特用交织单元交织(根据ReleaseR99和一个(32×30)交织器(R99Intlv(32×30))

在比特分配单元DU中，执行所谓的优先权映射。通过优先权映射将更明白下述内容：

如果采用比QPSK(正交相移相键控)更高的调制方式，则意味着和QPSK相比有更多的比特被编码进一个符号，不同的比特位置具有不同的可靠性，如从图2中可以看出的，图中描述了四个16QAM调制方式。实部和虚部的16个组合值的每一个被称为一个符号并代表一个比特序列。对于所有的构象(constellation)，比特映射的顺序为i₁q1i₂q₂。在方式a-d之间的差别只在于将实部的值分配到i₁和i₂，以及将虚部的值分配到q₁和q₂。很明显，其中的值在0-1之间的改变发生在象限的边界处的比特位置，比起其中的值的改变发生在象限之内的比特位置会得到更好的保护。因此，依据比特映射顺序，例如MSB(最高比特)比LSB(最低比特)会受到更好的保护。

现在出现了将比特指定到符号中的确定的位置的困难。对于Turbo编码器存在着不同优先权的比特类别，即它们的正确接收不是同等重要的。这些不同的比特类别是前面提及的具有最高优先权的系统比特和具有较低优先权的奇偶校验1比特和奇偶校验2比特。因此，系统比特最好被指定到高可靠性的位置。迄今为止使用的分配方法的详细描述可以在第2节中找到。

在比特分配之后，根据UMTS标准中使用的规则执行交织处理。

2.比特分配单元(参见图3和图4)

这一节集中讨论比特分配单元(DU)，这还是要结合HSDPA来解释。在[1]中已经提议在HARQ(混合自动重发请求)功能性(泛函性)之后附加一个允许比特优先权映射的比特分配单元。在图3中，详细描述了当前使用的比特分配单元。比特分配单元基本上为一个交织器，其中的行数对应于每符号中的比特数。系统比特的流首先在第1行和第2行被写成行的形式，之后奇偶校验1比特和奇偶校验2比特的两个流交替地写入剩余的区域，即最好是第3行和第4行。在不是所有的系统比特都能容纳在第1行和第2行的情况中，系统比特也可以写入第3行和第4行。这种情况在下面处理。

之后要进行交织处理的数据的输出为列的形式。

在[1]中比特分配单元如下面所述：

数据一行接一行地读入交织器，并一列接一列地[被读]出交织器。为了执行优先权映射，来自Turbo编码器的系统比特的整个流首先被读入，后面紧跟着两个奇偶检验流的交替的比特。图3表示了使用码率为[R＝]1/2码的16-QAM比特分配过程。应当注意到，交替的奇偶数据流可以从交织器的右下角读出，以便于系统比特和奇偶校验比特不会来自同一个符号。

因此对于R＝1/2，所有的系统比特可以放置在高可靠的位置，并且不要求在低可靠性的位置上为高可靠性位置上容纳不下的系统比特设计一个有利的分配。

然而，根据对于比特分配单元的仔细的观察，明显地，对于R≠1/2，比特映射变成次最佳的，因为现在系统比特也处于低可靠性位置，即在此例中在第三行和第四行。图4示出了R＝3/4的例子。同样，数据的输入和输出和图3所述的相似，不同之处在于在这种情况下系统比特的整个最后第三部分会以块状态的方式映射到低可靠性的比特位置上，即相邻比特在分配单元中被设置在相邻位置上。对于R＜1/2，第一奇偶校验比特会以块状态的方式被映射到高可靠性比特位置。在两种情况下，这种分配在帧上是完全不均匀的，因此在解码过程中产生了薄弱环节。到高和低可靠性概率位置上的映射将参照图5作进一步描述，图5示出了一个比特分配单元DU：

