无线电通信系统的制作方法

专利名称：无线电通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电通信系统，还涉及用于这种系统的主站和辅助站，以及操作这种系统的方法。尽管本说明书特别参照通用移动电信系统(UMTS)对系统进行描述，但应当理解，这些技术同样适用于其它移动无线电系统。
对于分组的首次传输以及对于随后的传输和重传，基站(BS)需要设置许多参数。这类参数可包括发射功率、调制及编码方案(MSC)、信道化码的扩频因子和数量(在诸如UMTS的扩频系统中)、以及特定分组重传之间的延迟(或者为重传分配的传输优先级)。
已知的无线电通信系统中，在任何时候，MS一般与单个基站进行通信。在呼叫过程中，例如当MS远离其BS使通信链路质量恶化时，或者当不同小区的相对业务负载需要调整时，MS可能希望研究向另一BS转移。从一个BS向另一个转移的过程称作切换。
在按照当前UMTS规范运行的系统中，MS保留BS的清单，称作“有效集”，希望凭借这个清单来维护适当质量的无线电链路。当MS处于专用信道模式，并且有效集中有多个BS时，MS则与有效集中的BS进行“软切换”。在这种模式中，上行链路传输由有效集中的所有BS接收，并且有效集中的所有BS将基本相同的下行链路信息传送给MS(一般来说，数据和大部分控制信息通常是相同的，但功率控制命令可以不同)。这种“软切换”方式的一个缺陷在于无法优化每个单独的无线电链路的上行链路和下行链路发射功率，因为上行链路中只传输一组功率控制命令，而从不同BS中通过下行链路传输的功率控制命令可能导致对上行链路发射功率产生相冲突的要求。
正常的软切换过程特别适合诸如语音链路的实时业务，在这种情况下，必须保持连续的连接。不过，对于分组数据链路，有利的方法是选择优化BS来进行各数据分组向MS的传输，以便允许动态变化的无线电链路和业务状况。如果在各分组传输之前即进行优化BS的选择，尽可能地减少破坏状态下接收的分组数量并且尽可能地减少每个分组的总发射功率，则可以实现改善的系统吞吐量。
如上所述，快速站点选择过程的一个问题在于对ARQ(自动请求重发)过程的设计具有负面影响。如果所选BS在数据分组被正确接收之前变化，就会出现这种相互影响的情况。分组数据系统的另一问题在于需要发送与分组传输相关的许多分离参数集。
根据本发明的第一方面，提供了一种在辅助站和主站之间具有通信信道的无线电通信系统，其中辅助站具有接收装置，用于从主站接收数据；确认装置，用于向主站传送信号，以表示是否正确地收到数据；以及参数信令装置，用于确定与分组传输相关的质量参数，并向主站发送该质量参数的详细情况，从而能够选择后续数据传输的传输参数，其中，组合信令由确认装置和参数信令装置通过传送从多个可用码字中所选的单个码字来执行，并且其中主站具有一种装置，用于接收单个码字并使用该码字来确定是否正确地收到了数据以及质量参数的值。
通过在单个码字中组合确认及质量参数信号，由于可以使用减少的信号集，因此改善了工作效率。
单个码字可以作为例如一帧中多个时隙之间所划分的多个部分进行传送。可用码字将包括多个质量参数信号，并且还可以包括例如确认信号或否定信号或者否定信号和异常终止信号。在这种情况下，异常终止信号可表示应当结束分组的传输尝试。
在一个实施例中，辅助站具有与多个主站的通信链路，并且质量参数是站点选择信号，用于表示后续数据传输的主站的最佳子集。在本实施例中，采用单个码字的另一优点在于确认和站点选择信号均自动地具有相同的误码率，而与可用主站的数量无关。
