专利名称：无线通信系统的反向链路信道结构的制作方法
本申请是申请日为2002年2月14日、申请号为02807463.7、发明名称为“无线通信系统的反向链路信道结构”的发明专利申请的分案申请。
背景领域本发明一般涉及数据通信，且特别是涉及无线通信系统的一种新颖且经改进的反向链路结构。
背景无线通信系统一般用于提供包括语音和分组数据服务的不同类型的通信。这些系统可能是基于码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)或一些其他调制技术。CDMA系统可能提供一些包括增加系统容量的优于其他系统的特性。
在无线通信系统中，用户用远程终端(例如蜂窝电话)与另一用户通过一个或多个基站在前向和反向链路上的传输而实现通信。前向链路(即下行链路)指的是从基站到用户终端的传输，而反向链路(上行链路)指的是从用户终端到基站的传输。前向和反向链路一般使用频分复用(FDM)方法被分配以不同频率。
在前向和反向链路上的分组数据的特征一般非常不一样。在前向链路上，基站一般知道是否有数据要发送、数据量以及接收远程终端的标识。还可能提供给基站每个接收远程终端所达到的“效率”，该“效率”可以由每比特需要的发射功率量表示。根据已知信息，基站能有效地在所选的时间和速率上调度到远程终端的数据传输以获得期望性能。
在反向链路上，基站一般预先不知道哪个远程终端有分组数据要发送以及发送的数据量。基站一般知道每个接收远程终端的效率，该效率可由基站处正确接收数据传输需要的每比特能量与总噪声加干扰之比即Ec/(No+Io)而定量表出。基站可能在被请求且可用时将资源分配给远程终端。
由于用户需求的不确定性，反向链路的使用可能起伏很大。如果许多远程终端同时发射，则在基站处会产生大干扰。需要增加从远程终端来的发射功率以维持目标Ec/(No+Io)，而这会导致更大的干扰电平。如果发射功率以这样方式进一步增大，则最终会导致“封锁”且从所有或大部分终端来的传输可能不能正确地被接收。这是由于远程终端不能以足够的功率发射以关闭到基站的链路。
在CDMA系统内，反向链路上负载的信道经常由“热上升”描述。热上升是基站接收机处的总接收功率相对热噪声功率的比。根据对CDMA反向链路的理论容量计算，理论曲线显示热上升随负载增加而增加。热上升无限处的负载通常被称为“极点”。有3 dB热上升的负载对应极点处支持的负载的50％或在极点处支持用户数量一半。当用户数量上升且用户数据率增加时，负载变得更大。相应地，当负载增加时，远程终端必须发射的功率量增加。热上升和信道负载由A.J.Viterbi在“CDMAPrinciples of Spread SpectrumCommunication”内进一步详述，Addison-Wesley Wireless CommunicationsSeries，May 1995，ISBN0201633744，在此通过引用结合于此。
Viterbi的参考资料提供了示出热上升、用户数目和用户数据率之间关系的经典方程。该方程也示出如果有少数用户比大量用户以更高的速率发射则将会有更高的容量(比特每秒)。这是由于发射用户间干扰形成的。
在一般CDMA系统中，许多用户的数据率是连续变化的。例如，在IS-95或cdma2000系统中，语音用户一般对应远程终端处的语音活动以四个速率中的一个发射，如在美国专利号5657420和5778338内描述的，题为“VARIABLERATE VOCODER”，以及美国专利号5742734题为“ENCODING RATE SELECTION INA VARIABLE RATE VOCODER”，类似地，许多数据用户连续变化他们的数据率。这造成了同时传输的数据量的重大变化，因此造成了热上升的重大变化。
由上可见，本领域内需要一种能获得分组数据传输的较好性能的反向链路信道结构，且要考虑反向链路的数据传输特征。
概述本发明的各方面提供支持有效和高效的反向链路资源分配和使用的机制。在一方面，根据需要提供机制以快速分配资源(例如辅助信道)，且在不需要时对资源实现快速解除分配或维持系统稳定性。反向链路资源可能通过在前向和反向链路上的控制信道上交换的短消息而实现快速分配和解除分配。在另一方面，提供机制以便于实现有效和可靠的数据传输。特别提供了可靠的确认/否认方案和有效重发方案。在另一方面，还提供机制以控制发射功率和/或远程终端的数据率以获得高性能并避免不稳定性。本发明的另一方面提供能实现以上描述特征的信道结构。这些方面和其它方面将在以下进一步详述。