比特分配单元DU可以由一个r*c矩阵来代表，其中r表示行数c表示列数。对于16QAM调制，行数为4，在此情况下4个比特形成一个符号。列数的选择则要能够容纳期望的比特数。这些比特被一行接一行地馈送到矩阵，以系统比特开头然后接着奇偶校验比特。填满了系统比特的位置由一个阴影线的区域作标记。如上所解释的，系统比特可能不是恰好适应最前面的映射到16QAM的高可靠性位置的两行，而是覆盖了多于两行或少于两行。与一行接一行地填充的方式相结合，将导致上面提及的按块映射。

以前，在德国申请10150839.5中，建议了一种比特映射方式，它通过使用类似码率匹配的算法以用于比特分配而减轻了该困难[2]。该方法废除上面提及的系统比特在低可靠位置上和奇偶校验比特在高可靠性位置上各自不统一分配的不利之处，并且提供在各个可靠性位置上的更加统一的比特分配。因此，一个与所谓的码率匹配算法相似的算法被应用于将系统比特(一个类别的比特)和奇偶校验比特分配到高可靠性和低可靠性的比特流(即在调制中最后将被映射到高可靠性和低可靠性比特位置的比特流)中。

然而，该分配方法要求更复杂的过程来考虑不同的调制方式、比特率、码速率等等的所有可能的组合。

总之，已经讨论了如何将比特分配到16QAM的高可靠性和低可靠性类别。这里有非常简单的分配规则，如Samsung建议的[6]，以及最近由Motorola建议的[1]，然而这些规则导致系统比特的块被映射到低可靠性的位置。通过独立仿真[2]已经示出了这个效果将降低性能。已经建议了其它的分配规则，这些规则实现了在系统比特的总的集合中的低可靠性系统比特的均匀分配，例如，通过使用不同的码率匹配方式[3]。这些规则已经示出可以在较好的方式中执行，但是它们不太简单。

发明的公开

基于前面的描述，人们面临两难的处境，即或者是好的比特分配方式要求高度的实施复杂性或者是适当的分配方式只要求适度的实施复杂性。本发明的目的在于解决这种两难的处境。

所以本发明还有另一个目的在于创建一个在不同类别的位置上分配比特的方法，它不要求高复杂性的分配过程但仍能提供比特分配的合理的均匀性。

本发明的另一方面保证了一个帧中的比特在不同的可靠性位置上的合理的均匀分配，从而避免了在解码过程中可能出现的薄弱点。

本发明的又一方面是：与DE10150839.5或[2]相比，本发明简化了映射规则，但还是提供了好的性能，从而在性能和实现的复杂度之间定义了一个好的折衷。因此，在另一方面，本发明提供一个能达到更均匀的比特分配而不增加实现的复杂度的简单的最佳方案。

用一种方法将能达到本发明的目的，该方法的特征公开在附属的独立权利要求中。对本发明的有利的改进将在从属权利要求中提出。

本发明是基于改变比特分配单元的写规则的想法，它按照：

数据被一列接一列地写入交织器，并一列接一列地从交织器读出。在最前面的N_c列中，系统比特被写入第1行到N_r+1行，随后它们被写入第1行到N_r行，其中

N_{r} = [\frac{N_{t, sys}}{N_{col}}],

即完全被N_t，sys个已被发送的系统比特(使用的“方括号”为表示向下取整到下一个较小的或相等的整数数目的一个符号)所占据的行的数目，以及

N_{c} = (\frac{N_{t, sys}}{N_{col}} - N_{r}) \cdot N_{col} = N_{t, sys} - N_{r} \cdot N_{col}

