CN1753326A - 用于移动通信系统上行增强的基站控制的功率调度方法 - Google Patents

Abstract

用于移动通信系统上行增强的基站控制的功率调度方法，用户设备向基站发送调度信息；基站根据各个用户上传的调度信息，对用户设备的发送功率进行调度；基站通过调度指配信息将调度确定的各个用户设备的发送功率指配发送给用户设备；用户设备收到调度指配后，依据所指配的发送功率判断是否允许上传，如允许，则依据指配功率传输上行数据，反之，将等待下一次功率指配；基站对接收到的多次重传数据块进行能量合并，进行解码，并判别是否正确接收；如正确接收，基站将向用户设备发送正确接收应答，反之，发送未正确接收应答；如收到正确接收应答，用户设备将按新指配的发送功率发送新的数据块；反之，用户设备将按新指配的发送功率重传原数据块。

Description

用于移动通信系统上行增强的基站控制的功率调度方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统上行增强的基站(Node B)控制的调度方法，特别涉及用于移动通信系统上行增强的基站控制的功率调度方法。

背景技术

第三代伙伴计划(简称3GPP)是实施第三代移动通信系统的技术标准化组织，其中第三代移动通信技术标准包括频分双工(FDD)和时分双工(TDD)模式。3GPP自成立至今，分别于1999年10月公布了主要包括3.84Mcps的频分双工(FDD)以及时分双工(TDD)的第三代移动通信系统技术标准，简称Release 99；于2000年又公布了主要包括3.84Mcps的频分双工(FDD)、时分双工(TDD)以及1.28Mcps的时分双工(LCR-TDD)的第三代移动通信系统技术标准，简称Release 4；并且于2001年又公布了添加高速数据分组接入(HSDPA)于3.84Mcps的频分双工(FDD)、时分双工(TDD)以及1.28Mcps的时分双工(LCR-TDD)的第三代移动通信系统技术标准，简称Release 5。目前，3GPP正在实施时分双工(TDD)的第三代移动通信系统上行链路增强的技术予研，并且预期将在对上述上行链路增强的技术予研的基础之上正式研究上行链路增强的技术标准化工作，所产生的技术方案将包含于未来的时分双工(TDD)的第三代移动通信系统技术标准，简称Release 6。

无论第三代移动通信系统中的频分双工(FDD)的上行增强技术，还是时分双工(TDD)的上行链路增强的技术，其目的都是通过对由频分双工(FDD)和时分双工(TDD)的第三代移动通信系统所构成的无线网络的上行传输资源实施有效管理和规划来提高上述系统的上行链路的容量和上述系统的无线小区的覆盖范围，以便适合于传输突发性较强的数据业务；此外，通过改善上行专用传输信道的性能，从而提高小区的覆盖率和吞吐量，提高上行传输速率，减少上行链路延迟。

第三代伙伴计划关于上行信道增强的讨论首先是从3.84Mcps的频分双工(FDD)开始的，2003年6月，RAN 20次会议同意开始研究时分双工(简称TDD)系统的上行信道增强。研究的主要项目包括基站(Node B)控制的调度、混合的请求重传(简称HARQ)等。关于基站(Node B)控制的调度方法，针对FDD模式，3GPP TR 25.896V0.4.2包含了两种主要的方法：一种是基站(Node B)控制的速率调度方法(也即两个阈值方案)，另一种是基站(Node B)控制的速率和时间调度方法。

第一种基站控制的速率调度方案中，每个用户设备在专用传输信道的初始化过程中，基站控制器(RNC)给每个UE分配一个传输格式组合集合(Transport Format Combination Set简称TFCS)和两个TFC阈值。这个TFCS包含了多种传输速率。两个阈值中，一个是UE的阈值，另一个是Node B的阈值，UE的阈值不得大于Node B的阈值。在通信过程中，UE可以在RNC给定的TFCS中有限制地选择传输格式组合(TFC)，也就是说选择的TFC必须不得大于当前的UE阈值。如果UE使用的TFC等于当前的UE阈值，并且UE认为还具有以更高速率传输的能力(如：当前发射功率远小于额定的最大发射功率)同时UE有提高传输速率的需求时，可以向Node B请求提高UE阈值，Node B根据当前的噪音情况决定是否允许UE提高UE的阈值。如果允许UE提高阈值，UE的阈值不可超过Node B的阈值。具体的过程如下：

