TWI261984B - Implementing a physical layer automatic repeat request for a subscriber unit - Google Patents

Description

五、發明說明 y案號 (1) 91119057_^ 修正 背景 本發明係關於無線通信系統。尤指一種藉由使用實體 層（physical layer ; PHY)自動重複要求（automatic r e p e a t r e q u e s t ; A R Q )方法而對此系統修正之方法。 所提出之使用單一載波頻域等化（single carrier-frequency do mainequalization ; SC-FDE) 或正交 分頻多 重（orthogonal frequency division multiplex ; OFDM) 之寬頻固定無線存取（broadband fixed wireless access ;BFWA)期望使用高速向下連結封包存取應用（high speed downlink packet access ; HSDPA)。此應用將於高速發 送向下連結封包資料。於BFWA中，一建築或一群建築被以 有線或無線的方式連接，並且被視為一單一用互戶位置。 此種需要大頻寬之單一端點多重端使用者之系統的之資料 要求非常高。 目前所提出之系統使用第二層自動重複要求系統 (ARQ)。被成功地被發送至用戶之資料區塊從第二層被緩 衝及重新發送。儲存於第二層之資料區塊通常很大，為高 的訊號對雜訊比（signal t〇 noise ratio ;SNR)接收而被 發送’以低的區塊誤差比被接收（b 1 ◦ c k e r r o r r a t e ; BLER) ’且不常被重新發送。此外，第二層arq信號通常 較慢而需大緩衝器以及長的重新發送期間。 因此’我們希望在第二層ARQ系統之外有其它的選 擇。 發明綜合說明

-ijfe ^91119057 92. 1L 2ί 修 rp i 年1細觀 修正 五、發明說明（2) 哭-。^實!1自動要求重複系統包括—發送器以及一接收 ㈣體層發送器接收資料並將所接收之資料 = =變之封包。此實體層發送 .., 、 用u叙迗封包以及回應未接收到一預定 二ί:對回應：重新發送封包。在發送器中之-適應性 ;:定之：制-器收集發送統計並使用所收集之統計調整 料調變。此接收器包括1頻道混合竭 ;::L'，其結合封包發送，解瑪封包並偵測封包 决。4接收器包括一確認發送器，其發送每一封包之確 如；封包具有可接受之誤差比。此接收器包括-依序 I运TL件用以傳遞可被接受之封包至較高層。 較佳實施例詳細說明 第1Α圖及第1Β圖分別表示一 上連結實體ARQ 20。

向下連結實體ARQ 10及向 向下連結κ體ARQ 1 0包括一基地台丨2用以接收來自網 路14所提供之較高層ARQ發送器14a之封包。來自發送器 14a之封包被輸入基地台12中之實體層ARQ發送器12&。此 實體層ARQ發送器丨2a以一前向誤差校正碼（f 〇rward err〇r

⑶Kectmg code ; FEC)，附加誤差檢查序列（err〇r check sequences ; ECS)對此資料編碼，受適應性調變及 編碼（AMC)控制器丨2c指示調變此資料，使用例如二相位變 換鍵控（binary phase shift keying ; BpsK)，正交相位 k ^ M ^(quadrature phase shift keying; QPSK )或m

五、發明說明（3) 正父振幅調變（m-ary quadrature amplitude modulation ;亦即’16-〇八1^或64-卩八^1)。此外，對於正交分頻多重存 取（orthogonal frequency division multiplex access ;OFDMA)而言，AMC控制器1 2c可以改變用以承載封包資料 的子頻道。此實體層ARQ發送器1 2a經過開關，循環器或雙 工器12d以及天線13而發送封包至用戶單元16。實體層ARQ 發送器1 2 a也暫時儲存重新發送用之訊息，如果需要的 話，於被合併於發送器1 2a中之緩衝記憶體中。

用戶單元1 6之天線1 5 a接收此封包。此封包經由開 關，循環器或雙工器16b被輸入實體層ARQ接收器16a。在 實體層ARQ接收器16a，此封包被FEC解碼並使用ECS檢查誤 差。接收器16a隨後控制確認發送器16c以便確認（ACK)具 有可接受誤差比之封包的接收，或藉由，較佳者，扣留一 確認訊號或發送一負確認（NAK)而要求重新發送。

