CN1954533B - 用于在无线通信系统中提供自主重传的方法和系统 - Google Patents

用于在无线通信系统中提供自主重传的方法和系统 Download PDF

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Abstract

可以具有临界功率可用性的发射机能够被使得自主地重传包含相同数据的先前发射的帧。该发射机向基站收发台(BTS)发射初始帧，并且立即重传相同帧而没有关于来自BTS的任何ACK/NAK传输。该重传在接收机中被累积，并且在足够数量的帧被发射后进行解码。在接收到最后重传的帧后，BTS向发射机发送ACK/NAK，该ACK/NAK被接受。

Description

用于在无线通信系统中提供自主重传的方法和系统
技术领域
本发明涉及数字无线通信系统。更特别地，本发明涉及宽带码分多址(WCDMA)通信系统。甚至更特别地，本发明涉及WCDMA系统中用户设备(UE)与接收机之间的数据传输。
背景技术
WCDMA中的物理层为较高层提供一个或几个传输信道。来自传输信道的数据被单独编码，被复用在一起并通过空中被传输到接收端。用于传输信道的传输时间间隔(TTI)是执行编码和交织的数据的持续时间。对于频分双工(FDD)模式，这也对应于在给定的TTI中传输块在空中的实际传输时间。当前，WCDMA FDD上行链路支持10、20、40或80ms的TTI，即通过相对较慢的较高层信令为每个传输信道半静态配置的参数。
在分组数据传输方案中，数据通常以具有固定大小的传输块的形式到达物理层，例如336比特。该大小不能被容易或快速地改变，并且通常对于系统中的所有用户被固定为相同的值。一个传输块是在一个TTI中可以在一个传输信道上传输的最小非零量的数据，其给出了可以支持的最低非零数据速率。对于给定的传输块大小，TTI越长，最小非零数据速率越低。同时，低延迟对于分组数据系统通常是重要的。因此，TTI越短，从延迟的观点而言就越好。
在无线通信系统中，数据速率越高，为了维持每个信息比特的合适的接收能量而必须的接收功率就越高。因此，存在可以可靠地支持某一数据速率的最大的终端到基站的距离。在该距离，终端以最大功率进行发射以克服从终端到基站的传播损失，并且仍然维持为了以所考虑的数据速率进行可靠通信而需要的最小接收功率。因此，终端距离基站越远，可能的最大数据速率就越低。典型地，通过把基站放置在相互合适的距离处，蜂窝网络可以被设计成用于某一最小(上行链路)比特率，例如64kbit/s。
为了保证把接收的分组无差错地传送到应用层，(无线)通信系统通常使用混合自动重传请求(ARQ)。在使用混合ARQ的系统中，数据被编码并被传输到接收机。接收机设法解码所接收的数据，并且如果在接收数据中发现错误，则接收机向发射机请求重传数据单元。如果在解码过程中没有发现错误，则接收的数据单元被认为是正确接收的，并且接收机向发射机发射确认信号，并把接收的数据单元传送到较高层。因此，可以向较高层提供数据单元的(准)无差错的传送。
可以通过执行软组合，即接收机对错误接收的数据单元进行缓冲，并把缓冲的软信息与由于重传而接收的软信息进行组合，进一步增强混合ARQ机制的性能。
在图1中示出ARQ协议的操作的简单说明。为了说明的目的，该图中以与对于高速下行链路分组接入(HSDPA)所进行的类似方式使用了多个独立的停止等待协议。
发射机在第一帧中发射一个数据单元。控制信息，例如混合ARQ过程号和新的数据指示符，与数据一起被发射。一旦接收，接收机就设法解码所接收的信号，并且向发射机发送ACK或NAK。在图1中，解码过程失败，并且NAK被发送以便向发射机请求重传。发射机重传数据，这次该新的数据指示符被设定以指示这是重传，并且接收的信号应当与已经缓冲的信息进行软组合以便提高成功解码的概率。在过程号后面的思想是能够利用多个并行停止等待协议。因此，在设法解码在帧1所传输并打算用于混合ARQ过程1的数据时，帧2-4可以用于被传输到其他混合ARQ过程，例如过程2-4。
