TW419914B - Method and system for link adaptation having a variable update interval - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) ~一 I 【發明之背景】 j i 本發明是關於增進無線通信系統之數據輸出量或品 1質，更具體而言’是關於調變及FEC總碥方索逋%統 及方法。 商用通信系統的成長’特別是細胞式無線電話系統的 爆炸性成長迫使系統設計者去尋找能增加系統容量而不會i 將通信品質降低到顧客容忍範圍之下的方法。同時，顧客 也逐漸開始利用行動通信設備來傳送數據、而非語音在 無線通信系統中越來越常被使用的服務中，收發電子郵件 以及使用網路瀏覽器存取全球資訊網的能力是最常被討論 的。為了有所回應’通信系統設計者也努力地尋找對行動 用戶有效率傳送及接收數據資訊的方式。 數據通信與例如語音通信間有基本的差異。例如屬於 即時服務的語音對延遲的要求較高，而數據通信對錯誤的 要求較高’但在延遲上的限制則較低。細胞式通信系統開_ 始使用包封數據協定，這比電路交換協定更適用於數據的 傳輸。在GSM細胞式系統及DAMPS細胞式系統中的包封服務· 整合目前正在進行標準化。 今曰’ GSM系統提供電路交換數據服務，可以用來與 外部的數據網路相連結，電路交換數據服務同時被用於電 i路交換及包封交換數據通信。為了讓包封交換數據通信更 有效率’而出現了新的包封交換數據服務GpRS (一般包封 無線服務）° GPRS會同時支援非連結導向協定（如IP )以 j及連結導向協定（X.25)。包封交換數據通信協定的優點

第5寅 419914 4 五、發明說明（2) 之一在於單一傳輸資源可以在數個用戶間共享^因此，在 例如GSM細胞式系統的情況下，射頻載波的時槽可以供數 個行動用戶來接收及傳輸數據。 GPRS是GSM的服務，並且會使用部份的gsm基礎建設。 以下參考之GSM通信系統描述於歐洲電信標準機構（ETSI )文件之中。 · 在細胞式系統中引入包封數據協定的目的主要是要支 援高數據速率的傳輸，並且同時達成空氣介面之射頻頻寬 的彈性及有效利用dGPRS觀念可以實作於任何TDMA系統 中並且也可以延伸於多重載波/多重時槽協定中，其中 的單一用戶可以同時佔據超過一個的傳輪資源。 為了提供不同的通信服務，必須有對應 元速率1如對語音及/或數據服務而言，對的/乂二戶品位 質及/或數據輸出量之用戶位元速率較高，則會得到較好 的語音品質及/或數據輸出量。整體的用戶位元速率是由 所選擇的頻道FEC編碼及調變組合與配置给單一用戶之傳 Πΐΐΐ組ΐ所決定。例如在襲系統°中，傳輸資源的 數目就對應於時槽的數目。 ^的通信系統使用不同的FEC編喝方案來進行語音 貝訊的通信。例如調變技術包括高斯最小移相鍵控 )等^正交移相鍵控（QPSK)、以及正交調幅（_ 編碼气㈣方案的缸合可以提供不同的用戶位 干擾電平^的用戶位&速率組合表示需要具有較低 七千的頻道，而較低的用戶位元速率組合對干擾的要

第6頁 五、發明說明（3) 求則較低。傳統上用來指示對干擾程度忍受力高低的名詞 是「強固性」（robustness ) ^強固性通常以載波對干擾 強度測量（C/ I比）表示。這項比例表示無線頻道中有用 的信號之信號強度與頻道中干擾位準間的關係。其他的強 固性指示亦可以應用於例如載波對雜訊比（C/N )。為簡 短說明起見，本文中將使用C/ I。