ACK由ACK發送器1 6c經由開關1 6b及天線1 5傳送至基地 台1 2。此ACK經由空氣介面4被傳送至基地台丨2之天線1 3。 被接收之ACK由基地台内之確認接收器丨2b處理。此ACK接 收器1 2b發送此ACK/NCKs至適應性調變及編碼（AMC)控制器 1 2c以及發送器1 2a。AMC控制器1 2c使用所接收之ACKs之統 什分析相對於用戶單元1 6之頻道品質，並且可以改變訊息 之後繽發送之FEC編碼及調變技術，如將被描述的更多細 節。如果用戶單元1 6確認封包的接收，在基地台丨2之此 ACK的接收促使暫時被儲存於緩衝記憶體中之原始封包在 下一封包的準備中被清除。 士口 I、沒# ACK被接收或接收到一NAK，此實體層ARQ發

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91119057 年 修正 送$ 1 2 a重新發送該原始訊息或有選擇性地修改給用戶J 6 之原始訊息。在用戶單元丨6中，此重新發送被與原始發送 結合’如果可以的話。此技術藉由使用資料冗餘或選擇的 重複結合而有利於正確訊息的接收。具有可被接受之誤差 比之封包被發送至較高的層1 6 d以進行更一步的處理。此 可被接受之被接收封包以此資料被提供給基地台中之傳輸 實體層ARQ發送器i2a之相同的資料次序（亦即，依序傳輪 (in-sequence)發送）被發送至較高層16(1。此重新發送之 最大數目被限制於一操作者定義之整數值，例如範圍1至8 的整數。在重新發送之最大次數被嘗試之後，緩衝記憶體 被清除’以便讓下一封包使用。在實體層使用小封包解碼 一確認訊號可降低發送延遲及訊息處理時間。 因為PHY ARQ發生在實體層，特定頻道之重新發送所 發生的次數，重新發送的統計，係頻道品質之良好測量。 使用重新發送統計此AMC控制器1 2c可以改變此頻道之調變 及編碼方法，如第2圖所示。此外，重新發送統計也可以 與其匕的鏈結（1 i n k )品質測1結合，例如位元誤差比（b u error rates ; BER)及區塊誤差比（BLERs)，藉由AMC控制 裔1 2 c以測量頻道品質並決定是否需要改變調變及編碼方 式。 為說明SC-FDE ’特定頻道之重新發送發生被測量以產 生重新發送統計，（6 0)。使用此重新發送統計來決定始是 否改變調變方式，（62)。如果重新發送過多，則使用較強 的編碼及調變方式，（64 )，通常在降低的資料傳輸速率。 此AMC控制器12c可以增加擴展因子並使用較多碼以傳輸此

j- - 號91119057__年月曰 修正_ 五、發明說明（5) 封包資料。另一種方式或此外，此AMC控制器可以從高資 料處理量調變方式轉換至較低的資料處理量方式，例如從 64-QAM至16-QAM或QPSK。如果重新發送的速率低，則做出 至較高容量調變方式的轉換，例如從叶“至丨^ ary QAM或 6 4-ary QAM，（66)。此決定最好使用重新發送率或其它從 接收器發出信號之鏈結品質測量，如或BLER，（ 62 )。 此決定的限制最好由系統操作者為之。 對OF DMA而言，重新發送的發生被用以監視每一次頻 迢之頻道品質。如果重新發送率或特定次頻道之重新發送 率/鏈結品質指示較差之品質，該次頻道可能有選擇性地 從OFDM頻道組中被設定無效，（64)，以防止某些未來週期 中對此種不量品質次頻道的使用。如果重新發送率或特定 次頻道之重新發送率/鏈結品質指示較高之品質，先前被 設定無效之次頻道可以被加回至⑽⑽頻率組，（66)。 使用重新發送的發生做為AMC的基礎提供對每一使用 者之平均頻道情況之調變及編碼方式的彈性。此外，此重

新♦送率對於來自用戶單元1 β之測量誤差及報告延遲而t 是不具影響的。 D 向上連結實體ARQ 20本質上類似向下連結實體ARQ 10 ’ &並包含一用戶單元26，其中來自較高層28之一較高層 八1^發运為288之封包被發送至實體層人叫發送器26&。此訊 息經由開關26d，用戶天線25及空氣介面4被發送至基地台 天線。此AMC控制器，同樣地，可以使用一頻道之重新發 送統計而改變調變及編碼方式。 貝體層ARQ接收器22a，類似第1A圖之接收器16a，決

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五 發明說明（6) 定此訊息是否具有需要重新發送之 、， 認發送器報告狀態給用戶單元26 =玦差比。此確

