CN1813436A - 用于cdma系统的前向ack/nack信道 - Google Patents

Abstract

基站从移动台接收数据帧并选择性地选通物理层无线电信道以提供响应从移动台接收数据帧的ACK和NACK指示。物理层无线电信道被选通为接通以向移动台提供ACK和NACK指示之一，并被选通为断开以向移动台提供ACK和NACK指示中的另一指示。

Description

用于CDMA系统的前向ACK/NACK信道

相关申请

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求以下临时申请的优先权：2003年6月18日提出的序列号为60/479552的申请。该申请通过引用全部结合于本文中。

发明背景

本发明一般涉及无线通信系统中的自动请求重发，并且更具体地说，涉及用于发射响应在反向分组数据信道上发射的数据帧的ACK/NACK指示的前向ACK信道。

通信系统的用途是在通信信道上将信息从信息源发射到目的地。在无线通信系统中，噪声和多路径衰落会造成传输期间发生比特差错。多种差错控制技术用于抑制干扰和减少比特差错。大多数差错控制技术将受控冗余引入了在通信信道上发射的信息中，该信息可在目的地用于检测并可能纠正传输期间可能发生的比特差错。两种常用的差错控制技术是自动请求重发(ARQ)和前向纠错(FEC)。

ARQ依据的基本原理是添加冗余比特或校验比特到允许在接收器检测差错的消息。如果接收器在接收的消息中检测到差错，则接收器可请求消息重复传输。重传一般与原传输是在相同的数据传输率。重传的次数可限于预定的最大次数。ARQ简单并在差错率低时可实现比较好的吞吐量。然而，在差错率增加时，由于需要重新发送数据，吞吐量会减少。

通过在信息发射前添加冗余到信息，FEC使用纠错码抑制差错。添加的冗余使接收器可检测和纠正在传输期间发生的大多数差错。知道纠错码的接收器可以检测并纠正大多数比特差错。FEC码的示例包括分组码、卷积码和特播码。

混合ARQ(HARQ)是组合了ARQ和FEC的另一种差错控制技术。HARQ已用于高速分组数据(HSPD)信道以进一步增强对链路适应差错的稳健性。使用HARQ，消息使用内码和外码进行了两次编码。例如，内码可包括循环冗余校验(CRC)码，该码在传输前追加到信息比特以形成受保护的消息。受保护的消息然后使用FEC进行编码，例如，与FEC相关联的卷积码或特播码。信息比特和CRC比特两者均进行编码。编码的消息随后发射到接收终端，该终端将消息解码并执行CRC校验。如果消息中的差错数在纠错码的能力之内，则差错将被纠正而无需重传。仅在消息中的差错数超过纠错码的能力时才将请求重传。

当ARQ或HARQ在反向链路信道上使用时，需要有一种方法将ACK/NACK指示从基站发射到移动终端。通常，ACK/NACK指示使用二进制移相键控(BPSK)发射。通过BPSK，信号的相位会改变以确认或否认(ACK或NACK)反向链路信道上的移动台传输。

发明内容

本发明涉及无线通信系统中的自动请求重发方法。无线电基站从移动台接收在反向分组数据信道上发射的数据帧。数据帧的确认在ACK子信道上发送。ACK子信道是时分复用并包括多个时隙。每个移动台被指配ACK子信道上的一个或多个时隙。在数据帧正确解码时，无线电基站通过在ACK子信道对应的时隙中发送信号而确认数据帧的接收。数据帧未或无法正确解码时，基站不在移动台的分配时隙中发射。因此，分配时隙中存在高于预定阈值的能量表示肯定的确认，而低于预定阈值的能量表示否定的确认。确认可重复预定的次数以减少误确认的次数。

附图简述

图1是无线通信网络的框图。

图2是无线电基站的框图。

图3是移动台的框图。

图4示出前向公共功率控制信道F-CPCCH的结构。

图5示出在F-CPCCH上分配时隙以用做前向ACK子信道的一种方法。

图6A-6C示出选择性选通发射器的选通电路。

发明详细说明

转到附图，图1示出可实施本发明的示范无线通信网络10。网络10可以是任何分组交换通信网络，例如，根据IS-2000/2001标准系列的cdma2000无线网络。然而，本领域的技术人员将理解，无线通信网络可根据例如宽带CDMA(WCDMA)标准等其它标准配置。