物理层的上行信令名为速率申请(简称RR)专门用于UE申请改变当前的UE阈值。当UE希望提高当前的UE阈值时，也就是UE希望以更高的速率发送数据，将RR的值设为“Up”，当UE不希望改变当前的UE阈值时，不发送RR。当UE选择用小的数据速率发送时，可以直接使用较小的TFC即可。

同时有物理层的下行信令称为速率应答(简称RG)专门用于对UE的速率申请进行应答。RG的值为“Up”时，说明Node B同意UE增加其UE阈值。当UE提出速率申请(即发送RR＝“Up”)，而Node B不应答(即不发送RG)时，说明Node B不同意UE增加UE阈值。当RG的值为“Down”时，说明Node B要求该UE降低它的UE阈值。

第二种基站(Node B)控制的时间和速率调度方案中，UE在进行数据传输之前，需要将一些信息发给Node B以进行数据传输的请求，Node B根据收到的信息，计算出UE的无线信道的好坏，并根据当前的噪音情况以及其他UE的请求的情况，对是否允许该UE进行传输，以多大的速率进行数据传输等进行统一调度和安排。具体的过程如下：

第一步：UE在的上行调度信息控制信道中，发送数据传输的请求。发送的信息包括UE的数据缓存器的状态、UE的功率状态和UE的最大功率能力。

第二步：Node B监测各个UE报告的数据队列长度和发射功率的信息，在小区噪声允许的条件下选出尽量少的UE甚至可以是一个UE在下一个调度周期的时间段内进行传输。Node B通过下行调度指定控制信道对选定的UE进行应答。所传输的信息包括：允许传输时刻及时间段内，最大允许发射功率等其它的调度信息。UE的最大允许的速率是根据NodeB的噪声增加余量，UE的数据缓存器的状态，UE的功率状态和UE的最大功率能力等因素计算出的。

第三步：收到调度指令信息的UE在指定时刻及时间段内，按所指定的速率传输数据。

速率以及时间调度方法有比速率调度更准确地控制本小区噪声水平的能力，也就是说可以使本小区的容量最大化。它的代价是需要传输的调度信息和指令比单纯的速率调度要复杂一些。

FDD中的两种基站控制的调度方法可以较为准确地控制本小区的噪声水平，使本小区的容量最大化。下面分析一下该方案在TDD系统的可行性。

首先，两种方法都是通过对传输格式组合集(TFCS)的调度、指配来实现速率的调度。这在FDD系统里是没有问题的，因为在FDD系统里，UE上行主要依据扰码来区分用户，因此UE可以依据Node B指配的TFCS，自己选择所使用的上行扩频码。而对于TDD系统来讲，上行码字的使用是受限的，如果给某个UE已经分配了某些码字，那么别的用户就无法使用这些码字。这样，在TDD系统中，单纯依赖于TFCS的指配，是无法实现速率调度的。如果要在TDD系统中应用上述的两方法，除了对于TFCS指配之外，还需要引入码字的指配才能实现速率的调度。这样，上述的第一种方法(速率调度方法)，就无法使用，因为单纯通过一个RG消息是无法实现TFCS和码字的同时指配。

其次，如果采用FDD系统的时间和速率调度再加上码字指配，来实现TDD系统中的时间和速率调度，那么还存在着信令负担过重的问题，因为码字的指配必将带来信令的负担。在TDD系统的HSDPA技术中，下行码字的指配需要8个比特，4个用来指示开始码，4个用来指示结束码。但是众所周知，在TDD系统中，下行的扩频因子可以为1和16，而上行的扩频因子可以为：1，2，4，8，16。这样在TDD系统中，上行的码字指配就需要有10或11个比特。因此，在TDD系统中要使用FDD系统的时间和速率调度再加上码字指配，就会有10个比特额外的信令负担。这样对于下行的业务性能就会受到较大的影响。

