CN1675874A - 具有状态和分组确认的arq系统 - Google Patents

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Abstract

一种通信系统，包括用于传输指示器信号(302)的下行链路指示器信道(DL1)，所述指示器信号(302)表明一个数据分组(202)被预定成要在下行链路数据信道(DL2)上从初级站向次级站发送。在运行中，当检测到所述指示器信号时，所述次级站在传输一个表明所接收数据分组的状态的肯定(206)或否定确认之前，立即在上行链路信道(UL)上向所述初级站发送状态信号－例如否定确认信号(204)。通过向所述初级站提供两次机会来检测所述次级站是否没有检测到所述指示器信号的情况，可以降低所述上行链路信道的峰值功率需求，从而降低了系统干扰级别。

Description

具有状态和分组确认的ARQ系统
技术领域
本发明涉及一种通信系统并且进一步涉及供这种系统使用的初级和次级站以及涉及操作这种系统的方法。虽然本说明书特别参照了通用移动电信系统(UMTS)来描述该系统，然而应当理解这种技术同样适用于在其它通信系统中使用。
背景技术
在移动通信领域内持续存在着对于一种能够以合理的速率按需把大块数据下载到移动站(MS)的系统的需求。这种数据例如可以是来自因特网的网页，可能包括视频剪辑或类似物。典型地，特定的MS将只间歇地要求这种数据，因此固定带宽的专用链路是不适当的。为了满足在UMTS中的这种需求，高速下行链路分组接入(HSDPA)模式正在被开发，其可以使向移动台以多达4Mbps的速率转送分组数据便于进行。
分组数据传输系统的常规组件是ARQ(自动重复请求)过程，用于处理错误地接收的数据分组。例如，考虑在HSDPA中从基站(BS)到移动站(MS)的下行链路分组传输。当所述MS接收数据分组时，其例如使用循环冗余码校验(CRC)信息来确定所述分组是否已经不可靠。然后，它向所述BS发送一个为此目的而分配的字段信号，第一信号用作为确认(ACK)，用于表明成功地接收了所述分组，并且第二信号用作为否定确认(NACK)，用于表明接收了所述分组但是其却是不可靠的。所述信号例如可以是以不同的功率发送的不同的代码字或相同的代码字。所述BS要求对判定阈值设置一个适当位置，以致其可以正确地解码所述ACK/NACK消息。
由于分组传输典型地是间歇的，那么可以典型地使用断续传输(DTX)，以致除非已经接收了数据分组否则在ACK/NACK字段中所述MS什么都没有发送。在典型情形下，所述MS没能检测已经发送的数据分组的概率可能是1％。在这种情况下希望BS解释所述DTX好象它是NACK，以致可以向所述MS重新传输所述分组。可以通过在BS把所述判定阈值偏移向ACK信号，或者借助于所述MS在每个ACK/NACK字段中发送NACK来实现把DTX解释为NACK，其中所述ACK/NACK字段不对应于具有正确的CRC分组，无论是否检测到了一个分组。
在每个ACK/NACK字段中所述MS发送的问题是较为显著地增加了上行链路干扰，并且还降低了MS的电池寿命。这在分组通信量是突发(常常出现这种情况)时是个特别的问题，导致在还没有向MS发送分组时却要求其在许多ACK/NACK字段中发送。
偏移用于在ACK和NACK命令之间决定的阈值的问题是需要增加ACK命令的发送功率(如下所论述)以便达到可以接受的、把ACK解释为NACK的低概率。因为在较好设计的通信系统中所述MS发送ACK的概率应该远大于发送NACK的概率，所以增加ACK的发送功率将显著地增加在所述ACK/NACK字段中所要求的平均发送功率。
考虑典型的通信系统，其要求把ACK误解为NACK的概率小于1％并且要求把NACK误解为ACK的概率小于0.01％。假定MS没有检测分组的概率是1％，那么把DTX误解为NACK的概率应该小于1％(以致所述MS不接收分组并且其DTX被解释为ACK的组合概率与把NACK误解为ACK的概率相同，即小于0.01％)。用于典型的移动通信信道的模拟示出了把判定阈值向ACK偏移以达到足以确保把DTX误解为ACK的概率小于1％，其具有要求ACK功率大于NACK功率在某些情况下差不多是10或20dB的效果。