N_t，sys为发送的系统比特的数目，并且N_col被定义为如[1]中的：

N_{col} = \frac{N_{trans}}{\log_{2} (M)},

其中N_trans为将被发送的被编码和码率匹配的比特，并且M为调制符号构象点的个数，即log₂(M)为每符号的比特数。

这种方式防止块方式映射到不合适的比特可靠性，而不要求高的实现复杂性。

小结：

N_t，sys为发送的系统比特的数目

N_trans为发送的系统比特数目加上发送的奇偶校验比特的数目

N_r为被系统比特占满的行的数目

N_col为在一行中各自的的列或条目的总数目

N_c为列的数目，所述的列具有N_r+1维，其中维被定义为分配给系统比特的条目数，即N_r+1个条目是分配给系统比特的条目。

附图的简要说明

下面将参考附图，通过优选实施例的方式来描述本发明，其中

图1示出了HSDPA编码链的部件的一个示意图。

图2a-d示出了16QAM调制方式

图3示出了16QAM调制方式和码率R＝1/2的比特分配单元的例子

图4示出了16QAM调制方式和码率R＝3/4的比特分配单元的例子

图5示出了用于比特映射处理进程的传统的交织器。黑体的和虚线的箭头表示一行接一行(现有技术)地写入交织器的两种不同类别的比特。

图6示出了根据本发明的交织器的使用

本发明的详细说明(图6)

现在参照图6，其中示出了一个比特分配单元。

依据本发明的比特分配方法的基本途径或将比特映射到不同可靠性位置的方法如下所示：

对于参照图1-5进行描述的依据现有技术的比特分配方法、以及对于提议的方法，不同类别的比特(即系统比特和奇偶校验比特)在码率匹配之后被写入一个比特分配单元DU：该单元在16QAM的情况下，由一个类似于4*X块交织器的结构组成，这可以由一个矩阵表示。X表示列数。然而，比特不是像现有技术那样被一行接一行地写入，也不是一列接一列地被读出，而是它们的写法有些不同：首先，用于系统比特的“交织器”的区域被确定，就像首先将系统比特写入一个标准的交织器中的方式一样。该确定是基于在交织器中或在相应的矩阵中的的条目数目的计算，如上所述的(参见“发明的公开”)。在图中，条目的数目或矩阵中的区域由阴影线区域表示。之后比特不是平行地而是垂直地被写入交织器，即一列接一列的，但是只写入为该特定的类别的比特保留的区域中。然后，数据被一列接一列地读出。这示于图6中。

在从比特映射单元读出数据之后，来自上半部分的比特，即上面的两行，被映射到高可靠性比特，而来自下半部的比特映射到低可靠性的比特。

在一个实施例中，提出了比特分配的最优化以及HSDPA的交织功能。和[1]相比没有附加的复杂性，并且比特以块方式映射到具有不适当的可靠性的位置的负面影响被减小了。

在一个优选实施中，使用了[3]中详细说明的交织方案。这允许在最低的可能实现努力下达到极好的性能，这已经被[4]的比较仿真确认。

对于本领域的熟练技术人员来说很明显，即这种方案可以以几种方式改变，包括下列方式：

■和/或行的数目可以变化；

■入分配单元的不同类别的比特数目可以变化；

■不同的可靠性的数目可以变化(也可以是具有其它不是可靠性的属性的比特集合)；

■应当注意到，比特分配不会同时起一个好的交织器的作用，而要跟随一个其它的交织器。该交织器能如以前应用中已经描述的那样来实现；

■来自Turbo编码器的各奇偶校验比特可以首先被集合到一起，之后被一列一列地写入为奇偶校验比特保留的空间。

如果在输出中只存在单个可靠性类别的比特，则该方案也可以被使用。在此情况下，此建议被用于将不同类别的比特收集到一起，并且它们都输出到同一数据流。此时，为了简化的原因，比特映射器可以任选地被组织成4行，但是当一列一列地读出时，所有的比特当然被输出到单独一个数据流。这也避免了[7]中的提义的处理步骤的复杂化。