还有，如果采用FDD系统的时间和速率调度再加上码字指配，来实现TDD系统中的时间和速率调度，那么码字的使用将由Node B进行调度。而依据目前TDD的高层规范，码字的指配都是由无线资源控制(RRC)层来实现的，实现该功能的实体为无线网络控制器(RNC)。如果，要由Node B进行码字的指配，那么能否将现有的RNC中的码字分配的RRC功能移至Node B目前还是一个问题，因为这将会给高层规范带来很大的改动。即便是可以接受这种改动，那么还需要处理好对现有业务(如语音业务)的RNC码字分配和对上行增强业务的Node B码字分配之间的相互关系，解决好后向兼容性问题。

此外，现有FDD系统中的调度方法还存在着调度与混合自动重传请求(HARQ)之间相互冲突的问题。当UE收到了Node B的传输无应答(NACK)时，UE将会重传传输块。然而如果此时信道条件变化，Node B调度指配的TFCI无法提供足够的信道比特，这样数据块的完整重传就无法实现，也就是说现有的追赶合并(chase combining)HARQ技术就无法使用。目前在FDD系统的研究中，提出了一些诸如完全增加冗余(Full IR)和部分增加冗余(Partial IR)的方法以适应信道比特的变化，解决此问题。但是这些方法都需要有额外的带外信令来指示增加冗余的版本(IRversion)，这样就增加了信令的负担。并且由于信令负担的限制，IR version不可能太多，这样也就限制了这些方案的信道适应能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于移动通信系统上行增强的基站控制的功率调度方法。

为实现上述目的，一种用于移动通信系统上行增强的基站控制的功率调度方法，包括步骤：

a.用户设备向基站发送调度信息；

b.基站根据各个用户上传的调度信息，以及一些本地可参考的信息，对用户设备的发送功率进行调度；

c.基站通过调度指配信息将调度确定的各个用户设备的发送功率指配发送给用户设备；

d.用户设备在接收到调度指配之后，依据所指配的发送功率判断是否允许上传，如果允许，则依据指配功率传输上行数据，否则的话，将等待下一次功率指配；

e.基站对接收到的多次重传数据块进行能量合并，进行解码，并判别是否正确接收；

f.如果正确接收，基站将向用户设备发送正确接收应答，否则的话，发送未正确接收应答。

g.如果收到了正确接收应答，用户设备将按新指配的发送功率发送新的数据块；如果收到了未正确接收应答，用户设备将按新指配的发送功率重传原数据块。

本发明利用物理层信令对小区中UE的上行发射功率进行调度并结合混合自动重传请求(HARQ)重传，实现了小区内的各个UE的上行数据传输的时间和速率的调度。仅通过传送功率指配就实现了速率和时间的调度，从而大大减小了下行物理层信令的负担。对UE的上行发射的绝对功率进行指配，从而清楚地掌握了上行的功率状态，这样就避免了上行功率状态的上报，从而减小了上行物理层信令的负担。仅通过物理层的功率指配实现了调度，无需码字的指配，这样对现有高层规范改动较小，后向兼容性好。在HARQ重传的过程中，同样可以进行功率的调度而不改变信道比特，有效地避免了目前TFCI调度和HARQ间的冲突问题。本发明对上行传输进行调度，可以减小系统的噪声增加(Noise Rise)的方差，避免系统的过载，从而提高系统的上行小区吞吐量，增大系统的业务覆盖。本发明适用范围较广，既适用于高码率TDD移动通信系统，又适用于低码率移动通信系统，此外还适用于FDD移动通信系统。