在第三代合作伙伴计划(3GPP)中，当前讨论的是关于如何在上行链路中增强分组数据业务的性能。主要的关注之一是降低延迟。如果引入具有软组合的混合ARQ并将其放置在基站中，则有可能显著地降低延迟。在这种情况下，基站可以快速地向发射机请求错误接收的数据单元的重传，而不是依赖于较慢的较高层重传协议。如果最小TTI从10ms降低到2ms，则有可能进一步降低延迟。
目前，在WCDMA中的上行链路既不支持混合ARQ(位于基站)也不支持2ms的TTI，但是该引入当前正在3GPP中被讨论。具有软组合的混合ARQ的引入在概念上是简单明了的。2ms的半静态TTI原则上可以基于现有的结构。
如上所述，当TTI较短时，最小非零数据速率较高。因此，假设不变的最大终端发射功率，使用新的2ms TTI的终端的覆盖与使用现有10ms TTI的终端相比会受到影响。对于上述的示例数字，336比特的最小传输块，其是可以在上行链路中传输的最小非零单元，对应于10ms TTI的33.6kbit/s的最小非零数据速率和2ms TTI的168kbit/s的最小非零数据速率。假设网络被设计成用于作为典型值的64kbit/s的覆盖，在小区边界的数据传输可以被保证用于10ms的TTI，但是不能被保证用于2ms的TTI。这是令人遗憾的，因为当新的特征被引入规范中时重新设计网络不是所期望的。除了覆盖问题之外，从无线资源管理(RRM)的观点来看，还会存在能够使用显著低于168kbit/s的最小非零数据速率的原因。
发明内容
上述问题的一个解决方案是在终端受到功率限制的情形下从2ms的TTI切换到10ms。由于TTI目前是半静态参数，所以需要使用较高层信令来重新配置在此情况中的终端，这是一个慢过程，它可能不能够适于由于快速变化的信道条件而出现在终端中的快速的功率限制。此外，通常不知道终端中的功率情况的网络必须启动重新配置；终端不能将其自身的限制通知网络的情况会阻止终端与网络的可靠通信。动态TTI，即每当存在功率限制时允许终端自主改变TTI，可以是一种解决方案。然而，动态TTI并不符合当前的WCDMA规范，并且将其引入规范中可能是有争议和/或复杂的。它还能够在切换TTI时引起缓冲处理的问题，例如，如果TTI被切换到2ms如何处理具有10ms TTI的未处理分组的重传。
另一种可能可以是保持2ms的TTI，并且依赖混合ARQ协议和软组合。利用这种方法，终端将在最低非零速率甚至在功率受限情况下使用2ms的TTI发射数据。由于接收的功率并不足够大，所以数据不能被可靠地检测到，并且将几乎总是向终端请求重传。当重传发生时，基站可以执行重传与来自先前传输尝试的缓冲的软信息的软组合。对于每个重传尝试，每个信息比特的累积能量增加，并且最终基站将能够成功地解码该数据。该解决方案依赖于混合ARQ机制；即也由于其他原因而被引入的机制。因此，该方法是简单的，因为它不需要对配置的TTI的任何改变。然而，缺点是来自各个重传尝试的附加延迟；该缺点是相对较严重的，因为引入混合ARQ机制和2ms TTI的主要原因之一是降低总延迟。
本发明描述了例如在最小非零数据速率太高的情况下用于实现较长传输间隔的几种可能。由于本发明基于对其他原因也期望的具有软组合的混合ARQ，所以它使得发射机能够自主和快速地使用比其他可能低的数据速率。使用较高层信令来重新配置发射机/接收机的替代方案明显较慢，并且可能导致可用资源的低效利用。另一种支持用于信道的多个TTI(帧长度)并且使发射机自主地选择使用哪个TTI的替代方案是可能的，尽管从规范和(可能)实施的观点来说它被认为更复杂。此外，所述方案可以在没有任何附加复杂性的情况下容易地实现传输间隔的宽范围。它也允许发射机使用多个自主重传(即跨越多个帧)执行初始传输以及仅跨越一个帧的普通重传(基于接收的ACK/NAK)。
附图说明
被认为是本发明特征的新颖性特征在所附的权利要求书中被陈述。然而，通过参考下面在结合附图时阅读的详细描述或说明性的实施例，将最好地理解本发明本身以及优选的使用模式、进一步的目的及其优点。
图1描绘了常规混合ARQ的操作；