一种部分的解决方案-在我们的共同待审的英国专利申请0207696.6(申请人的参考PHGB 020034)中，对于MS而言是，只要计时器运行着MS在初始ACK/NACK之后就连续地发送NACK。这避免了把BS偏移其判定阈值的必要，从而降低了所要求的ACK功率。然而，使用这种方案的问题是所述BS仍然必须为一系列分组中的第一个偏移其ACK/NACK判定阈值，或者在第一分组之后对DTX容许更高的误检测概率。
发明内容
本发明的目标是致力于上述提出的问题。
依照本发明的第一方面，提供了一种具有用于传输指示器信号的下行链路指示器信道的通信系统，所述指示器信号表明数据分组被预定成要在下行链路数据信道上从初级站发送到次级站，所述次级站具有用于接收所述指示器信号和所述数据分组的接收装置，和用于向所述初级站发送一个表明所接收数据分组的状态的信号的确认装置，其中所述次级站包括用于在传输一个表明所接收数据分组的状态的肯定或否定确认之前在上行链路信道上发送一个表明已经接收到所述指示器信号的状态信号的装置。
通过安排所述次级站来发送一个表明已经接收到指示器信号的状态信号，所述初级站至少具有两次机会来检测所述次级站未能接收到所述指示器信号的情况(即所述初级站在用于接收初始状态信号的两个时间间隙之间没有收到任何信号，以及响应于收到所述数据分组在ACK或NACK的时间间隙中没有接收到任何信号)。从而，降低了初级站把DTX误解为ACK或NACK的概率并且可以降低所述上行链路的峰值功率需求，从而降低了干扰电平。在本发明的优选实施例中，所述状态信号是NACK。
依照本发明的第二方面，提供了供通信系统使用的初级站，所述通信系统具有用于传输指示器信号的下行链路指示器信道，所述指示器信号表明数据分组被预定成要在下行链路数据信道上从所述初级站发送到次级站，其中提供了用于在接收到肯定或否定确认之前在上行链路信道上接收一个来自所述次级站的、表明已经接收到所述指示器信号的状态信号，所述肯定或否定确认表明由所述次级站接收的数据分组的状态。
依照本发明的第三方面，提供了供通信系统使用的次级站，所述通信系统具有用于传输指示器信号的下行链路指示器信道，所述指示器信号表明数据分组被预定成要在下行链路数据信道上从初级站发送到次级站，其中提供了用于接收所述指示器信号和所述数据分组的接收装置，用于在上行链路信道上向所述初级站发送一个表明所接收数据分组的状态的信号的确认装置，和用于在传输表明所接收数据分组的状态的肯定或否定确认之前发送一个表明已经接收到所述指示器信号的状态信号的装置。
依照本发明的第四方面，提供了一种操作通信系统的方法，所述通信系统具有用于传输指示器信号的下行链路指示器信道，所述指示器信号表明数据分组被预定成要在下行链路数据信道上从所述初级站发送到次级站，所述方法包括所述次级站接收所述指示器信号和所述数据分组，并且在传输一个表明所接收数据分组的状态的肯定或否定确认之前在上行链路信道上发送一个表明已经接收到所述指示器信号的状态信号。
本发明是基于这样的识别(在现有技术中不存在)：在接收到要发送数据分组的指示时把状态信号以及与收到所述数据分组本身有关的肯定或否定确认一起传输，降低了峰值上行链路功率需求，从而降低了系统干扰。
附图说明
现在将以举例形式参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1是无线电通信系统的框图；
图2是举例说明操作“已知的停止-等待ARQ模式”的图；
图3是举例说明操作基本HSDPA分组传输模式的图；
图4是举例说明操作包括重复NACK的改进的HSDPA分组传输模式的图；
图5是举例说明操作改进的HSDPA分组传输模式的图，所述改进的HSDPA分组传输模式包括分组指示的信号检测；
图6是举例说明操作改进的HSDPA分组传输模式的图，所述改进的HSDPA分组传输模式包括分组指示和重复NACK的信号检测；
图7是示出了图3(如实线所示)和图6(如虚线所示)对模式的峰值功率需求的图表；和