另外，该方法不只能被应用于turbo编码数据，而是特别地可应用于所有数据，其中对不同的子集涉及到不同的优选权。

该方法也可以用于所有高于QPSK的调制种类。

然而，本方法也可以用于具有相同的优先权但是被发送了不止一次的数据。例如，对于一个比特，一次传输可以放置在高可靠性的位置，下一次传输则放在低可靠性的位置，而对于另一个比特则相反，因此，增加了正确接收的概率。

通常，本发明可应用于任何的通信系统或者移动无线电网络，用于在中央单元(例如一个节点B或一个基站)和一个终端(例如一个移动台)之间的数据传输。

特别地，本发明可应用于按照UMTS标准运行的系统。

3.参考

注意，所提及的文档由3GPP(即第三代合作伙伴项目)提供，地址：ETSI，Mobile Competence Centre，650，route des lucioles，06921 Sophia Antipolis Cedex，它们以该组织所使用的格式被引用。

[1] R1-02-286，Motorola，“Enhancement of two-stage RateMatching Scheme for HS-DSCH(用于HS-DSCH的两级码率匹配方式的改进)”Orlando，Florida，February 2002

[2] R1-01-1101，Siemens，“Details of IncrementalRedundancy by means of Rate Matching(借助码率匹配的增量冗余的细节)”，3GPP TSG-RAN WG 1/WG 2Ad Hoc on HSDPA，SophiaAntipolis，France，November，2001

[3] R1-01-1231，Siemens，“Interleaver operation inconjunction with SMP(与SMP一起操作的交织器)”，Jeju，Korea，November 19-23，2001

[4] R1-02-0081，Ericsson，“Comparison of differentinterleaving schemes(不同交织方案的比较)”，Espoo，Finland，January，2002

[5] 3GPP TSG RAN，“High Speed Downlink Packet Access：Physical Layer Aspects(高速下行链路分组接入：物理层状况)”，TSG-R1 Technical Report，TR25.858

[6] R1-02-0024，Samsung，“Text proposal for SMP(SymbolMapping based on bit priority)SMP(基于比特优先权的符号映射)的文本建议”，Orlando，Florida，February 2002

[7] R1-02-0345，IPWireless，“HSDPA Bit Collection(HSDPA比特集合)”Orlando，Florida，February 2002[注意，文档本身不正确地声明Espoo为会址]

5.缩写表

缩写：

ARQ 自动重发请求

BCH 广播信道

BER 比特差错率

BLER 块差错率

BS 基站

CCPCH 公共控制物理信道

CCTrCH 编码的复合传送信道

CFN 连接帧号码

CRC 循环冗余校验

DCH 专用信道

DL 下行链路(前向链路)

DPCCH 专用物理控制信道

DPCH 专用物理信道

DPDCH 专用物理数据信道

DS-CDMA 直接序列码分多址

DSCH 下行链路共享信道

DTX 连续传输

FACH 前向接入信道

FDD 频分双工

FER 帧差错率

GF 伽罗瓦字段

HARQ 混合自动重发请求

HS-DPCCH 与高速下行链路传输相关联的专用物理控制信道

HS-DSCH 高速下行链路共享信道

HS-PDSCH 高速物理下行链路共享信道

HS-SCCH 高速下行链路共享信道的共享控制信道

MAC 媒体接收控制

Mcps 兆码片每秒

MS 移动台

OVSF 正交可变扩展因子(码)

PCCC 并行连接卷积码

PCH 寻呼信道

PhCH 物理信道

PRACH 物理随机接入信道

RACH 随机接入信道

RSC 递归的系统卷积编码器

RV 余版本

RX 接收

SCH 同步信道

SF 扩展因子

SFN 系统帧号

SIR 信号/干扰比

SNR 信号/噪声比

TF 传输格式

TFC 传输格式组合

TFCI 传输格式组合指示器

TPC 发射功率控制

TrCH 传输信道

TTI 传输时间间隔

TX 发射

UL 上行链路(反向链路)

RAN WG1 线接入网络工作组1(物理层)