图2说明根据本发明的优选实施例在没有等待来自网络中的ACK/NAK信号的情况下来自终端的“自主”重传；
图3描绘了根据本发明的优选实施例在没有等待来自网络的ACK/NAK信号的情况下通过包括剩余数据标志的来自终端的“自主”重传；
图4说明根据本发明的优选实施例在没有等待来自网络的ACK/NAK信号的情况下通过包括剩余传输字段的来自终端的“自主”重传；
图5描绘了根据本发明的优选实施例作为TFCI信令的一部分的剩余数据标志；以及
图6说明根据本发明的优选实施例的ACK/NAK信号的框图，其指示来自在发送ACK/NAK信号时接收的传输(重传)中的数据是否可以被解码。
具体实施方式
本发明适用于当前处于3GPP标准化中的WCDMA增强上行链路。它也可以适用于其他未来的标准。在下面的说明中，为了解释而非限制的目的，陈述了特定细节，例如特定的体系结构、接口、技术等，以便提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域熟练技术人员而言下述将是显而易见的：本发明可以以脱离这些特定细节的其他实施例来实行。在其他例子中省略公知设备、电路和方法的详细说明，以便不以不必要的细节来模糊本发明的说明。
图2说明根据本发明的优选实施例在不等待来自网络的ACK/NAK信号的情况下来自终端的自主重传。提出了一种用于解决依赖于混合ARQ功能的非零最小数据速率太高的问题的方法，但是没有与从接收机等待ACK/NAK反馈相关的附加延迟。发射机(用户设备)在不等待接收机(网络设备)发射ACK/NAK信号以及不会发生与ACK/NAK信号相关的延迟的情况下执行自主重传。发射机在帧1中发射一个数据单元，并且在随后的帧中重复该数据单元。注意，数据可以在取决于本发明的实施的任何数量的帧中被重传；图中的3个帧的使用严格地是说明性的例子。
在接收到包括数据单元(与混合ARQ过程号一起)的第一帧后，接收机开始解码第一帧。在接收到包括数据单元的重复的第二帧时，接收机注意到发射机指示了使用与在前一帧中相同的混合ARQ过程号的传输，从而表明一个“自主重传”正在进行。一旦在第二帧中检测到“自主重传”，接收机就终止对第一帧的解码(除非解码已经完成)，软组合第二帧与第一帧，并开始解码组合的信号。同样，一旦检测到第三个自主重传，接收机就终止解码，组合所有的三个信号，并启动新的解码尝试。如上所述，使用三个帧严格地是为了易于理解而进行的说明，并且不打算限制可以自主传输的帧的数量。
与先前帧不同的混合ARQ过程号与第四帧一起被发射，以及一旦检测到不同的过程号，接收机就断定预期没有涉及前三帧的附加自主传输，所以解码器完成组合数据的解码。解码尝试的结果与任何混合ARQ方案一样通过ACK/NAK(或类似的状态报告)被指示给发射机。
图3描绘了根据本发明的优选实施例来自终端的重传，其中每个重传包括剩余数据标志。尽管在前面的段落中描述的方法使得能够使用自主重传，但是它将不必要地启动接收机中的解码器，即使帧是自主重传的一部分。这可以通过包括剩余数据标志以及用于混合ARQ方案所需的控制信息(例如混合ARQ过程号和新的数据指示符)来解决。如果剩余数据标志被设定为“真”，则接收机知道自主传输将发生在下一帧中并且不必启动解码器，而是仅仅缓冲软比特以用于即将到来的自主传输。在第三帧中，“剩余数据”标志被设定为“假”，其向接收机指示没有自主传输跟随。接收机然后可以启动解码器，并且如在任何混合ARQ方案中一样处理数据。因此，“剩余数据”标志可以被看作对于接收机“不启动解码器”的指示符。
图4说明根据本发明的优选实施例包括“剩余传输”字段的帧结构。“剩余传输”字段可以被包括在帧中以取代剩余数据标志。该字段指示期望多少附加自主重传。在第一帧中，发射机指示两个随后的帧将包含自主重传，因此在解码之前应当与初始传输进行软组合。在第二帧中，“剩余传输”字段被设定为一以指示随后还有一个附加自主重传，最后，在第三时隙，剩余传输字段被设定为0，因为这是最后一帧，在软组合三个帧后，应当启动解码器。