在另一实施例中，质量参数是信道质量量度，使主站能够确定用于下一分组传输的一个或多个调制和编码方案和/或功率电平。本实施例可以有选择地与站点选择实施例进行组合。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于在辅助站和主站之间具有通信信道的无线电通信系统中的主站，其中，提供了用于将数据传送给辅助站的装置、从辅助站接收选自多个可用码字的单个码字的装置、用于采用单个码字来确定是否正确地接收到数据以及确定质量参数值的装置、以及根据质量参数值来确定后续数据传输的传输参数值的装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于在辅助站和主站之间具有通信信道的无线电通信系统中的辅助站，其中提供了以下装置接收装置，用于从主站接收数据；确认装置，用于将信号传送给主站，以表示是否正确地接收到数据；以及参数信令装置，用于确定与分组传输相关的质量参数，并向主站发送质量参数的详细情况，从而能够选择后续数据传输的传输参数，其中，组合信令由确认装置和参数信令装置通过传送从多个可用码字中选择的单个码字来执行。
根据本发明的第四方面，提供了一种操作在辅助站和主站之间具有通信信道的无线电通信系统的方法，该方法包括辅助站从主站接收数据，向主站传送确认信号，以表示是否正确地接收到该数据，确定与分组传输相关的质量参数，并向主站发送该质量参数的详细情况，从而能够选择后续数据传输的传输参数，其中，组合的确认和质量参数信令通过传送从多个可用码字中所选的单个码字来执行，并且主站接收单个码字并使用该码字来确定是否正确地接收到数据以及质量参数的值。
本发明是以先有技术中所不具有的下述事实为基础的通过组合确认信息和质量参数的信令，能够改善数据传输系统的操作。
附图中，相同的标号用来表示相应的功能。
实现本发明的模式参照

图1，无线电通信系统包括主站(BS)100和多个辅助站(MS)110。BS 100包括微控制器(μC)102；收发信机装置(Tx/Rx)104，它连接天线装置106；功率控制装置(PC)107，用于改变发射功率电平；以及连接装置108，用于连接到PSTN或其它适当的网络。每个MS 110包括微控制器(μC)112；收发信机装置(Tx/Rx)114，它连接天线装置116；以及功率控制装置(PC)118，用于改变发射功率电平。从BS 100到MS 110的通信发生在下行信道122上，从MS 110到BS 100的通信则发生在上行信道124上。
参与软切换过程的MS 110如图2所示，MS 110具有三条双向通信信道226a、226b、226c，每条信道都包含上行和下行信道，对应三个相应的BS 100a、100b、100c。在某个给定时隙中，MS 110通过下行信道从各BS 100a、100b、100c接收基本相同的数据，并通过上行链路信道将相同数据传送给各BS。在传统的UMTS系统中，各MS 110接收由有效集中各BS 100a、100b、100c单独确定的功率控制命令，但仅向所有BS传送一组上行链路功率控制命令。
在我们共同未决的未公开英国专利申请0103716.7(申请人编号PHGB010022)中公开的这种系统的一种修改模式中，MS 110利用各个BS 100a、100b、100c操作并行功率控制环路。这种修改对HSDPA特别有用，在这种情况下，各个数据分组从BS 100a、100b、100c之一传送给MS 110，因为它允许根据每个分组选择最佳BS。
所提议的UMTS的HSDPA系统的一个实施例采用了经修改的帧结构(持续时间为标准10ms UMTS帧的小的约因数)。分组持续时间与帧持续时间相同。图3说明了包含在帧中的两个数据字段中的每个字段可能的数据值，两个数据字段分别为站点选择字段302(站点选择在本实施例中为质量参数)和确认字段304。站点选择字段302的内容能够取N个可能值之一，向基础结构表示BS 100a、100b、100c中的哪一个应该用于下一分组的传输。BS的选择通常以下行链路公共导频信道的测量为基础。在某些系统中，MS 110对最佳BS 100a、100b、100c的指示在实际上并不一定使该BS被选取，因为网络可能考虑到其它因素。这类因素可包括BS 100a、100b、100c之间的负载平衡以及整个系统吞吐量的优化。确认字段304的内容可以取两个可能值ACK和NACK之一，其中，ACK表示正确地接收到最近的分组，而NACK表示没有正确的接收到。