网络10包括分组交换核心网络(PSCN)20和无线电接入网络(RAN)30。PSCN 20包括分组数据服务节点(PDSN)，并提供到诸如因特网的一个或多个公共数据网络(PDN)50的连接。PSCN 20的详情对本发明不重要，因此PSCN 20在本文中不作进一步讨论。

RAN 30提供移动台100与PCSN 20之间的无线电接口。示范RAN 30包括分组控制功能(PCF)32、一个或多个基站控制器(BSC)34及多个无线电基站(RBS)36。BSC 34将RBS 36连接到PCF 32，并为RBS 36管理通信资源。如诸如IS-2000标准系列的适当网络标准定义的一样，移动台100与RBS 36经空中接口进行通信。

图2示出根据本发明一个实施例的示范RBS 36的功能图。无线电基站36包括控制电路38、多个发射器40和接收器42、复用器44、去复用器46及一个或多个发射与接收天线48。控制电路38控制RBS36的操作。接收天线48从移动台100收到的信号由去复用器46去复用，并馈入接收器42以进行处理。由RBS 36发射的信号由复用器30组合并施加到发射天线48。选通电路50使控制电路38可选择性地打开和关闭发射器40，这将在下面更详细地描述。选通电路50可连接到发射器40的输出或者可中断到发射器40的电源。图2的功能元件可以以软件、硬件或两者的某一组合实施。例如，RBS 36中的一个或多个功能元件可实施为存储的程序指令，这些指令由包括在RBS 36中的一个或多个微处理器或其它逻辑电路执行。

图3是根据本发明一个实施例的示范移动台100的功能框图。在本文中使用时，术语“移动台”可包括：蜂窝无线电话；可组合蜂窝无线电话和数据处理、传真及数据通信能力的个人通信系统(PCS)终端；可包括寻呼器、Web浏览器、无线电话、因特网/企业内部网访问、组织器、日历的个人数据助理(PDA)；以及包括无线电话收发信机的常规膝上型和/或掌上型接收器或其它设备。

移动台100包括经复用器118连接到天线116的收发信机110，这在本领域已为人所熟知。移动台100还包括系统控制器120、存储器130、音频处理电路140及用户接口150。收机信机110包括发射器112和接收器114。例如，收发信机110可根据cdma2000或WCDMA标准操作。然而，本发明不限于使用这些标准，并且本领域的技术人员将认识到本发明可扩展或修改用于其它标准。

系统控制120根据存储器130中存储的程序指令提供移动台100的总体操作控制。系统控制器120可包括微处理器或微控制器，并且可以是专用集成电路(ASIC)的一部分。存储器130表示移动台100中存储器的完整层次结构。存储器130为数据、操作系统程序和应用程序提供存储空间。存储器130可与系统控制器集成，或者可在一个或多个离散存储器装置中实施。音频处理电路140处理由移动台100发射和接收的音频信号。

用户接口150一般包括键盘152、显示器154、麦克风156和/或扬声器158。键盘152使操作员可输入命令并选择菜单选项，而显示器154使操作员可查看菜单选项、输入的命令和其它服务信息。麦克风156将操作员的语音转换成电音频信号以输入到音频处理电路140。扬声器158将从音频处理电路140输出的音频信号转换成操作员可听到的音频信号。

多个移动台100在反向链路分组数据信道上将数据帧发射到RBS36。为使移动台100与RBS 24之间的通信更稳健并提高扇区吞吐量，网络10在物理层实施自动请求重发(ARQ)。为此应用目的，ARQ包括组合了ARQ和前向纠错(FEC)的混合ARQ(HARQ)方案。在RBS 36从移动台100接收出错的数据帧时，在最大重传次数未达到的情况下，它向移动台100发送否定的确认(NACK)。或者，RBS36可确认(ACK)好的帧。为响应NACK或缺少ACK，移动台100一般以与原传输相同的数据传输率重新发射错误的帧。在一些系统中，移动台100可提告用于重传的数据传输率。