揭示的实施例进一步提供了方法、信道结构以及实现不同方面、实施例以及本发明特征的装置，将在以下详述。
附图的简略说明通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的符号具有相同的标识，其中
图1是支持许多用户的无线通信系统的图表；图2是基站和远程终端的实施例的简化模块图；图3A和3B是相应的反向和前向信道的图表；图4是说明为分配反向链路辅助信道(R-SCH)远程终端和基站间的通信的图表；图5A和5B是说明反向链路上的数据传输以及两种不同情况的Ack/Nak消息传输的图表；图6A和6B是说明相应带有短或长确认时延的确认序列的图表；图7是说明根据本发明的实施例的带有快速拥塞控制的R-SCH上的变速率数据传输；以及图8是说明有R-SCH快速控制可能带来的改善的图表。
详细描述图1是支持许多用户且能实现本发明不同方面的无线通信系统100的图。系统100提供许多小区的通信，每个小区有对应的基站104提供服务。基站通常还可称为基站收发机系统(BTSs)。系统内散布着不同远程终端106。每个远程终端106可能在任何特定时刻在前向和反向链路上与一个或多个基站104通信，这取决于远程终端是否处于活动状态且它是否处于软切换状态。前向链路是指从基站104到远程终端106的传输，而反向链路是指从远程终端106到基站104的传输。如图1所示，基站104a与远程终端106a、106b、106c和106d通信，基站104b与远程终端106d、106e以及106f通信。远程终端106d处于软切换且同时与基站104a和104b通信。
在系统100内，基站控制器(BSC)102耦合到基站104且可能进一步耦合到公共交换电话网(PSTN)。到PSTN的耦合一般通过移动交换中心(MSC)实现，在图1中为简化之故未示出。BSC可能还耦合到分组网络，这一般通过在图1中未示出的分组数据服务节点(PDSN)实现。BSC 102提供对耦合到它的基站的协调和控制。BSC 102进一步通过基站104控制在远程终端106间以及远程终端106和耦合到PSTN(例如传统电话)和分组网络的用户间的电话呼叫的路由。
系统100还用于支持一个或多个CDMA标准，诸如(1)“TIA/EIA-95-B MobileStation-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode WidebandSpread Spectrum Cellular System”(the IS-95 standard)，(2)the“TIA/EIA-98-D Recommended Minimum Standard for Dual-Mode WidebandSpread Spectrum Cellular Mobile Station”(the IS-98 standard)，(3)由名为“3rd Generation Partnership Project”(3GPP)联盟提供的文档内，并体现在一组包括文档号3G TS 25.211、3G TS 25.212、3G TS 25.213以及3G TS25.214(the W-CDMA标准)的文档，(4)由名为“3rd Generation PartnershipProject 2”(3GPP2)联盟提供的文档内，并体现在一组包括文档号C.S0002-A、C.S0005A、C.S0010-A、C.S0011-A、C.S0024以及C.S0026(the cdma2000标准)的文档，(5)以及一些其他标准。在3GPP和3GPP2文档内，由世界性标准(例如TIA、ETSI、ARIB、TTA以及CWTS)转化成地区标准并由InternationalTelecommunication Union(ITU)转换成了国际标准。这些标准在此引用并被结合于此。
图2是基站104和远程终端106的实施例的简化方块图，它能实现本发明的不同方面。对特定的通信，语音数据、分组数据和/或消息能在基站104和远程终端106间交换。可以发射不同类型的消息诸如用于在基站和远程终端间建立通信会话的消息和用于控制数据传输的消息(例如功率控制、数据速率信息、确认等)。这些消息类型中的一些将在以下详述。