發送器26a重新發送或清除# _ 吏此傳輪實體層ARQ 哭％ 士 暫牯儲存於傳輪實體声ARO萨送 :成3功二原始訊息’以準備從較高層28接收下二二 被成功地接收的封包被傳送至網路24以做進_況 雖然為簡化之故而沒有表示出來， =地 於BFWA系統中之HSDPA應用，雖缺苴此糸或彔好是被用 使用，WA系統可以使用分頻雙工二的日:^ 〇F_。於此種系統中，基地台又及所\刀^雙/^一剛或 每一用々 基地台及大數量的用戶單元。 ⑽：這些應用一般需要較：的 用戶早兀位置中之大數目之終端使用者。 在此種系統中之PHY ARQ的展開對輕古爲品丄曰 的，例如媒體存取控制器（MACs)。因此，:層顯 古溫ADA u此’ KHY ARQ可與較 a:qV你V结合使用’例如第二層。於此情況中，此PHY AKQ卩牛低較高層arqs之重新發送費用。 第3圖說明PHYARQ 30之N頻道停止及等待年槿 發送功能38可被設置於基地台，用；㈡依=

第11頁 ’向上連結或PHYARQs而定。資料區塊3“ =、..罔路而到達。此網路區塊被放置於空氣介面43之資料 ^41之發送用之佇列34。N頻道排序器36依據發送區堍、 =至N個發送器40 —1至4〇_11。每一發送器“^至㈣” f阢 為區塊資料編碼並提供ESC以產生AMC調變及資料頻道41 封包。此F E C編碼/ E C S資料為可能產生的重新發 W ifWWiS I BWlWhPum t-iir ul u ·ιιι 兄 士1 修_ 案號 91119057 五、發明說明（7) 送而被儲存於發送器40-1至40-n之一緩衝器。此外，控制 資訊從PHYARQ發送器38被傳送以使接收器46-丨至46 —n :接 收，解調變及解碼同步。 每一接收器46-1至46-η於其相關之時槽内接收封包。 被接收之封包被傳送至個別的混合A R Q解碼ρ 5 〇 — 1至5 0 -η，（50)。此混合ARQ解碼器50決定每一被接收封包之誤差 比，例如BER或BLER。如果此封包具有可被接受之誤差 比，其被釋放至較高層以做進一步處理， 聆 ㈣送-ACK。如果誤差比不能被接受或封包 沒有ACK會被傳送或是傳送一nak。具有不可祐接净之莩罢 比的封包在解碼器50中被緩衝處理做為與一重新發送^封 包的可能結合。 使用加速碼（turb〇 code)結合封包之方法如下所述c 如果接收到具有不被接受之誤差比之加速編碼的封包，土 封匕被重新叙送以有助於編碼結合。包含相同資料之封產 ，不同地編碼。為解碼此封包資料，二封包被加速解碼蒙 :f以回復原始資料。因為第二封包具有不同的編碼，女 呈=—(s 0 ^ t s y m b 〇 1)於解碼中被對映到不同的點。使用 不同編碼之二封包增加編碼多樣性及發送多樣性以衣 、1:，BER。於另一方法中，此相同的信號被發送。此二 =i ^封包使用結合符元之最大比而被結合。被結合的^ 號接者被解碼。 π φ 接收器46—1至46—n之ACK於一快速回饋頻道（FFC: 八护ΐ傳迗。此快速回饋頻道45最好是一低延遲頻道。到 刀寸又工系統而言’此ACKs可於上游及下游發送之間置遇 ：G. 11. 2 1 %I261

91119057 主 月 曰 修正 五、發明說明（8) 期中被傳送。此FFC 45最好是其它頻道内發送上之低速 度，高頻寬CDMA頻道。此FFC CDMA碼及調變被選擇以使頻 道内傳輸之干擾最小。為增加此一 F F C 4 5之容量，可以使 用多重碼。 ACK接收器56偵測ACKs並對相對的發送器40-1至40-η 指示此ACK是否被接收。如果此ack未被接收，此封包被重 新發送。此被重新發送之封包可具有如AMC控制器12c， 2 6c所指示之不同的調變及編碼方法。如果ACK被接收，發 送器40-1至40-η從緩衝器中清除先前的封包並接收下一發 送封包。 發送器及接收器之數目Ν係基於不同的設計考量，例 如頻道容量及ACK回應時間。對於前述之較佳系統最好使 用2頻道架構’具有偶數及奇數發送器及接收器。 較佳實施例之PHY ARQ技術與僅使用較高層arq之系統 相較之下，係提供7 db之訊號對雜訊（SNR)增益，此係藉 由在較高區塊誤差比（BLERs )(5-20%)頻率操作並在第一層 使用小於單獨實施的較高層ARQ之區塊尺寸而發生。降低 的SNR需求允許：藉由使用適應性調變及編碼（AMC)技術切 換至高階調變而增加容量；藉由使用較低等級具有補償降 低貫施性能之PHY ARQ的RF(radio frequency)元件而有較 低的用戶端設備（customer premise equipment ; CPE)費 用，增加擴展胞元（c e 1 1 )半徑之向下連結範圍；基地台 (BS)中之降低的功率以使胞元-胞元的干擾最小；以及使 用多重載波技術（multi-carrier technique)時可有增 加的功率放大器（p0wer amplifier ; PA)回退（back-