在常规无线通信系统中，ACK/NACK指示一般包括使用二进制移相键控(BPSK)在ACK/NACK信道上发射的单个比特。例如，RBS36可发射“1”以确认在R-PDCH上收到数据帧而无差错，或者发射“0”以表示帧差错。帧差错可能是由于未能将R-PDCH帧正确解码。在RBS 36无法将对应的R-PDCCH帧解码时，由于R-PDCCH帧包含将R-PDCH帧解码所需的信息，因此，帧差错也可能发生。因此，在常规CDMA系统中，移动台100在反向链路信道上发射时，ACK/NACK比特在每个帧中发射到移动台100。

在本发明的一个示范实施例中，ACK/NACK子信道定义为前向公共功率控制信道(F-CPCCH)的子信道。F-CPCCH由RBS 36用于发送功率控制比特(PCB)形式的功率控制命令。F-CPCCH在图4中示出。RBS 36在F-CPCCH上持续以恒定功率发射。在cdma2000标准的修订版D中，F-CPCCH组织成20ms帧。每个20ms帧还细分成每个1.25ms的16个等时间隔，这些间隔称为功率控制组(PCG)。因此，单个前向链路帧具有16个PCG。反向分组数据信道(R-PDCH)分成10ms帧，且因此每个帧具有8个PCG。每个PCG包括24个时隙。每个时隙包含1比特。每个PCG的一个时隙用于对一个移动台100进行功率控制。因此，RBS 36可使用单个F-CPCCH以800Hz的速率对24个移动台100进行功率控制。

RBS 36可分配任意数量的PCG时隙用做ACK子信道。图5示出在F-PCCH信道上分配时隙以用做ACK子信道的示范方法。还可以采用其它方法。在图5中，RBS 36在每个PCG中分配了相同的时隙以用做ACK子信道。在特定示例中，每个PCG中的4个时隙(第6、12、18和24个)分配到ACK子信道。每个PCG中剩余的20个PCG时隙可继续用于功率控制。因此，RBS 36可最多以800Hz的速率对20个移动台100进行功率控制而无需在移动台100的功率控制算法中进行任何修改。由于分别分配不同的PCG时隙用于速率控制和功率控制，因此，移动台100无需知道一些PCG时隙正用于速率控制。

在cdma2000标准的修订版D中，每个反向链路帧长度为10毫秒，包括8个PCG。在4个PCG时隙分配到ACK子信道时，每个反向链路帧有32比特可用于ACK子信道。因此，采用单比特ACK/NACK指示，单个ACK子信道可最多支持32个不同的移动台100。要支持最大数量的移动台100，RBS 36将为每个移动台100指配特殊的PCG和时隙(例如，第1个PCG，第6个时隙)。指配可在呼叫建立时或切换后进行。

实际上，可能希望是重复ACK/NACK指示以减少传输差错。通过利用时间分集，重复提高了可靠性。使用重复时，ACK子信道支持少于最大数量的移动台100。例如，如果每个ACK/NACK指示重复4次，则每个ACK子信道将支持8个移动台。由于处理延迟，移动台100可能必需在下一帧前至少两个PCG接收ACK/NACK比特。

对于采用ARQ的许多高速分组数据信道，人们发现大部分初始传输会产生NACK。在一些系统中，初始传输产生NACK的百分比有时高达80％。这种发现的一个暗示是在许多无线通信系统中，存在的NACK将比ACK多得多。因此，通过在ACK子信道上使用通断键控(OOK)，可大大减少用于信令的能量。使用OOK，高于阈值的检测能量被视为第一状态(称为“接通”状态)，而低于检测阈值的能量被视为第二状态(称为“断开”状态)。“接通”状态可由比特“1”表示。“断开”状态可由比特“0”表示。因此，ACK＝接通＝1，并且NACK＝断开＝0。要执行OOK，RBS 36可打开其发射器以确认(ACK)接收的帧，以及关闭发射器以否认(NACK)帧。假定存在的NACK比ACK多得多，则关闭发射器以否认(NACK)将节约能量。如果预计ACK比NACK多，则“断开”状态可用于确认(ACK)接收的帧，并且“接通”状态可用于否认(NACK)接收的帧。