附图说明

图1是基站控制的功率调度过程示意图；

图2是上行增强的基站控制的功率调度方法的信令流程图；

图3是基站控制的功率调度过程的实施例中调度相关信令交互示意图；

图4是基站控制的功率调度过程的实施例中数据传输示意图。

具体实施方式

本发明的目的是通过Node B对小区中的用户设备(UE)的上行数据业务传输进行控制，实现对小区中UE的上行数据业务传输的调度，减小系统的噪声增加的方差，避免系统的过载，从而提高系统的上行小区吞吐量，增大系统的业务覆盖。

本发明对现有问题的解决方案是UE向Node B上传调度信息，然后Node B依据这些调度信息以及本地的一些可参考的信息，对各个UE的发射功率进行调度，并结合HARQ的重传实现对各个UE上行数据传输的速率和时间的调度。依据本发明中所提出的方案：

首先，数据传输的速率的改变是通过发射功率的改变和HARQ的重传实现的，传输格式组合(TFCS)并不发生变化，因此相应使用的码字也没有发生变化。因此利用本发明中所提出的方法进行速率和时间的调度并不需要引入Node B的码字分配。

其次，既然没有了Node B的码字分配，因此也就不会引入额外的信令负担。

还有，众所周知，现有功率控制技术就是一种物理层过程，因而本发明中所提出的功率调度，也可以在物理层中实现。另外，没有了Node B的码字分配，因此也不用将RNC中的码字分配的RRC功能移至Node B。所以本发明中所提出的方法对目前的高层规范修改很小，其后向兼容性较好。

此外，在本发明的方法中，当信道条件恶化时，通过降低UE的发射功率，增加HARQ重传的次数来实现速率的调度的，因此重传时所提供的信道比特并没有变化，只是发射功率减小了，因此追赶合并(chasecombining)仍然可以使用，并且不需要有额外的带外信令。因此本发明中所提出的方法并不存在调度和HARQ重传冲突的问题。

本发明的方法是通过Node B对小区中的用户设备(UE)的上行数据传输的发射功率进行控制，实现对小区中UE的上行数据传输的调度。具体来讲，Node B利用物理层信令，对UE的上行数据传输的发射功率进行控制，实现对小区中UE的数据传输的调度，减小系统的噪声增加的方差，避免系统的过载，从而提高系统的上行小区吞吐量，增大系统的业务覆盖。

本发明中Node B控制的功率调度方法实现的基本原理是小区中的UE利用物理层信令向Node B发送调度所需的调度信息，然后Node B依据各个UE所报上来的调度信息，并结合本地一些可参考的信息，对UE的数据传输进行调度，确定各个UE所允许的发射功率。这样功率大的用户，HARQ重传次数也就较少，其数据传输的速率较大；功率小的用户，HARQ重传次数较多，其数据传输的速率较小。有些发射功率特别小的用户，其实际效果也就是暂时停止了数据传输。因此，通过功率调度也就实现了上行数据业务传输的时间和速率调度。为了实现该方法，在本发明中：

首先，本发明给出了Node B控制的功率调度所需的上行调度信息物理层信令的定义。在本方法中需要的上行调度信息，仅包含UE的缓存器状态信息。将缓存器状态上报给Node B，主要是为了避免数据丢失，确定各个UE上行数据传输的优先级。与原FDD方法中的调度信息相比，本发明中的调度信息中可以去除功率状态。这是因为，在本发明中，在每一个传输时间间隔内Node B将会给UE指配一个绝对发射功率，这样NodeB将会清楚地知道当前UE的发射功率，因而也就没有必要通过调度信息通知了，同时也减少了上行信令的负担。

其次，本发明给出了Node B控制的功率调度所需的下行调度指配物理层信令的定义。在本发明中的调度指配信息中，可以仅包含功率指配信息。

还有，本发明在Node B控制的功率调度方法中提出了利用专用物理控制信道来传输物理层信令的方法。

此外，本发明给出了Node B依据所接收的调度信息，并结合本地的一些可参考信息，确定各个UE所允许的发射功率，并通过调度指配信息指配给UE，从而调度小区中UE的传输时间和速率的方法。