图8是依照本发明操作分组数据传输系统的方法的流程图。
在附图中相同的附图标记用于表示相应的特征。
具体实施方式
参照图1，无线电通信系统包括初级站(BS)100和多个次级站(MS)110。所述BS100包括微控制器(μC)102，连接到天线装置106的收发器装置(Tx/Rx)104，用于改变发送功率电平的功率控制装置(PC)107，和用于连接PSTN或其它合适网络的连接装置108。每个MS110包括微控制器(μC)112，连接到天线装置116的收发器装置(Tx/Rx)114，和用于改变发送功率电平的功率控制装置(PC)118。从BS100到MS110的通信发生在下行链路信道122上，而从MS110到BS100的通信发生在上行链路信道124上。
在图2中举例说明了操作已知的停止-等待ARQ模式的例子。在分配的时间间隙中在从BS100到MS110的下行链路信道(DL)122上发送被视为Pn的数据分组202，其中n是1位的序列号。由所述MS110在不可靠的状态下接收具有序列号0的第一数据分组P0，所述MS110因此在保留给传输肯定和否定确认的字段中发送否定确认(N)204。响应于此所述BS100重新传输第一数据分组202，这次由发送确认(A)206的所述MS100来正确地接收该第一数据分组202。然后，所述BS100发送具有序列号1的下一分组。如果BS100没有在预先确定的超时时期内收到确认(如果MS110根本没有收到所述分组或者所述确认丢失)，那么其还会重新传输数据分组202。如果所述MS110实际上确实收到先前发送的分组202，那么它可以确定所收到的分组202是重发，这是因为其具有与先前分组相同的序列号。
在图3中示出了当前指定的HSDPA的操作，其以简化形式示出了在用于提供HSDPA的各个信道之间的近似的时序关系。用于预定要向所述MS110传输的数据分组202的存在通过在下行链路指示器信道DL1(高速共享控制信道，HS-SCCH)的子帧N中的指示器信号I302的传输来发信号。其后面是在下行链路数据信道DL2(高速下行链路共用信道，HS-DSCH)上传输数据分组P202。如果所述MS110正确地解码所述分组202，那么其在上行链路信道—高速专用物理控制信道(HS-DPCCH)的子帧N中发送ACK206，如图所示。如果没有正确地解码所述分组，那么作为替代发送NACK204。
如果所述MS110没能检测到指示器信号302，那么它不会在所述上行链路信道124的子帧N中发送任何东西(即它使用断续传输，DTX)。接下来，如果BS100错误地把所述DTX检测为ACK206，那么所述BS不会执行所述分组的物理层重发。这意味着如果所述MS110能够正确地收到所遗漏的分组那么就要求更高层的协议；然而，这种协议产生显著的额外信号通信量(由此产生更多干干扰)并且对于实时应用来说过于缓慢。
为了对BS限制把DTX错误地检测为ACK206的概率(0.01的概率似乎是可以考虑接受的)，它必须偏移其ACK/NACK判定阅值以便有助于检测NACK。然而，这意味着增加了ACK消息所要求的功率，并且该功率可以高达在正常上行链路DPCCH所要求的功率以上10-20dB之多。
参考图4描述了该问题的部分解决方案，在共同待审的英国专利申请0207696.6(申请人参考PHGB 020034)中公开。依照这种模式只要计时器在运行，那么MS110在上行链路信道124的子帧N中发送ACK206(如同所示)或NACK204，继而在对应于经由HS-SCCH没有检测到分组的HS-DSCH子帧的每个上行链路子帧中继续发送NACK204。换句话说，当所述计时器运行时，除非在下行链路HS-DSCH的子帧N中正确解码数据分组202，否则在上行链路信道124的子帧N中发送NACK204。用这种方法，在分组连续(或接近连续)突发期间，所述BS100不必偏移其检测阀值(或许除了在每个突发中的第一分组之外)，从而降低了所要求的ACK功率。