傳統上，使用單一調變方案及單一FEC編碼方案運作 之通信系統在所有無線頻道狀況下都是接用牯玄 傳。然而，隨著行動用戶數目的增加，無線頻道在 不同區域及不同時間下的狀況差異也越來越大。數個同時 傳輸所造成的干擾可能嚴重降低高用戶位元速率之特定調 變與FEC編碼組合的績效，而在其他情況下，干擾位準則 可能低到足以允許這種組合的運作。因此，近年來逐漸開 始考慮在無線通信系統中動態適配傳輪用的調變及FEC編 碼方案組合。根據無線頻道狀況’可以應用具有足夠強固 性的適當組合並提供最佳用戶位元速率。傳輪時在不同的 調變及FEC編碼組合間切換被稱為是鏈路適配，且在未來 的無線通信系統及現有系統的改良中都已經有考慮這項功 能。使用多重調變方案之通信系統範例可見於美國專利第 5, 577, 087號。在此描述了在較高位準QAM及QPSK間切換的 技術。在調變類型間切換的決策是根據品質測量，然而該 系統使用了固定的用戶位元速率，表示調變的改變也需要 頻道用戶位元速率的改變，例如用來支援傳輸頻道之時槽 數目的改變。

419914 ''at 五、發明說明（4) i 因此，可以考慮提供不同的鏈路協定，亦即在—個系| 統中有不同類型的調變與頻道FEC編碼之組合’使鏈路協 | 疋可以依照特定無線頻道狀況，亦即無線鏈路’進行適配' 改變。舉例來說’系統中可以存在兩個鏈路協定，其中—| 個的強固性較低（亦即使用較少的FEC編碼及/或較不強固： 的調變）而一個具有較高的強固性（亦即使用較多的FEC 編碼及/或較強固的調變）。系統在任意特定時間所使用 之鏈路協定在此被稱為是一種實現（realization)。 鏈路協定的績效可以位元錯誤率（BER )表示為信號 ί 品質的函數’如C/Ι。較不強固之鏈路協定通常對干擾較 敏感’亦即需要高C / ί以獲得低BE R。另一方面，較不強固 的協定則提供較高的用戶位元速率。由於系統中鏈路間的| C/Ι並不相同，不同的鏈路適合不同的協定。鏈路適配演 算法會選擇能最大化輸出量或用戶覺察品質的實現。由於 | C/ I會隨時間改變，實現必須持續的重新評估《這些實現 重評估的間隔時間在此稱為更新時隔。 當傳輸鏈路起始建立時，可能沒有或只有有限關於該 ί ； 無線頻道品質之資訊。因此，一開始很難選擇正確的實 現’亦即能在該特定無線頻道最大化輪出量之起始實現。i 因此’最初的選擇可能是使用非最佳化（如固定/預設或 根據不精確鏈路品質估計）之實現。 從文獻中已知在固定更新時隔會進行特定實現的績效 評估及選擇性地改變為另一實現，亦即鏈路協定。然而， 申請人認為使用固定更新時隔進行鏈路適配，可能會因為

第8頁 £ 9 i ^ - 丨五、赞明一 ' ^一 例如起始實施通常不是最佳化而降低輸出量。因此，鏈路 適配技術需要更創新的技術= 【發明之概要】 /根據本發明可以克服傳統方法及系統傳送資訊時的這 广點，其中申請人揭示可^時技術及^系 鉍以增加系統輸出量^以隨著諸如時間…資訊 量、錯誤傳送區塊、訊^匡而豐。 gr薪-y以根據諸如鍵路品質的存在及/或可靠基乂遂生的總 數據量、及前一更新時隔之傳輪品質#參數而改變、 根據一具體實施例，最初的更新時隔間' 短。如 此，如果最初選取之實現不是最佳化，則邛以迅逨改變為 更佳之實現以最小化起始選取不良的有害妹應。 【圖式之簡述】 ! 配合附圖及下面對本發明具體實施例之詳細的說明， 本發明之這些及其他目的、特色及優點可以更為凸顯，圖 中： 圖一是可以實施本發明之範例G P R S網路方塊圖； 圖二是圖一系統之一範例包封轉換流禾意圖； 圖三為兩種不同調變/FEc編碼方案之數據輸出里的鍵 丨路品質函數曲線圖；