下面对本发明的动作进行说明：

首先，在发明中给出了Node B控制的功率调度所需的上行物理层信令的具体内容：

●调度信息(SI)：

此信息包含的参数有：缓存器占有状态。

●数据传输块大小

此参数用于数据传输块的解码。

●HARQ相关上行信令

在本发明所提出的方法中，由于解决了调度和HARQ之间的冲突问题，因而可以使用追赶合并的HARQ方法，因此并不需要上传诸如增加冗余版本，HARQ过程指示，新信息指示等HARQ相关上行信令。

其次，在发明中给出了Node B控制的功率调度所需的下行物理层信令的具体内容：

●调度指配(SA)：

此信息包含的参数有：功率指配。

●传输块成功接收应答(ACK)和未成功接收应答(NACK)

Node B在接收数据块后将会判断是否正确接收，如果正确接受，将会向UE发送ACK，否则发送NACK。

还有，本发明给出了Node B控制的功率调度方法中提出了利用专用物理控制信道来传输物理层信令的方法。所说的专用物理控制信道包含有：

●上行专用物理控制信道

用于传送上行增强控制信息和调度信息的上行专用物理信道。

●下行专用物理控制信道

用于传送上行增强控制信息和调度指配的上行专用物理信道。

此外，在发明中给出了Node B控制的功率调度具体过程，如图1所示。

101，UE在每一个调度时间间隔上向Node B发送包含缓存器占有状态的调度信息以及要传送的数据块的大小。

102，Node B在收到调度信息之后，就要对各个UE上传的调度信息进行处理，并结合一些本地信息，如当前时隙内的噪声增加值和噪声增加门限，每个UE所允许的最大发射功率(此功率值可以在每个UE初始接入的时候通过高层信令通知Node B)，以及上一调度时间间隔上，NodeB所指配的UE的发射功率，作为调度指配的参数，进行调度。比如说依据缓存器的占有状态，可以知道各个UE的数据传输需求；依据当前时隙内的噪声增加值及噪声增加门限可以知道当前该时隙内的干扰情况以及所允许的噪声增加限制；依据上一调度时间间隔上Node B所指配的UE的发射功率以及所测量到的接收功率就可以得到该UE的信道质量；依据各个UE的最大允许发送功率就可以知道各个UE还可以使用的功率余量。这样Node B就可以根据一定的调度算法，对各个UE的发送功率进行调度，确定各个UE的发送功率。

103，在每一个调度时间间隔内，Node B将其调度确定的各个UE的发送功率通过调度指配信息发送给各个UE。

104，UE依据Node B所指配的发送功率，将所要传送的数据块发送给Node B。需要注意的是，如果Node B所指配的功率低于一定的门限，那么UE将会暂时停止上传数据包，直到有新的足够的功率指配，这样NodeB就可以实现传输的时间调度。

105，Node B在接收到数据块之后，就要进行多次重传能量合并，然后对其进行解码，并通过循环冗余校验(CRC)，对接收到的数据块进行校验，判断数据块是否正确接收。

106，Node B如果正确接收，则向UE发送正确接收应答(ACK)，否则向UE发送未正确接收应答(NACK)。

107，在UE对接收应答，进行判别，如果接收到的是ACK，将会进入步骤104以新指定的发送功率发送新的数据块；而如果收到的是NACK，那么也进入步骤104按新指定的发送功率对原数据块进行重传。

最后给出了本发明提出的上行增强的基站控制的功率调度方法的物理层信令流程，如图2所示。

201，UE在上行增强专用信息信道上传送调度信息。参数：缓存器占有状态。

202，Node B对调度信息以及一些本地的参考信息进行处理，并进行调度。

203，Node B在上行增强专用控制信道上传送调度指配。参数：功率指配。

204，UE依据调度指配的发送功率在专用物理信道上传输数据。

205，Node B对接收到的数据块进行解码和校验。

206，Node B在上行增强专用控制信道上发送接收应答。参数：成功接收应答(ACK)或未成功接收应答(NACK)。在UE收到ACK或NACK后，重新回到步骤204。