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案號 91119057 年月日 修正 圖式fai早說明 第1 A及1B圖係向下連結及向上連結實體ARQs之簡要方 塊圖。 第2圖係使用適應性調變及編碼之重新發送統計之流 程圖。 第3圖係表示多頻道停止及等待架構之方塊圖。 元件符號說明： PHY 實體層 SC-FDE單一體波頻域均化 BFWA 寬頻固定無線存取 SNR 訊號對雜訊比 ACK確認 NAK 負確認 ECS誤差檢查序列 layer 1 第一層 16d，28 較高層 1 2基地台 12b，26b，56 ACK 接收器 1 2d循環器\雙工器\開關 1 4，24 網路\空氣介面 16，26用戶單元

16b 循環器\雙工器\開關 20 向上連結實體ARQ

2 6d 開關 30 PHYARQ ARQ自動重覆複要求 OFDM 正交分頻多重 HSDPA 高速向下連結封包存取 BLER區塊誤差比 MACs媒體存取控制器 FEC前向誤差較校正碼 AMC 適應性調變及編碼 layer 2 第二層

10 向下連結實體ARQ 12a實體層ARQ發送器 12c，2 6c AMC 控制器 1 3，1 5，2 5 天線 14a較高層ARQ發送器 16a，22a實體層ARQ接收器 16c 發送器 26a實體層ARQ發送器 28a較高層ARQ發送器

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案號 91119057 年 月 曰 修正 圖式簡單說明 38實體層ARQ發送功發送器 34佇列 3 6 N頻道排序器 40-1至40-n N發送器 46-1至46-n 接收器 54 ACK發送器 3 4 a 貢料區塊 41資料頻道 45 快速回饋頻道（FFC) 5 0 ARQ解碼器 5 0-1至5 0-η 混合ARQ解碼器

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Claims (1)

1 · 一種實施實體層自動重 -發送器，具有：要未之用戶單元，包括·· 一實際體層發送哭 m 資料形成封包格式，每=以接收資料，將所接收之 變，發送該封包，並回庫未特定編碼/資料調 認而重新發送封包；^此接收—預定封包之對應的確 一確認接收器，用、4 -適應性調變及編碼對應的確認；以及 統計並使用該所收集之統計調心：二：：：：重新發送 變；以及 Μ特疋之負料編碼/調 一接收器，具有： -實體層接收器，用以解調變該等封包； 一結合器/解碼器，用松 誤差；以及 用以緩衝，％碼並偵測封包 、確5忍產生态，如果該封包具有一可接受之 比，用以產生每一封包之一確認。 σ、 如申請專利範圍第1項之用戶單元，其中該特定之編碼/ 貧料調變型態係一前向誤差校正（f〇rward err〇r ” correction ； FEC) 〇 3·如=請專利範圍第2項之用戶單元，其中該等封包係使 用正父 S 頻多重存取（orthogonal frequency division multiplex access ; 0FDMA)空氣介面而被發送，且該fec 編碼/資料調變調整係外加於一〇FDMA組中之次頻道之選 性的無效而被執行。 '

92. 11. 2 2^ x ^ 年I26l·歡Ί 補无j案號91119057 年月日 修正 六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第1項之用戶單元，其中該等封包係使 用具有頻域等化（frequency domain equalization ; SC-FDE空氣介面）單一載波而被發送。 5. 如申請專利範圍第1項之用戶單元，藉此該用戶單元使 用分碼多重存取（CDMA)空氣介面，且其中該確認係於一快 速回饋頻道上發送。 6. 如申請專利範圍第1項之用戶單元，藉此該確認產生器 便在任何封包具有一不可被接受之誤差比時發送一負確 認。 7. —種實體層自動重複要求裝置，其係為一用戶單元所使 φ 用，包括： 一發送器，具有： 用以接收資料之裝置； 用以將所接收之資料形成封包格式以供發送之裝 置，每一封包具有一特定編碼/資料調變； 用以發送該封包之裝置； 用以在如果未能接收一該封包之一確認未能被接 收時重新發送該封包之裝置； 用以收集重新發送統計之裝置；以及 用以使用該所收集之統計而調整每一特定之資料 _ 調變之裝置；以及 一接收器，具有： 用以接收封包之裝置； 用以解碼並對每一被接收封包進行誤差檢查之裝