如果在失效分组成功地重传之前没有更新所选的站点，系统的操作则会简单得多。因此，在分离的数据字段中发送ACK/NACK和站点选择效率是低的，因为可能不需要所有组合。具体地说，如果禁止了ARQ期间传输站点的改变，则不需要与NACK同时发送站点选择信息。
另一问题是，如果两个字段302和304以相同的功率电平来发送，则两条消息的相对误码率将取决于有效集中BS的数量。通过对两个数据字段采用不同的功率能够纠正这种情况，但难以配置，并且UMTS规范目前也不允许。
一个解决方案可能是简单地不传送当前未使用的任何数据字段。然而，这就可能带来检测可靠性问题。无论如何，UMTS FDD(频分双工)终端现在不允许这样做，因为EMC的原因，一般希望在上行链路中保持恒定的包络传输。
在根据本发明构成的一个系统中，采用单一数据字段来传送确认和站点选择信息。图4说明了具有可能的数据值集的组合字段402的第一实施例。在本实施例中，除组合字段403中NACK以外的任何传输均表示正确地接收到最后的分组。如果有效集包含N个BS，则通常需要N+1个不同的码字。
可以使用一个类似于用在UMTS的TFCI(传送格式组合指示符)中的编码方案，在这种情况下，每个可能的数据值均映射到所定义的30比特的码字。如果有效集中只有一个BS，该方案仍有效，因为在这时，它等效于传统的ACK/NACK。这种方案的另一优点在于因为使用了一个码字，所以不需要平衡ACK/NACK与站点选择消息之间的相对误码率。由于在没有真正传送分组之前都不需要发送ACK或NACK，因此可能还希望定义一个附加码字来表示组合数据字段402中没有要发送的信息。在不需要恒定包络传输的系统中，通过在没有要发送的信息时不传送任何内容，从而可避免对附加码字的需要。
许多选择方案都是可能的。例如，图5说明了组合字段502的第二实施例，其中，任何站点选择指示的传输均作为隐式NACK。
在该实施例中，正常的NACK可以通过发送当前BS 100的站点选择消息来表示。其它任何BS的站点选择消息将被看作ABORT(异常终止)，结束ARQ过程。这就是说，在差的信道状况下，可以选择新站点，而不需要等待发送大量的NACK。本实施例的一个优点在于与其它提议的方案，例如对重传的最大允许数量有所限制的方案相比，可以更迅速地终止ARQ过程。通过规定在选择不同站点的同时向当前传送的发送NACK构成ABORT，这种方案甚至可以用于图3所示的已知站点选择和确认方案中。这样将克服已知方案的某些缺陷。
该方法确定了数据字段的意义与上下文相关(即取决于以前所传送的值)。上下文还可以包括其它信道上所传输的信息。
ABORT消息的特定含义可取决于具体的实施例。例如，如上所述，它可以表示应放弃当前分组的传输。它还可以表示应放弃分组的进一步传输。ABORT通常还表示当前分组的接收不成功。发送ABORT可能不止一个标准。例如，可以因MS 110已确定信道质量过度恶化，或者在延迟敏感应用的情况下，已经超过某超时时段而发送ABORT。
第二实施例可能存在的一个问题是，由于第二消息(用于站点选择)必需在ACK之后传送，所以发送ACK和选择新站点之间可能存在某种延迟。图6说明了组合字段602的第三实施例，其中，通过将ABORT消息添加到原始的可能信号集中来解决这个问题。
总之，在基于UMTS的HSDPA的本发明一个实施例中，将需要定义编码方案(可能如用于TFCI的那样)，它可以用来将所需信号映射到控制信道中的组合数据字段402、502、602。
图7说明了控制信道的一个可能上行链路帧结构。在本实施例中，帧702具有2ms的持续时间，并包括三个相等持续时间的时隙S0、S1以及S2。每个时隙均包括四个数据字段导频字段(P)704，它包括信道估计的已知符号；功率控制字段(TPC)706，它包括功率控制命令；组合的确认和站点选择字段(N/SS)708；以及传送格式组合指示符(TFCI)字段710。