实施例

为了便于理解本发明，下面给出了一个适用于TDD系统的Node B控制的功率调度过程的实施例。其中调度过程中的调度相关信令交互示意图如图3所示，调度过程中的数据传输如图4所示。

从图3中可以看出，两个用户设备，在每一个调度时间间隔上，都要向基站发送调度信息(SI)。在基站收到两个UE的调度信息之后，也就是知道了每个UE的缓存器占有状态。然后基站就可以根据所测量到的各个UE的接收功率以及上一调度间隔所指配的UE的发送功率确定这两个UE的信道条件，此外通过测量还可以知道当前的噪声增加值。这样基站综合考虑这些信息，依据一定的调度算法，就可以确定出，在此调度间隔上可以指配的各个UE的发送功率。然后就可以通过调度指配(SA)发送给各个UE。在本发明中所给出的例子中，在调度间隔1内，Node B依据UE1和UE2所上报的调度信息，以及本地的一些参考信息判断出，UE1的数据传输要求更为紧迫，并且其信道条件也较好。因此Node B进行了调度，在调度间隔1后的调度间隔内，通过调度指配给UE1分配了较高的发射功率，而UE2分配了较低的发射功率。

这样，从图4中可以看出，在调度间隔1和调度间隔2调度时间间隔内，以初始指配的发射功率，UE1和UE2都是经过了2次传输正确接收了数据包。由于在调度间隔2内，Node B进行了调度，给UE1分配了较大的发射功率，而给UE2分配了较小的发射功率。因而从调度间隔3开始，UE1都只需要一次重传就可以正确接收数据，而UE2需要3次重传才可以正确接收数据。这样经过了Node B的调度之后，UE1的速率增大为原来的2倍，而UE2的速率降低为原来的2/3。因此，可以看出，Node B通过功率的调度实现了UE1和UE2的传输速率的调度。

此外，如果当Node B从调度信息和参考信息中得知，某个UE的信道条件极端恶化，或者其缓存器中的数据已经为零时，Node B将会给该UE分配一个非常低的发射功率。而当UE接收到的发射功率指配低于一定的门限之后，该UE将会暂时停止数据传输，直到有新的足够高的功率指配。这样也就实现了UE传输时间的调度。

Claims (7)

1.一种用于移动通信系统上行增强的基站控制的功率调度方法，包括步骤：

a用户设备向基站发送调度信息；

b.基站根据各个用户上传的调度信息，以及一些本地可参考的信息，对用户设备的发送功率进行调度；

c.基站通过调度指配信息将调度确定的各个用户设备的发送功率指配发送给用户设备；

d.用户设备在接收到调度指配之后，依据所指配的发送功率判断是否允许上传，如果允许，则依据指配功率传输上行数据，否则的话，将等待下一次功率指配；

e.基站对接收到的多次重传数据块进行能量合并，进行解码，并判别是否正确接收；

f.如果正确接收，基站将向用户设备发送正确接收应答，否则的话，发送未正确接收应答。

g.如果收到了正确接收应答，用户设备将按新指配的发送功率发送新的数据块；如果收到了未正确接收应答，用户设备将按新指配的发送功率重传原数据块。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用物理层信令对小区中用户设备的发射功率进行调度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述物理层信令通过专用物理信道传输。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述用户设备向基站发送调度信息包括缓存器占有状态和要传送的数据块的大小。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述本地可参考的信息包括小区内各个UE所允许的最大发射功率、各个UE上一调度间隔所指配的发射功率、在当前时隙内接收到的各个UE的功率和噪声增加值以及噪声增加门限。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤d)中，当基站所指配的发送功率小于一定的门限值时，用户设备将暂停数据传输，直到收到大于门限值的功率指配。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述门限值由高层给出。

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