具有“剩余传输”字段的优点是较好地处理错误事件。如果第二帧即在图3中丢失，则接收机不知道在帧3后是否应当启动解码过程。在图4中，另一方面，剩余数据字段已经向接收机指示在帧3的结尾前不应开始解码，以及附加的要求是启动解码过程将是基于帧1、2和3的软组合。
为了进一步增加抵抗错误情况的鲁棒性，接收机可以对最后的自主传输发射反馈信号(ACK/NAK)，即使接收机并不检测该特定传输。这意味着有可能的是，即使例如没有检测到最后发射的TTI也不需要重传。这只在接收机知道发射机执行多少自主传输的情况下才是可能的。
在上面的讨论中，假设了混合ARQ过程号和新数据指示符(或类似信息)与每个数据帧一起被发送。原则上，有可能只在自主重复的第一帧中发射过程号和新数据指示符。利用这种方法，一些传输功率将被节省并可代之以用于数据传输，但是该方案对错误事件也更敏感，因为接收第一帧至关重要。
图5描绘了根据本发明的实施例作为TFCI信令的一部分的剩余数据标志。“剩余数据”标志(或字段)已经在上面的说明中作为单独信令被说明。尽管这是一种可能，但是把标志/字段看作TFCI信令的一部分更优选。自主重复通常只在最低数据速率时有用。因此，把“剩余数据”标志/字段看作TFCI的一部分可以降低图5中所示的必需的比特总数。
通常，不论自主与否，重传都可使用用于具有软组合的混合ARQ的任何公知方案，例如Chase组合或增量冗余。此外，在使用的码速率上没有特定的假设，并且例如对于TTI给定的值应当被看作仅仅是例子。最后，尽管该原理在蜂窝上行链路方案中进行了说明，但是它在原则上也可以应用于下行链路。
图6说明根据本发明的优选实施例的ACK/NAK信号的框图，其指示来自在发送ACK/NAK信号时接收的传输(重传)中的数据是否可以被解码。在上述实施例中，ACK/NAK信号的传输在解码过程结束时进行，并且如图2-4所示的ACK/NAK指示用虚线来标记。问号指示ACK/NAK被接收机忽略(或者根本没有发射)。然而，如果这些ACK/NAK指示符被使用，即用于每个帧的发射的反馈信号是累积的，则上面方案的性能可以被进一步提高。对于每个帧，发射的ACK/NAK指示数据是否可被解码。如果只有一个解码器可用，则前一帧的解码必须被中断(除非解码已经完成)，并且产生指示在中断时数据能否被解码的ACK/NAK。另一种可能是，当自主重传被检测到时数据解码不被中断；代之以，如所示的解码继续进行。当自主重传被检测到时，该重传与先前接收的数据进行软组合，并且在独立的解码过程中解码该组合的数据。
例如，最小可能的数据单元＝320比特，以及对于2ms的TTI，最小数据速率是160kbit/s。假设相对于DPCCH的所需DPCCH功率偏置是X。如果终端由于功率限制不能提供X的功率偏置，则终端可以决定在一个TTI中发送具有X/2功率偏置的相同数据单元(在该例子中320比特)，然后在下一TTI(具有X/2功率偏置)自动重传数据单元。总的结果是在2+2＝4ms中发送320比特，其对于X/2dB(相对于DPCCH)的功率要求是80kbit/s。还注意，可以有用于重传的附加原因。如上所述，网络可能由于干扰原因而需要限制终端数据速率(功率偏置)。因此，即使终端可以提供高速数据速率，但是由于网络限制也不能允许使用它。
当确定是否需要重传时，发射机可以考虑所有接收的反馈信号，并且做出决定以在反馈信号中提高抵抗错误的鲁棒性。作为例子，接收机可以在首先收到的ACK信号(前几个反馈信号可能总是NAK)后考虑每个接收的反馈信号，并且或者根据接收的ACK/NAK的比作出决定，或者根据来自接收的反馈信号的软信息作出决定。另一例子是发射机可以考虑最后“k”个接收的反馈信号并根据其作出综合的决定。

Claims (20)

1.一种在用户设备UE中的、用于在使用混合自动重传请求ARQ的电信系统中对接收的分组进行应用层传送的方法，该系统包括至少一个用户设备UE和至少一个基站收发台BTS，其中UE与BTS进行通信，该方法的特征在于以下步骤：
-发送包括数据单元的第一帧；
-使用自主重传，在UE中已经接收到确认消息之前发送后续帧，每个后续帧包括第一帧中数据单元的重复；以及