在每个时隙中可以发送一个功率控制命令。组合来自帧702中三个时隙S0、S1、S2的SN/SS信息，以便形成一个码字。要组合5帧(即10ms)的TFCI信息(如果存在)，以表示上行链路中发送的任何数据的格式。注意，在HSDPA中发送上行链路数据的方法可与正常的UMTS专用信道(DCH)中的方法相同。
本发明的另一实施例涉及发送与链路质量而不是站点选择信息有关的质量参数。在本实施例中，MS 110可具有与单个BS 100的通信链路(在这种情况下，不需要任何站点选择信息)，或者与以上实施例中一样，具有到多个BS 100的通信链路(在这种情况下，可能需要站点选择信息)。链路质量信息使BS 100能够确定应该对下一分组的传输采用哪种调制/编码方案(MCS)和/或功率电平。获得适当链路质量信息的方法是众所周知的。例如，在UMTS HSDPA实施例中，质量信息可以基于下行公共导频信道或专用信道上SIR(信号对干扰比)的测量。又如，如果在没有CRC错误的情况下(即数据是已知的)接收到分组，该知识可以用来改善质量信息的准确性。再如，MS 110可以显式发送它所需的MCS。同样，如果接收到NACK，也表示有关信道质量的情况。
如上所述，单独发送确认和链路质量信息，其发送方式类似于参考图3对站点选择信息的描述，其中，站点选择字段302由可以取N个可能值之一的链路质量字段所代替。不过，如果在重传失效分组时没有更新MCS，系统的操作和实现则简单得多。因此，如果304中对特定分组传输进行响应的确认字段为ACK，链路质量信息则用来确定下一分组的MCS。相反，如果没有正确地接收到分组，并且传送了NACK，则将同一MCS用作原始传输来重传该分组。
所提议方案遇到上述站点选择方案的类似问题也就是在分离的数据字段中发送ACK/NACK和质量效率是低的，因为可能不需要所有组合。基本上，如果禁止了ARQ期间MCS的改变，则不需要与NACK同时发送质量信息。类似于上述站点选择实施例的另一问题是，如果确认和质量字段以相同的功率电平来发送，两条消息的相对误码率将取决于要发送的可能质量等级的数量。通过对两个数据字段采用不同的功率能够纠正这种情况，但UMTS规范当前不允许。
因此，在根据本发明构成的一个系统的实施例中，单一数据字段被用来传送确认和链路质量信息。组合字段的第一实施例基于图4所示，只不过图4所示表示站点选择的数据值由表示特定链路质量信息的数据值所代替。在本实施例中，除组合数据字段中NACK以外的任何传输均表示正确地接收到最后的数据分组。如果可以发送N个不同质量等级，则将需要N+1个不同的码字。本实施例的其它方面与上述相同。组合字段的第二实施例基于图6所示，其中，将ABORT消息添加到原始的可能信号集，来提前终止ARQ序列。
类似于图7所示的上行链路帧结构还可以用于链路质量实施例，只不过组合确认和站点选择字段708由组合确认和链路质量字段所代替。
还应该知道，可以组合站点选择和链路质量实施例。图8说明了组合站点选择和链路质量字段802的实施例的一个例示，其中，可以发送N个站点(Sl至SN)和M个链路质量值(Q1至QM)。和图4所示实施例一样，除组合字段802中NACK以外的任何传输均表示正确地接收到最后的分组。本例中，会需要总共N×M个码字，因此，应该知道，在典型的实施例中，将可能必须禁止某些站点和链路质量值的组合，以避免过量组合的问题。然而，在某些情况下，对可发送站点的数量与可发送链路质量的数量进行折衷的能力可提供更大的灵活性。在不同的BS 100支持不同的MCS集的情况下更是如此。
可以在建立或重新配置无线电信道时定义有效码字的数量和各可能码字的含义。各字的含义可以是与上下文相关的，例如，可能的质量参数值的数量可以随有效集中BS 100的数量变化。此外，某些质量参数的发送可以传递隐式确认，而其它的发送可以传递隐式NACK。
此外，可能的质量参数集的内容和大小可取决于是否正确地接收到分组。例如，如果未正确地接收到分组，需要发送的质量值的范围可以对应于低于正确地接收到分组的质量值。在这两种情况下，能够发送的质量值的数量也可以不同。