然而，这种模式的缺点是所述BS仍然必须为在每个突发中的第一分组偏移其ACK/NACK判定阈值，或者在第一分组之后容许对DTX的高误检测概率。因而，并没有改进上行链路信道124所要求的峰值发送功率(除非所述BS100也不为第一分组偏移其检测阀，而在这种情况下在每个突发中的第一分组将承受更高的DTX误解概率)。此外，如果分组只是分别地产生(即被按照所述计时器的持续时间更长的时期所分开)，那么当计时器运行时发送NACK204的模式不会带来任何益处。
依照本发明，参考图5描述了改进的模式。依照这种模式，当MS110在下行链路指示器信道上检测到分组指示302时，其在所述子帧之前发送NACK204作为在所述子帧中的状态信号，其中所述MS110通常往往发送与所述数据分组202有关的ACK206或NACK204。在举例说明的方案中，在所述指示符信道的子帧N中发送指示器信号302并且作为响应所述MS110在上行链路信道124的子帧N-1中发送NACK204(除非已经成功地从所述下行链路数据信道的子帧N-1中解码出数据分组)。在本发明的其它实施例中，所述状态信号不必是NACK204。例如，其可以是ACK206或其它合适的信号。
使用该模式，可以设计通信系统以致BS100没能检测出所述MS110没能检测到在下行链路指示器信道DL1上发送的分组指示302的概率在上行链路信道124上的至少两个传输之间分摊。因而如果要求把DTX检测为ACK206的总概率小于0.01，那么可以设置在子帧N-1中NACK传输的功率以致所述BS100把在子帧N-1中的DTX错误地检测为NACK204的概率是0.1，并且可以设置在子帧N中ACK传输的功率以致所述BS100把在子帧N中的DTX错误地检测为ACK206的概率还是0.1。采用这种方法，使对于上行链路信道124的峰值功率需求最小。从而，用于在子帧N-1中传输NACK的发送功率可以不同于用于传输其它NACK的发送功率。实际上，优选地是，用于在子帧N-1中NACK传输的发送功率与通常用于ACK传输的发送功率相同。
在优选实施例中，图5的模式可以与图4的模式组合。特别地是，可以使用在图4中情况的特例，借此所述计时器在子帧N后刚好运行一个子帧的时间。从而当已经在子帧N中发送ACK或NACK时，所述MS110将在子帧N+1中始终另外发送NACK204，除非在下行链路数据信道上子帧N+1中另一分组立即跟上并且正确地解码，而在这样情况下在上行链路信道124上子帧N+1中发送ACK。因此，在单独的一个子帧中所述BS100从不必须区分DTX和ACK206。本发明实施例的特殊优点是所述计时器不必运行比一个子帧更长的时间，从而达到降低ACK功率要求的益处。
依照当前HSDPA的说明，对于系统其还可以要求在后续子帧中重复ACK或NACK多次(多达三次重复)以便在不增加它们发送功率的情况下增加它们的可靠性。在下行链路数据信道上在对应于上行链路信道124上子帧的任何子帧中没有分组可以被发送，所述在上行链路信道124上的子帧包含来自先前分组的ACK/NACK的重复。
在这种情况下，可以应用本发明以致在指示符信道上一旦侦测到分组指示所述MS110就在子帧N-1和子帧N-2中发送NACK204，以便保持该初步NACK204所需要的功率与正常ACK/NACK传输所需要的功率相似。然而，在指示符信道的子帧N中的指示器信号302和在所述上行链路信道124上的子帧N-3之间没有足够的时间，用于在系统的上行链路信道的子帧N-3中要加以发送的NACK204，在该系统中把ACK/NACK重复的数目设置为大于1的值。
在这种系统中，仍然可以使用所述计时器使得在正常ACK/NACK之后引起进一步NACK204被发送(不过所述计时器往往需要运行比一个子帧更长的时间)。在这种情况下，在相同子帧数目上该进一步的NACK往往与正常ACK/NACK一样被重复，并且往往跟在所述正常ACK/NACK的最后重复之后。在图6中举例说明了其中把每个ACK/NACK的重复数目设置为1的情况。