-发送指示所述自主重传的最后帧的剩余数据标志。
2.权利要求1所述的方法，其中所述电信系统是宽带码分多址WCDMA电信系统。
3.权利要求1所述的方法，其中在除了最后一帧外的所有帧中，将所述剩余数据标志设定为第一值，指示每个帧是自主重传，以及在最后一帧中UE发送被设定为第二值、指示没有进一步的自主重传的剩余数据标志。
4.权利要求1所述的方法，其中所述剩余数据标志包括在所有帧中的剩余传输字段，用于指示随后的附加自主重传的数量。
5.权利要求4所述的方法，其中所述剩余传输字段在第二帧中被设定为比在第一帧中的剩余传输字段小1。
6.权利要求4或5所述的方法，其中剩余传输字段在最后一帧中被设定为0，从而向所述BTS指示在软组合完成后启动解码器，并且向UE发送ACK/NAK信号。
7.权利要求1所述的方法，其中在TFCI消息中发送所述剩余数据标志。
8.权利要求1所述的方法，其中在TFCI消息中发送的所述剩余数据标志指示自主重传的数量。
9.权利要求1所述的方法，其中UE一旦接收到限制使用高数据速率的信号就确定是否要启动自主重传。
10.一种无线电信系统中的基站收发台BTS，包括用于在使用混合自动重传请求ARQ的电信系统中对接收的分组进行应用层传送的装置，并且该系统包括至少一个用户设备UE和BTS，其中UE与BTS进行通信，以及BTS的特征在于包括：
接收机，用于
从UE接收包括数据单元的第一帧；
接收自主重传，从UE接收后续帧，每个后续帧包括第一帧中数据单元的重复；
接收指示所述自主重传的最后帧的剩余数据标志，以及
组合装置，用于软组合在第一帧和后续帧中接收的数据单元；以及
解码器，用于对软组合的数据单元进行解码，其中当接收到所述自主重传的最后帧的剩余数据标志时，开始解码过程。
11.权利要求10所述的BTS，其中所述电信系统是宽带码分多址WCDMA电信系统。
12.权利要求10所述的BTS，其中如果所述解码器没有接收到所述剩余数据标志，则一旦接收到第一帧，解码器就开始解码第一帧，但一旦接收到包含第一帧的相同数据单元的第二帧，解码器就终止解码第一帧，并且组合第一和第二帧的数据单元。
13.权利要求10所述的BTS，其中BTS发送指示解码过程的结果的ACK/NAK信号。
14.权利要求10所述的BTS，其中一旦接收到指示没有进一步帧的剩余数据标志，接收BTS就开始解码从第一帧到最后帧累积的软组合的数据单元，并且BTS向UE发送ACK/NAK信号。
15.一种在使用混合自动重传请求ARQ的电信系统中操作的用户设备UE装置，所述电信系统包括至少一个UE设备和至少一个基站收发台BTS，其中UE设备与BTS进行通信。该UE的特征在于包括：
发送装置，用于
发送包括数据单元的第一帧；
使用自主重传，所述自主重传是发送包括第一帧中数据单元的重复的后续帧而无需等待ACK/NAK；
发送指示所述自主重传的最后帧的剩余数据标志；以及
接收装置，用于接收来自BTS的、指示所述自主重传的结果的ACK/NAK信号。
16.权利要求15所述的UE装置，其中所述电信系统是宽带码分多址WCDMA电信系统。
17.权利要求15所述的UE装置，进一步包括UE
忽略响应于BTS接收第一帧的ACK/NAK信号；以及
忽略响应于BTS接收由UE发送的后续帧而从BTS接收的任何ACK/NAK信号。
18.权利要求15所述的UE装置，其中所述UE还包括：
用于在除了最后一帧外的所有帧中把所述“剩余数据”标志设定为第一值指示每个帧是自主传输的，以及在最后一帧中UE发送被设定为第二值以指示没有进一步的自主传输的剩余数据标志的装置。
19.权利要求15所述的UE装置，其中，
所述剩余数据标志是包括在所有帧中的剩余传输字段，剩余传输字段指示传输后的附加自主重传的数量以及所述UE包括用于设定所述剩余传输字段的装置。
20.权利要求15所述的UE装置，进一步包括：设定第二帧中的剩余传输字段比第一帧中的小1。
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