以上的说明涉及到BS 100确定传输参数的适当设置。实际上，传输参数值的设置可以是固定基础结构的多个部分的责任，例如在“节点B”中，节点B是固定基础结构的组成部分，它直接与MS 110连接，或者位于无线网络控制器(RNC)中的较高层。因此，在本说明书中，术语“基站”或“主站”应被理解为包括网络固定基础结构中负责确定和设置传输参数值的部分。
虽然上述实施例是根据UMTS FDD系统描述的，但本发明并不限于在这种系统中的使用，而是可以应用于各种系统，例如包括TDD(时分双工)。
实际上，在执行BS选择之前再次传输的数据量可以多于一个分组，取决于改变发射BS的系统开销。
在上述站点选择实施例中，一次从一个BS向MS 110传送数据信道。不过，在某些情况下，数据信道从一个以上的BS同时进行传输是较为有利的。例如，在三个BS 100a、100b、100c处于闭合环路功率控制的情况下，如果其中两个BS提供同样良好的链路质量，则可以同时从这两个基站传送一个或多个数据分组(按照与软切换过程中传输的类似方式)。在这种情况下，可用站点选择字集还可以包括表示选择多个BS的字。
在上述实施例的变型中，在主站和辅助站之间可以有一条以上的数据链路。例如，本发明可以应用于不同频率的无线电链路，从而即使在这些链路处于相同的站对之间时，也要求独立的功率控制。
通过阅读本公开，其它修改对本领域的技术人员是显而易见的。这类修改可包括其它特征，这些特征在无线电系统及其组成部分的设计、制造以及使用方面是已知的，并可以代替本文所述的特征或作为其补充。
在本发明的说明书及权利要求书中，出现在某部件前面的词“一个”并不排除多个这类部件的存在。此外，词组“包括”也并不排除所列部件或步骤之外的成份或步骤的存在。
权利要求
1.一种无线电通信系统，它在辅助站和主站之间具有通信信道，所述辅助站具有接收装置，用于从所述主站接收数据；确认装置，用于向所述主站发送信号，以表示是否正确地接收到所述数据；以及参数信令装置，用于确定与分组传输相关的质量参数并向所述主站发送所述质量参数的详细情况，从而能够选择后续数据传输的传输参数，其中，组合信令由所述确认装置和所述参数信令装置通过传送从多个可用码字中所选的单个码字来执行，并且其中所述主站具有用于接收所述单个码字并使用所述码字来确定是否正确地接收到所述数据以及确定所述质量参数值的装置。
2.一种主站，用于在辅助站和所述主站之间具有通信信道的无线电通信系统中，其中，提供了用于向所述辅助站传送数据的装置、从所述辅助站接收从多个可用码字中选择的单个码字的装置、用于采用所述码字来确定是否正确地接收到所述数据以及确定质量参数的所述值的装置、以及根据所述质量参数的所述值来确定后续数据传输的传输参数值的装置。
3.如权利要求2所述的主站，其特征在于提供了用于接收作为多个部分的所述单个码字以及用于组合所述部分中的每个部分以确定所述收到的码字的装置。
4.如权利要求2或3所述的主站，其特征在于所述系统包括在所述辅助站和多个主站之间的通信信道，其中提供了用于确定是否选择所述主站向所述辅助站传送数据的装置，并且如果选择了所述主站向所述辅助站传送数据，则其中所述质量参数为站点选择信号，它表示用于后续数据传输的所述主站的最佳子集，以及其中提供了用于从所述站点选择信号来确定是否选择了所述主站用于进一步的数据传输的装置。
5.如权利要求2或3所述的主站，其特征在于所述质量参数涉及用于数据传输的所述无线电链路的所述质量，以及其中提供了用于对所述链路质量参数进行响应，为后续数据传输选择适当的调制和编码方案和/或发射功率的装置。
6.一种辅助站，用于在所述辅助站和主站之间具有通信信道的无线电通信系统中，其中提供以下装置接收装置，用于从所述主站接收数据；确认装置，用于将信号传送到所述主站，以表示是否正确地接收到所述数据；以及参数信令装置，用于确定与分组传输相关的质量参数并向所述主站发送所述质量参数的详细情况，从而能够选择后续数据传输的传输参数，其中，组合信令由所述确认装置和所述参数信令装置通过传送从多个可用码字选择的单个码字来执行。