CR 改变请求

HI HS-DSCH指示器

HSDPA 高速下行链路分组接入

MCS (调制和编码方案)

Claims

1.一种传输方法，不同类别的数据通过该方法被发送，并且由此存在不同的可靠性位置，从而使不同类别的比特被映射到相应的可靠性位置上。

2.根据权利要求1所述的传输方法，

-其中的数据被调制以进行传输从而由一个符号表达不止一个比特，它表达了不止一个比特的某个序列，

-其中将被发送的所述的不同类别的数据至少包含第一和第二类别的比特，

-其中所述的可靠性位置由符号中的位置来表示，在该位置上能放置一个比特，并且所述的可靠性位置和传输的特性相链接，

-并且至少有两个所述的的传输特性的值存在，以及

-其中将一个比特映射到符号中的位置的过程包括下列步骤：

a)建立一个有N_row行和N_col列的矩阵(DU)，该矩阵具有N_row*N_row个条目，由此可以在每个条目上放置一个比特，其中同一行的所有条目和所述的传输特性的同一值相链接；

b)确定将被发送的第一比特类别的比特的数目N_t，sys，并为这些比特在矩阵中逐行地分配相应数目的条目，

从而分配有N_r+1维的N_c列，并且如果N_r＞O，则分配剩余的具有N_r维的N_col-N_c列，

其中N_r为被完全地分配给第一比特类别的比特的列数并且1＜N_c＜N_col，

其中N_c的计算如下

N_{c} = (\frac{N_{t, sys}}{N_{col}} - N_{r}) \cdot N_{col} = N_{t, sys} - N_{r} \cdot N_{col},

并且

N_{r} = [\frac{N_{t, sys}}{N_{col}}]

并且如果N_c＝0则所有的列被分配以N_r行；

c)用第一类别的比特一列一列地填充这些已分配的条目。

3.根据权利要求2所述的方法，其中传输特性为可靠性，即置于相应位置上的一个比特能被正确传送。

4.根据前述权利要求2或3的任一条所述的方法，其中第一比特类别包括系统比特。

5.根据前述权利要求2-4中任一条所述的方法，其中第二比特类别包括奇偶校验比特。

6.根据前述权利要求2-5中的任一个所述的方法，其中所述矩阵的列映射到一个符号。

7.根据权利要求1所述的方法，一个确定的类别的比特优选地被映射到一个给定的可靠性。

8.根据权利要求1所述的方法，其中在一个单独的类别中的比特映射到几种可靠性，并且是以这样一种方式进行的，即各比特均匀地(或者几乎均匀地)分配到几种可靠性。

9.一种比特分配方法，

-其中至少第一和第二类别的比特被映射到一个符号中的不同的位置，

-借此该符号中的位置是与传输特性相关联的，

-并且该特性存在至少两种不同的值，

-由此映射过程包括下列步骤：

a)建立一个有N_row行和N_col列的矩阵(N_row*N_row)，因此该矩阵一共有N_row*N_row)个条目，由此在同一行中的所有的条目与该传输特性的同一个值相关联；

b)确定第一比特类别的比特的数目N_t，sys，并在矩阵中逐行地分配相应的条目数，从而分配有Nr+1行的前N_c列，并且如果N_r＞O，则分配具有N_r行的剩余的N_col-N_c列，其中

N_{c} = (\frac{N_{t, sys}}{N_{col}} - N_{r}) \cdot N_{col} = N_{t, sys} - N_{r} \cdot N_{col},

并且

N_{r} = [\frac{N_{t, sys}}{N_{col}}]

并且如果N_c＝0则所有的列被分配以N_r行；

c)用第一比特类别的比特一列一列地填充这些已分配的条目。

10.按前述权利要求1-8中任何一条所述的方法，该方法适于在一个移动无线网络中将数据从网络的中央单元发送到所述网络的终端。

11.按权利要求8所述的方法，其中移动无线电网络按照UMTS标准运行。