I 圖四描示在使用傳統固定更新時隔時，用來傳送數據 所需時間示意圖； 圖五描示使用根據本發明之具體實施例的可變更新時 隔傳送與圖四相同數據所需的時間示意圖；以及

第9 1 419 914 璉 五'發明說明（6) ~ 一 一一~ --- 圖六描不根據本發明之一具體實施例，如何隨時間函丨 數變動更新時隔之流程圖。 i 【較佳實施例之詳細說明】 ί 下列具體實施例是就TDMA無線通信系統之環境下而加 以忒明。但嫻熟於本領域人士應該瞭解該項進接方法論 僅為說明目的之用，且本發明可以應用於包括分頻多址進 接（FDMA ) 、TDMA、分碼多址進接（CDMA )與這些的混合 等所有類型之進接方法論。

更具體而s ’根據GSM通信系統的運作詳述於歐洲電 I 信標準機構（ETSI )之文件ETS 30 0 573、ETS 300 5 74、— 及ETS 300 578中，在此提及僅供參考。因此，gsm搭配建 議之GPRS包封數據最佳化（之後簡稱為GpRS )的運作在此 僅描述至足以瞭解本發明所需之程度。雖然本發明是就在 改良式GPRS系統之具體實施例加以說明，但嫻熟於本領域： 人士應該瞭解本發明可以用於其他各種數位通信系統中， 例如根據PDC或D-AMPS標準及其改良者。此外，雖然本發 明是就包封交換連線之情況下加以說明，但同樣可以應用 於電路交換連線。

圖一疋GPRS網路架構的概觀。來自外部網路122、124 之資訊包封會從GGSN (閘道GPRS服務節點）120進入GPRS 網路。包封隨即從GGSN透過骨幹網路11 8繞送至正在服務 被指定的GPRS行動台所在區域之SGSN (服務GPRS支援節點 )116 ’ 。該包封從SGSN透過專屬的GPRS傳輸繞送至正確 的BSS (基地台系統）。GPRS暫存器可能或可能沒有與GSM

苐10頁

五、發明說明C7) 系統的HLR (本址位置暫存器）整合。用戶資料可能在 SGSN及MSC間交換以確保諸如限制性漫遊等服務的互動。 在圖二中描示了 G P R S系統之包封轉換流。這也簡單描

述於D. Tur ina等人之「GSM中包封數據頻道之多時槽MAC 層運作建議」，ICUPC，’96，vol. 2，pp. 572-276，在 -此提及僅供參考。從網路2 1〇所接收之包封映射至一或多 個邏輯鏈路控制（LLC)訊框212中，其中每個訊框包含有 資汛欄位、訊框信頭（F Η )、及訊框檢查序列（f c S )。 一個LLC訊框則映射至多個無線鏈路控制區塊（RLC區瑰）

或無線區塊216上，其中每個區塊包含一個區塊信頭（M )、資说欄位、及供接收器檢查資訊攔位錯誤用的區塊檢 查序列（BCS )。無線區塊進一步映射至實體層叢訊。在 GPRS系統中’一個無線區塊會映射至GSM傳輸協定中的四 個叢訊。 在根據本發明之系統中，行動台（圖中未示）與BSS 會支援至少兩種鏈路協定（亦即FEC編碼及/或調變方 案）。關於範例行動台及基地台實作之細節，如有興趣， 可參考美國專利申請案第08/921，319號，標題為「使用具 有不同符號速率調變方案之鏈路的鏈路適配方法」，授與

Magnus Frodigh等人’申請於1 997年8月29日’在此提及 僅供參考。因此，該種系統會具有至少兩種調變方案及一 ，FEC編碼方案、至少兩種FEC編碼方案及一種調變方案、 〔多種調變方案及多種FEC編碼方案。要選擇一種鏈路協 ^作為起始實現可以任何方式進行，例如指定預設的起始