7.如权利要求6所述的辅助站，其特征在于提供了用于将所述单个码字分为多个部分以及分开传送所述多个部分中的每个部分的装置。
8.如权利要求6或7所述的辅助站，其特征在于所述可用码字包括否定信号，用于表示未正确地接收到所述数据，以及用于表示至少一个质量参数。
9.如权利要求6或7所述的辅助站，其特征在于所述可用码字包括确认信号，用于表示正确地接收到所述数据，以及用于表示至少一个质量参数。
10.如权利要求6或7所述的辅助站，其特征在于所述可用码字包括否定信号、异常终止信号，用于表示所述主站不应尝试重传所述数据，以及用于表示至少一个质量参数。
11.如权利要求6至10中的任何一项所述的辅助站，其特征在于所述系统包括在所述辅助站和多个主站之间的通信信道，其中所述接收装置适合于从选自所述多个主站的一个或多个主站接收数据，以及其中所述质量参数是站点选择信号，它表示用于后续数据传输的所述主站的最佳子集，从而能够选择后续数据传输的主站。
12.如权利要求6至10中的任何一项所述的辅助站，其特征在于所述质量参数涉及用于数据传输的所述无线电链路的所述质量，从而使所述主站能够为后续数据传输选择适当的调制及编码方案和/或发射功率。
13.一种操作无线电通信系统的方法，所述无线电通信系统在辅助站和主站之间具有通信信道，所述方法包括所述辅助站从所述主站接收数据，向所述主站传送确认信号，以表示是否正确地接收到所述数据，确定与分组传输相关的质量参数，并向所述主站发送所述质量参数的详细情况，从而能够选择后续数据传输的传输参数，其中，组合确认和质量参数信令通过传送从多个可用码字选择的单个码字来执行，以及其中所述主站接收所述单个码字并使用所述码字来确定是否正确地接收到所述数据以及确定所述质量参数的值。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述辅助站将所述单个码字分为多个部分，并分开传送所述多个部分中的每个部分，以及所述主站接收所述多个部分中的每个部分，并将其组合，以确定所述接收的码字。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于所述系统包括在所述辅助站和多个主站之间的通信信道，所述方法包括，所述辅助站从选自所述多个主站的一个或多个主站接收数据，并确定最适合后续数据传输的所述主站的最佳子集，所述质量参数是站点选择信号，表示主站的所述最佳子集，以及各主站从所述站点选择信号确定是否选择了它用于进一步的数据传输。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述码字表示主站的所述最佳子集的单个成员。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于所述或各个所选主站是主站的所述最佳子集的成员。
全文摘要
无线电通信系统包括辅助(110)站，它具有与主站(100)的通信信道(122)，用于从主站向辅助站传输数据分组。对数据分组的接收作出响应，辅助站向主站传送组合确认和质量参数信号(402)。信号(402)表示是否正确地接收到该数据分组，质量参数的值使主站能够选择进一步数据传输的传输参数。许多组合信号的格式都是可行的。在一个实施例中，质量参数是站点选择信号，它表示用于后续数据传输的主站的最佳子集。在另一实施例中，质量参数涉及无线电链路的质量，并且使主站能够选择适当的调制和编码方案和/或发射功率电平。
文档编号H04L1/00GK1457617SQ02800370
公开日2003年11月19日 申请日期2002年1月30日 优先权日2001年2月21日
发明者T·J·穆尔斯利, M·P·J·巴克, B·亨特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司