ACK子信道“接通”和“断开”选通可以以多种方式实现。如图6A到6C所示，发射器40包括基带处理器44和功率放大器46。用于传输的信号输入到基带处理器44并施加到功率放大器46的输入。功率放大器46输出的放大信号施加到天线48并发射到移动台100。在图6A中，选通电路50插入基带处理器44与功率放大器46之间。选通电路50中断到功率放大器46的输入。在图6B中，选通电路50放置在功率放大器46的输出之间。在图6C中，选通电路50中断到功率放大器46的电源。

移动台100在空闲状态时，通过将ACK子信道选通为断开可获得另外的能量节约。为说明本发明，移动台在R-PDCH上不发射数据帧时，移动台状态被视为处于空闲状态。移动台100处于空闲状态时，RBS 36可将ACK子信道上对应的时隙选通为断开以节约能量。移动台100可基于F-CPCCH上发射到移动台100的功率控制比特(PCB)而继续前向链路监控。处于空闲状态的移动台100忽视ACK子信道，但可能仍然监视ACK子信道以校准其检测器阈值。

一些差错可能在ACK子信道上的ACK指示传输中发生。由于多路径衰落，ACK可被移动台100理解为NACK，且反之亦然。如果ACK被移动台100理解为NACK，则移动台100将重发射前一帧。移动台在软切换时，仅在其活动集中所有扇区以NACK响应的情况下，移动台100才将重发射帧。对ACK误解的不利之处是额外帧的传输，这在移动台100在其活动集中具有不止一个扇区时不太可能发生。

NACK被移动台100误解为ACK时会发生更大的不利。这种情况下，移动台100发射下一帧并切换或增加序号。序号包括在R-PDCCH上发射的所有数据帧中以允许更高层协议功能确定帧是否按顺序接收。如果在RBS 36未正确接收前一帧的情况下移动台100发射新帧，则物理层上的更高层协议功能将被调用以纠正差错。更高层协议功能将最终纠正差错，但带来大的信令损失。因此，希望将误ACK降到最低。

如上所述，本发明的示范实施例采用重复以防止ACK子信道上出现信令差错。可以采取的另一种措施是提高检测器阈值以对ACK信号要求更高的能级。将检测器阈值设到更高级别将减少误ACK的数量，但可能增加误NACK的数量。如上所述，误NACK的影响由软切换减轻，因此，在任何情况下造成的问题少于误ACK。

ACK子信道上的信令差错还可在移动台100在活动和空闲状态之间转变时发生。移动台100可在活动状态与空闲状态之间自动转变。在自动模式中，移动台100在从活动状态转变到空闲状态时，它向RBS 36发射空速率帧。在空速率帧中，无数据在R-PDCH上发射到RBS 36，而包含速率指示器的控制帧在R-PDCH上发射到RBS36。移动台100有数据要发射时，它只是在R-PDCCH上将数据帧和对应的速率指示发射到RBS 36。在从活动状态转变到空闲状态后，移动台100忽视ACK子信道。移动台100处在空闲状态时可能发生的所有信令差错均被忽略。移动台100转变回到活动状态并且RBS 36未能将对应的R-PDCCH帧解码时，它将像移动台100在空闲状态一样继续操作。如果在移动台100在空闲状态时RBS 36将ACK子信道选通为断开，则RBS 36将不在ACK子信道上发射ACK/NACK指示。RBS 36不能发射等同于NACK，这是RBS 36不能将R-PDCCH解码时的适当响应。移动台从空闲状态转变为活动状态时，误ACK也可能发生。移动台100从空闲状态转变为活动状态时误ACK仅在很少情况下才可能发生。此外，通过使用比特重复，可防止误ACK。

当然，在不脱离本发明范围和基本特征的情况下，本发明还可以以本文所述外的其它特定方式实现。因此，本文实施例从各个方面要被视为说明性的而不是限制性的，并且在所附权利要求的意义和等同性范围内的所有变化要包括在其中。