第11頁 五、發明說明（8) 實現’或疋由系統嘗試根據任 (如預期頻道品質、連線期望 量等）。 在鍵路使用起始實現建立 以決定起始實現對該特定鏈路 應該要被持續的評估因為鏈路 變。如上所述’鍵路品質可以 估’如每隔200 ms。然而，固 能無法提供最佳輸出量。 舉例而言’要最大化整個 始就選擇正確的實現。在沒有 質相關資訊時是不可能的。因 有效率並且易於增加延遲。這 重，可以預期其中大部分都是 言’在實施改變前整個傳輸可 這個問題、以及根據本發 範例瞭解。假設在上述GPRS系 )令的用戶正要起始4 Kbit的 上’該用戶的鏈路品質對這兩 別是10 kbps及20 kbps。在圖 量及鏈路品質間的範例關係。 路品質，X，時提供的是10 kbps 何較佳參數決定起始實現 之位元速率、要傳送之數據 之，，鏈路的績效會被評估 ::疋否最佳。此外，實現 負可能隨時間而大幅改 在固疋更新時隔中進行評 定更新時隔在某些環境下可 傳輸的輸出量，必須從一開丨 預先知道真正傳輸的頻道品 此’傳輸的第一部份可能沒 個問題在行動應用中特別嚴i 很短的傳輸。就短傳輪而 能都已使用非最佳化的實現·丨 1 明的解決之道’最好是透過 ί 統（具有兩種不同鏈路協定i 數據傳輸。在此特定時刻 ’ 個實現可達到的數據速率分| 三的曲線圖中，描示了輪出 因此，較強固的實現A在鍵 ，而較不強固的實現β在相 同鏈路品質時提供的則是20 kbps。

"~λ 五、發明說明（9) 然而，系統在該特定時刻通 品質知識，因此最初會選取 $或/、有有限的鏈路 Α。首先’假設使用固定長度 現，纟本例為實現 情況下，在經歷固定更新、D，如20〇 。在此 個傳輸中的2 kbits會使用 .之前，整 餘的2 可二傳送重^選擇之後，傳輸中剩 傳送整個包封的時間Α3ϋϋ 此，使用固定更新時隔 玎妁碍間為30 0 ms，如圖四所示。 署使用本發明的原則，假沒费新拉眩β :寺別假設因為在開始傳輪時缺乏鏈路= : = =的。 則#最佳化實施Α進㈣輸，而剩餘的3.6 kbit 實現Bit行傳送’如圖五所示。整個傳輪aT =見在減少到220 ms;降低27%，相對的輪出量增=時 讓起了鏈路協定評估的可變更新時隔範例，亦即 :二然而，本發明包含所有可變更新時隔種 ;;序；：根據考慮中數據傳輸之特徵選取適配的特定ΪΞ 舉例而言，除了隨時間函數改變更新時隔外， 根據下列參數改變更新時隔： °以 1)傳輪的數據包封大小（位元/位元組/區塊），如 送五個區塊後開始第一次的更新，而在另外十個區=

第13頁 9914 五、發明說明（1〇) 傳送之後開始第二次更新。 曰 '、接收失敗區塊的回報數目’如在五個錯誤接收區 塊的回報之後開始第一次更新’及在另外+個錯誤接 2 , 區壤的回報之後開始第二次更新；及/或 L|C訊樞的數目，如在根據GPRS系統之一特定實施例 ’在傳送五個LLC：訊框之後開始第一次更新，及在 此外十個UC訊框之後開始第二次更新。 ’及些參數 的任意組合也可以用來建立可變更新 砰隔函數。 叉又啊 之外，這些指示更新時隔在傳輸週期中何時發生的參數 變：，更新時隔的長度也可能根據下列一或多個參數改 )，路品質測量的存在或可靠度，例如鏈路品質測量越 夕或越不可靠，更新時隔就越短； ，傳送的資訊大小，例如要傳送的資訊越少’更 隔就越短；以及 町 c) ^次更新時隔的傳輪品質，例如傳輸品質越低， 更新時隔就越短。 在值i述相對於圖四及圖五的範例，描示了更新時隔如何 行改變。：測置不存在、或可靠度較低時進 & Μ $ s、、而，同樣的狀況也可以應用在細胞間或細胞内 在剛要求改變實現之後或根心 測量能需要改變更新時隔。鏈路品質 〇罪度可以用諸如標準差作實際的測量。當鏈路品