数据分组的存在按照正常的方式在子帧N中由指示器信号302来发信号。然后，在子帧N-2和N-1中发送NACK204(除非已经正确地解码了在子帧N-2中在下行链路数据信道上的分组，在这样情况下在子帧N-2和N-1中发送ACK206)。如果正确地解码所述分组，那么在上行链路信道124上在子帧N中发送ACK206，并且在子帧N+1中重复该ACK206。在下行链路数据信道上在子帧N+1中没有分组可以被发送。如果没有正确地解码所述分组，那么在上行链路信道124上在子帧N中发送NACK206，并且在子帧N+1中重复该NACK206。另外，依照计时器的使用情况，始终在上行链路信道124的子帧N+2和N+3中发送NACK204，除非正确地从在下行链路数据信道上的子帧N+2中解码分组，在这样情况下在子帧N+2和N+3中发送ACK206。
也许希望能够切换NACK206的传输以便通过从BS100发信号来表明接收到指示器信号302与否。这种发信号可以与接通和切断所述计时器组合起来，用于在所述正常分组确认之后传输NACK204(即这两个方面接通或切断一起)，做为选择，这两个方面可以被彼此独立地接通和切断。所述切换可以用MS110的状态例如是处于软切换中还是所选择ACK和NACK的重复次数来加以确定。
一种可能希望切断使用本发明的例子是所述BS100是否正在特别地试图把DTX检测为一种与NACK区分的情况。这可以是例如是否使用不同的冗余版本来重发的情况，而在这样情况下不能把它们直接组合在MS110的相同软缓冲器中。然而，这往往不会带来使用凹口(Chase)组合情况下的问题。
在图7中示出了按照本发明的峰值上行链路信道124功率要求，与1子帧计时器组合使用、示出益处的模拟结果。这是相对于V的P图表，所述P为以dB形式的相对于正常上行链路(DPCCH)传输功率的峰值上行链路功率要求，所述V为以km/h形式的MS110的速度。在该模拟中要求把DTX误检测为ACK206的总概率是0.01。实线示出了在没有初始NACK或后续的计时器的情况下的功率需求，并且虚线示出了具有初始NACK和后续一个子帧持续时间计时器的需求。可见一同使用这两个技术提供了在3和6dB之间的有益效果。
在图8中示出的流程图概括了这种组合模式的操作。在步骤802，所述方法在MS110准备接收数据分组202时开始。测试804涉及所述MS110确定是否已经接收数据分组的指示器信号302。如果已经接收，那么在步骤806所述MS110发送否定确认并且接着接收所述数据分组。测试808涉及所述MS110确定是否已经成功接收所述数据分组。如果接收到了数据分组202，那么接通过了测试808，并且在步骤810计时器，在步骤812发送确认206，并且所述MS110回到测试804以便检查指示器信号302。如果计时器还没有运行或者重新开始已经运行的计时器，那么复位计时器就可能涉及开始计时器。
如果没有成功地接收所述数据分组，那么测试808失败并且进行进一步的测试814来确定所述计时器是否运行。如果所述计时器运行，那么测试814就通过了，并且在步骤816所述MS110在相应ACK/NACK字段中发送否定确认204，然后返回到测试804。如果计时器不在运行中，那么测试814失败并且所述MS110直接返回到测试804。
上述描述针对UMTS FDD(频分多路复用)模式。本发明还可以应用于TDD(时分频分多路复用)模式。在这种情况下，上行链路和下行链路信道在相同的频率使用不同的时间间隙的事实(即互逆信道)可以降低对信道信息发信号的必要。
以上描述与执行与本发明有关的各种任务的BS100相关。实际上这些任务可以担当例如在“节点B”中的固定基础设施的各个部分，其是与MS110直接接口的固定基础架构的部分，或者处于无线电网络控制器(RNC)中的更高层。因此，在本说明书中，可以把术语“基站”或“初级站”的使用理解成包括在本发明实施例中所涉及的网络固定基础设施的各部分。
通过阅读本公开内容，进行其它修改对所属技术领域的技术人员来说是显而易见的。这种修改可以涉及其它特征，所述特征在通信系统的设计、制造和使用及其构成部分中是已知的，并且所述特征可以被用来代替或加入到这里已经描述的特征。
在本说明书和权利要求书中，位于元件之前的词“一个”并不排除存在多个这样元件的情况。此外，词“包括”也不排除存在所列出之外的其它元件或步骤的情况。