第18頁 號 91119057 六、申請專利範圍 置；以及 月 日 修正 # — 用以在該所接收封包具有一可接受之誤差比時在 以貫際體層產生一癌認之裝置。 如申請專利範圍第7項之裝置，其中該特定之編碼/資料 周夂51一别向疾差校正（f〇rward err〇r c〇rrecti〇n ;FEC)。 9六=申請專利範圍第7項之裝置，其中該等封包係使用正 父刀·>員夕重存取（〇rth〇gonai freqUenCy division multip^ex access ; 〇FDMA)空氣介面而被發送，且該

編碼/貧料調變調整係外加於一〇FDMA組中之次頻道之選擇 性的無效而被執行。 2 '如請專利範圍第7項之裝置，其中該等封包係使用具 頻域等化（frequency d〇㈣^MHzati〇n ; sc — fde) 工氣介面單一載體波而被發送。 如申請專利範圍第7項之裝置，其中該確認係藉使用分 二夕重存取（CDMA)空氣介面而於一快速回饋頻道上被發 士申#專利範圍第7項之裝置，藉此該確認產生裝置便 η壬^何封包具有一不可被接受之誤差比時產生一負確認。 •種支援寬頻無線通信之用戶單元，包括： 料 ^排序器，具有一佇列用以接收來自一通信網路之資 ^ ’並用以依序傳遞封包至η個發送器； 11個發送，用以經由一資料頻道發送該等封包； η個接收器，用以經由該資料頻道接收退回之封包；

第19頁 申請專利範圍 以及 叩+ Ω们此口 ARQ解碼為、’每—該解碼器耦合至該η個接收 态中之一個； 呈右==°亥η個混合ARQ解碼器具有—回饋頻道，用以於當 :1:ίί之誤差比之一封包被接收時發送-確認，並用 以釋放具有一可接受誤差比之封包。 14_如申請專利範圍第13項之用戶單元， 號發送器暫時儲在Ρ姑恭、、，> u ^ μ ιΗϋΜ§ 藉此合兮祐絲六存被封包於一緩衝記憶體中； 曰二=被儲存之封包之一確認信號已於該n個接收哭 :;ί; ”，每一該n個發送器清除該被儲存之:二 以準備另一區塊之接收。 和巴 1^如申請專利範圍第13項之用戶單元，其中每— 號發送器暫時儲存已被發 一個信 藉此當該被儲在> β 4 β , 緩衝圮憶體中； 夕一去1 & 存封包確認信號未於該η個接你^ ^ 一者被接收時，該n個發送 =收益中 其緩衝記憶體内之封包。 知、β暫日寸破儲存於 1九如申請專利範圍第1 3項之用戶單元’其中如 個之後未接收到-確認㈣’則每於— 月除其緩衝記憶體。 ^7.曰：：請專利範圍第1 6項之用戶單元，，中 收器結合-被重把圍第、13項之用戶彳兀’其中每-個接 助於誤差校正新發运之封包與一原始被發送之封包以；

1 9·如申請專利範圍第1 3頊之用玲口口一 ^ , ^ , 確認信m：： 戶早兀，《中未能接收一 使用> : X迗為猎由使用一與該封包之原始發送中所 、、爲碼技術不同之編碼技術器而解碼該封包。 哭 申叫專利範圍第1 3項之用戶單元，其中該η個發送 口別使用加速編碼且每一解碼器使用結合一原始發送 及一重新發送之碼以有助於誤差校正。 2 1 ·如申請專利範圍第丨3項之用戶單元，其中該等封包係 使用正父々頻多重存取（orthogonal frequency division multiplex access ; 0FDMA)空氣介面而被發送，一〇fdMA

組中之次頻道可被有選擇性的無效。 22·如申請專利範圍第1 3項之用戶單元，其中該等封包係 使用具有頻域等化（frequency domain equalization ; SC-FDE)空氣介面單一載波而被發送。 2 3 ·如申請專利範圍第1 3項之用戶單元，其中該確認使用 分碼多重存取（CDMA)空氣介面於一快速回饋頻道上被發 送°

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