第14頁 ΗΒ 4 19 914 五、發明說明（11) 質測量的可靠度較低時，通常會使用較短的更 根據本發明的具體實施例，更新時隔的長度可^來昭 圖六流程圖的方式進行控制。最初，在步驟7〇會使用較短 的更新時隔’如40 ms。如果在一或更多更新時隔吏 上步驟72)仍沒有改變實現，例如因為位元錯誤率及，或 輸出量是可以接受的，則在步驟74可以増加可變 :’例如再加上4“s。否則，如果實現發生改變（或時產 生要求）’則更新時隔會跟隨决策方塊74「是」的分支而 =起始的較短值…卜，當預定事件如交遞發生時， =隔J可以”，取得較短更新時隔的效益。這個 匕矛王叮以&供更新時隔長度持續的择士 , 直到傳輸結束為止。 ㈣的增加，如方塊76所示， 另在步驟7〇,起始更新時隔時可以考慮的因素 疋上次傳輸發生迄今的時間。舉例而士， 離現在的時間很短，則可以使用較 =剧 _ Λ 災用权長的起始更新時隔，如 6〇 mS。可以使用計時器（圖中未示）追蹤上次傳輸迄今 的時間，以決定起始更新時隔的長度。距離上次傳輸時間 過去的越久，起始更新時隔的長度就越短。在擁有額外的 實現改變頻率資訊後，計時器的臨界值可以設定為不同的 值。舉例而言，先前高頻率的實現改變暗示較短的更新時 隔。 在一具體實施例中’鏈路適配是在LLC等級進行，亦 即更新時隔在每一LLC訊框之後結束，則LLC區塊的大小可 以破用來取得較短的起始更新時隔。當網路包封數據被切

第15頁 ^19 914 五、發明說明（12) 割為數個LLC訊框時，這種切割报少會使得所有LLC訊框都 丨具有完整的長度。通常，至少一個LLC訊框會小於完整的 訊框，這通常是序列中的最後一個LLC訊框。藉由先傳送 這最後一個LLC訊框’可以儘可能的使起始更新.時隔最 丨短’亦即與最短的LLC訊框一樣長。也可以將傳送的第一 個LLC訊框指定為特定長度，並且考慮該長度與網路包封 數據的映射。 I 根據另一具體實施例’更新時隔可以根據實現的改變 !而改變。舉例而言，如果系統中有六種不同強固性的鍵路 丨協定，則可以在從最強固鏈路協定改變為最不強固協定後 :使用極短的更新時隔。另一方面，如果只是從最強固鍵路 協定改變為第二強固協定’則可以使用較大的更新時隔。 本發明已經以特定實施例加以描述。但嫻熟於此技藝之人 士可瞭解本發明在不脫離其精神及基本特性下可以其他特 I定形式予以實現。因此，在此所揭示之實施例僅是為相關 之說明而不是為限制之用，本發明之範圍係由下面之申嗜 專利範圍所界定，而#由前文之說明限制。是故，凡在: 案意思及卓效範内之改變應被視為涵蓋在本發明範圍 内。

Claims (1)