Claims (14)

1.一种具有用于传输指示器信号(302)的下行链路指示器信道(DL1)的通信系统，所述指示器信号(302)表明数据分组(202)被预定成要在下行链路数据信道(DL2)从初级站(100)发送到次级站(110)，所述次级站具有用于接收所述指示器信号和所述数据分组的接收装置(114)，和用于向所述初级站发送一个表明所接收数据分组的状态的信号(206)的确认装置(114)，其中所述次级站包括用于在传输一个表明所接收数据分组的状态的肯定或否定确认(206)之前在上行链路信道(UL)上发送一个表明已接收到所述指示器信号的状态信号的装置(114)。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述状态信号与用于否定确认的信号是相同的信号。
3.一种供通信系统使用的初级站(100)，所述通信系统具有用于传输指示器信号(302)的下行链路指示器信道(DL1)，所述指示器信号(302)表明数据分组(202)被预定成要在下行链路数据信道(DL2)上从所述初级站发送到次级站(110)，其中提供了用于在接收到肯定或否定确认(206)之前在上行链路信道(UL)上接收来自所述次级站的、表明已接收到所述指示器信号的状态信号(204)的装置(104)，所述肯定或否定确认表明由所述次级站接收的数据分组的状态。
4.如权利要求3所述的初级站，其特征在于，所述状态信号与用于否定确认的信号是相同的信号。
5.一种供通信系统使用的次级站，所述通信系统具有用于传输指示器信号(302)的下行链路指示器信道(DL1)，所述指示器信号(302)表明数据分组(202)被预定成要在下行链路数据信道(DL2)上从初级站(100)发送到次级站(110)，其中提供了用于接收所述指示器信号和所述数据分组的接收装置(114)，提供了用于在上行链路信道(UL)上向所述初级站发送一个表明所接收数据分组的状态的信号(206)的确认装置(114)，以及提供了用于在传输一个表明所接收数据分组的状态的肯定或否定确认之前发送一个表明已接收到所述指示器信号的状态信号(204)的装置(114)。
6.如权利要求5所述的次级站，其特征在于，所述状态信号与用于否定确认的信号是相同的信号。
7.如权利要求5或6所述的次级站，其特征在于，所述状态信号以与肯定确认相同的功率加以发送。
8.如权利要求5到7中任何一个所述的次级站，其特征在于，提供了用于在接收到所述指示器信号时就复位计时器并且用于在所述计时器终止之前修改上行线路传输特性的装置(112，118)。
9.如权利要求8所述的次级站，其特征在于，提供了用于在没有检测到数据分组的传输的情况下，针对可能已经发送数据分组的每一次级都发送一个否定确认的装置(114)，并且这样的否定确认只在所述计时器终止之前加以发送。
10.如权利要求8或9所述的次级站，其特征在于，所述计时器具有一个子帧的持续时间。
11.如权利要求9所述的次级站，其特征在于，提供了用于发送所接收数据分组的肯定或否定确认N次并且还用于在所述计时器终止之前发送后续的否定确认的装置(114)，其中N是预先确定的。
12.如权利要求11所述的次级站，其特征在于，所述计时器具有N个子帧的持续时间。
13.如权利要求5到12中任何一个所述的次级站，其特征在于，提供了用于在传输所述确认之前发送多个状态信号的装置(114)。
14.一种操作通信系统的方法，所述通信系统具有用于传输指示器信号(302)的下行链路指示器信道(DL1)，所述指示器信号(302)表明数据分组(202)被预定成要在下行链路数据信道(DL2)上从所述初级站(100)发送到次级站(110)，所述方法包括所述次级站接收所述指示器信号和所述数据分组，并且在传输(810，816)一个表明所接收数据分组的状态的肯定或否定确认之前在上行链路信道(UL)上发送(806)一个表明已接收到所述指示器信号的状态信号(204)。
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