Claims (21)

1.一种用于自动请求重发的信令方法，它包括：

在基站从移动台接收数据帧；以及

选择性地选通物理层无线电信道以提供响应从所述移动台接收所述数据帧的ACK和NACK指示；

其特征在于，所述物理层无线电信道被选通为接通以向所述移动台提供ACK和NACK指示之一；以及

所述物理层无线电信道被选通为断开以向所述移动台提供所述ACK和NACK指示中的另一指示。

2.如权利要求1所述的信令方法，其特征在于，所述物理层无线电信道被选通为接通以提供ACK指示，并被选通为断开以提供NACK指示。

3.如权利要求1所述的信令方法，其特征在于，所述物理层无线电信道被选通为接通以提供NACK指示，并被选通为断开以提供ACK指示。

4.如权利要求1所述的信令方法，其特征在于，所述物理层无线电信道是时分复用信道，并包含具有多个时隙的逻辑ACK子信道。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述移动台被指配到所述ACK子信道上的选定时隙，并且所述物理层信道在所述选定时隙期间被选通为接通和断开以向所述移动台提供ACK和NACK指示。

6.如权利要求5所述的方法，还包括在所述移动台空闲时，在所述ACK子信道上的所述选定时隙中将所述物理层信道选通为断开。

7.如权利要求1所述的方法，还包括重复每个ACK和NACK指示预定的次数。

8.一种无线电基站，它包括：

从移动台接收数据帧的接收器；以及

向所述移动台提供ACK和NACK指示的控制单元，所述控制单元选择性地选通物理层无线电信道以提供响应从所述移动台接收所述数据帧的ACK和NACK指示，；

其特征在于，所述控制单元将所述物理层无线电信道选通为接通以向所述移动台提供ACK和NACK指示之一；以及

所述控制单元将所述物理层无线电信道选通为断开以向所述移动台提供ACK和NACK指示中的另一指示。

9.如权利要求8所述的无线电基站，其特征在于，所述控制单元将所述物理层无线电信道选通为接通以提供ACK指示，并将所述物理层无线电信道选通为断开以提供NACK指示。

10.如权利要求8所述的无线电基站，其特征在于，所述控制单元将所述物理层无线电信道选通为接通以提供NACK指示，并将所述物理层无线电信道选通为断开以提供ACK指示。

11.如权利要求8所述的无线电基站，其特征在于，所述物理层无线电信道是时分复用信道，并包含具有多个时隙的逻辑ACK子信道。

12.如权利要求11所述的无线电基站，其特征在于，所述移动台被指配到所述ACK子信道上的选定时隙，并且所述控制单元在所述选定时隙期间将所述物理层信道选通为接通和断开以向所述移动台提供所述ACK和NACK指示。

13.如权利要求12所述的无线电基站，其特征在于，在所述移动台空闲时，所述控制单元在所述ACK子信道上的所述选定时隙中将所述物理层信道选通为断开。

14.如权利要求1所述的无线电基站，其特征还在于所述控制单元重复每个ACK和NACK指示预定的次数。

15.一种用于自动请求重发的信令方法，它包括：

在基站从移动台接收数据分组；

选择性地选通物理层无线电信道以确认从所述移动台接收的数据分组。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述物理层无线电信道被选通为接通以提供肯定的确认，并被选通为断开以提供否定的确认。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述物理层无线电信道被选通为接通以提供否定的确认，并被选通为断开以提供肯定确认。

18.如权利要求15所述的信令方法，其特征在于，所述物理层无线电信道是时分复用信道，并包含具有多个时隙的逻辑ACK子信道。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述移动台被指配到所述ACK子信道上的选定时隙，并且所述物理层信道在所述选定时隙期间被选通为接通和断开以向所述移动台提供所述ACK和NACK指示。

20.如权利要求19所述的方法，还包括在所述移动台空闲时，在所述ACK子信道上的所述选定时隙中将所述物理层信道选通为断开。

21.如权利要求15所述的方法，还包括重复每个ACK和NACK指示预定的次数。

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