1. 4)/991 4 ( 六、电專利範圍 1/ 一種在通信系統中傳送資訊的方沬，包含下列步驟： 1 (a)t選擇y第一實現（realization)以傳送前述資訊； __ — ____χ (b )c^C^TWlT5^anO-：:rf=EW>lfli 資訊）· (c) ‘用前述第一實現傳送之f —5Γ的對應績效； (d) 根述評估步驟的(声選擇性的改變至第二實 現；以及 . ! (e)在時^中使用前述第一及第二實匙其中之一 繼令傳蓮〜前义資訊，其中二更新.碕隔具有與前 述第新麻; 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，進一步包含下列步 驟： 為前述第一及第二更新時隔中的至少一個選擇時 隔長度是根據下列至少一個參數：鏈路品質測量的存在 /可靠度、傳輸大小、改變實現強固性的數量、及前次 更新時隔的傳輸品質而定。 3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該資訊包含數據 包封。 4. 根據申請專利範圍第1項之方法，進一步包含下列步 驟： ， 在下列事件：交遞、頻道重選、及實現改變之一發 生後使用前述第一更新時隔。 5. 根據申請專f彳範圍第4項之方法，其中該第一更新時隔 小於前述第昱更新時隔。 6 ·根據申請專利範圍第4項之方法，如果上次傳輸之後已

   第17肓 4 1 9 91 A 、 ———__ 7、申請專利範圍 過了特定時間 件之後使用。 則其中前述第一 更新時隔只有在前述事 根據申請專利範圍第 更新時隔對應於多個 够/ 0 1項之方法，其中前述第一及第二 完整的邏輯鏈路控制（LLC)訊 種在通k系統中傳送數據的方法包含下列步驟： 使用鏈路協芒傳送數據」^及 在時隔％ir被前述傳送之數據。 .艮據申請專利範圍第8項之、法，其中該可變更新時隔 隨時間而改變。 10 ·根據申請專利範圍第8項之方法，其中該可變更新時 隔隨傳送的數據總數而改變。 11.根據申請專利範圍第8項之方法，其中該可變更新時 隔隨回報的失敗數據區塊數目而改變。 1 2.根據申請專利範圍第8項之方法，其中該可變更新時 隔隨邏輯鏈路控制（LLC )訊框的數目而改變° 1 3.根據申請專利範圍第8項之方法，其中該可變更新時 胃隔的長度變化是根據下列至少一個參數：鏈路品質測 置的存在/可靠度、傳輸大小、及前次更新時隔之傳輸 品質而決定。 14‘根據申請專利範圍第8項之方法，其中該可變更新時 隔是由下面所決定： 從起始更新時隔開始；以及 除非預定事件發生，否則持續增加前述起始更新時

   第18頁 π 9 91 4 ί 六、申請專利範圍 隔長度。 15·根據申請專利範圍第14項之方法，其中該預定事件是 下列之一.交遞、頻道重選、及實現改變。 16.根據申請專利範圍第8項之方法，其中該鏈路協定是 调變/FEC編碣方案’且前述評估步驟進一步包含下列 步驟： 評估 #不同 隔。 1 一種傳 \ 在至 的發射 在可 編碼方 18. 根據申 隔的變 塊、及 19. 根據申 隔的長 量的存 品質而 20. 根據申 時隔結 述處理 前述傳送數據的位元錯誤率績效並選擇性改變 的鏈路協定進行傳輸直到下一個可變更新時 輸裝置，由下列構件所構成： 少兩個調變/FEC編碼方案中擇一用來傳送數 機；以及 變更新時隔結束時評估與前述選擇之調變 ^相關的前述傳輸品質之處理器。 :轭圍第17項之裝置，其中該可變更新時 邏：Ϊ據下列至少一個參數：資訊量、失敗區 ^輯鏈路控制（LLC )訊框而定。 圍第17項之裝置，其中該可變更新時 :變化疋根據下列至少一個參數：鏈路品質測 定。度、傳輸大小、及前次更新時隔之傳奉 C圍第17項之裝置’其中在該可變更新 器會改2傳輸績效低於預定的臨界值，則前 會改變則述選擇之調變/FEC編碼方案。

   991 A -t 六、申請專利範圍 21. —種評估目前所選自多重鏈路協定中之一者的方法’ 進一步包含下列步驟： 在可變更新時隔逾時後，評估前述目前選擇之鏈路 協定，前述可變更新時隔的長度是根據下列至少一個 參數：鏈路品質測量的存在/可靠度、傳輸大小、及前 次更新時隔之傳輸品質而定。

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