对反向链路，在远程终端106处，语音和/或分组数据(例如从数据源210来)和消息(例如从控制器230来的)提供给发射(TX)数据处理器212，它将数据和消息用一个或多个编码方案实行格式化和编码以生成经编码数据。每个编码方案可能包括任何循环冗余校验(CRC)、卷积、Turbo、分组以及其他编码或不编码的组合。一般，语音数据、分组数据以及消息使用不同方案被编码，且不同类型的消息还能以不同方式编码。
经编码数据然后提供给调制器(MOD)214并经进一步处理(例如，覆盖、用短PN序列扩展以及用分配给用户终端的长PN序列实行扰码)。已调数据然后提供给发射机单元(TMTR)216并被调整(例如，转换为一个或多个模拟信号、经放大、经过滤并经正交调制)以生成反向链路信号。反向链路信号通过收发转换器(D)218并通过天线220发送到基站104。
在基站104，反向链路信号由天线250接收，通过收发转换器252路由提供给接收机单元(RCVR)254。接收机单元254对接收到的信号调整(过滤、放大、下变频以及数字化)并提供采样。解调器(DEMOD)256接收并处理(解扩展、解覆盖并导频解调)采样以提供恢复的码元。解调器256可能实现瑞克(rake)接收机功能，处理接收信号的多个样本并生成组合码元。接收(RX)数据处理器258然后对码元解码以恢复在反向链路上发射的数据和消息。恢复的语音/分组数据提供给数据接受器260，且恢复的消息可能提供给控制器270。解调器256和RX数据处理器258的处理与在远程终端106的处理是互补的。解调器256和RX数据处理器258可能处理多个通过多个信道接收的传输，例如反向基本信道(R-FCH)以及反向辅助信道(R-SCH)。而且，可能同时从多个远程终端接收传输，其中每个在反向基本信道上、反向辅助信道或两者上发射。
在前向链路上，在基站104处，语音和/或分组数据(例如，从数据源262来)以及消息(例如从控制器270来的)被发射(TX)数据处理器264处理(例如被格式化和编码)，再由调制器(MOD)266进一步处理(例如覆盖和扩展)，然后由发射机单元(TMTR)268调整(例如转换为模拟信号、经放大、经过滤以及正交调制)以产生前向链路信号。前向链路信号由收发转换器252路由且通过天线250发送到远程终端106。
在远程终端106，前向链路信号由天线220接收，经收发转换器218路由，并提供给接收机单元222。接收单元222对接收到的信号调整处理(下变频、过滤、放大、正交解调并数字化)并提供采样。样本经解调器224处理(例如，解扩展、解覆盖以及导频解调)以提供码元，码元进一步由接收数据处理器226处理(例如解码和检查)以恢复在前向链路上发射的数据和消息。恢复的数据提供给数据接则器228，且恢复消息可能提供给控制器230。
反向链路有很不同于前向链路的特性。特别是，数据传输特性、软切换行为以及衰落现象等一般在前向和反向链路上很不同。
如上所述，在反向链路上，基站一般预先不知道哪个远程终端有分组数据要发送，也不知道数据量。因此，基站可能在被请求且可用时分配资源给远程终端。由于用户需求方面的不确定性，反向链路的使用波动很大。
根据本发明的方面，提供了有效且高效分配并利用反向链路资源的机制。在一方面，根据需要提供机制以快速分配资源，且在不需要时对资源实现快速解除分配或维持系统稳定性。反向链路资源可能通过用于分组数据传输的辅助信道而被分配。在另一方面，提供机制以便于实现有效和可靠的数据传输。特别提供了可靠的确认方案和有效的重发方案。在另一方面，还提供机制以控制发射功率以获得高性能并避免不稳定性。这些方面和其它方面将在以下详述。
图3A是实现本发明不同方面的反向信道结构实施例的图。在该实施例中，反向信道结构包括反向接入信道、增强接入信道、反向导频信道(R-PICH)、反向公共控制信道(R-CCCH)、反向专用控制信道(R-DCCH)、反向基本信道(R-FCH)、反向辅助信道(R-SCH)和反向速率指示符子信道(R-RICH)。在本发明范围内还可支持不同、更少和/或附加信道。这些信道可能以由cdma2000标准定义的类似标准而实现。下面将描述其中一些信道的特性。
对每个通信(即每个呼叫)用于该通信的特定信道组以及其配置由许多射频配置(RC)中的一个定义。每个RC定义特定传输格式，它由不同物理层参数表出，诸如例如传输率、调制特性、扩展率等、射频配置可能类似于cdma2000标准定义的。
反向专用控制信道(R-DCCH)用于在通信时将用户和信令信息(例如控制信息)发送到基站。R-DCCH可能以类似在cdma2000标准内定义的R-DCCH实现。
反向基本信道(R-FCH)用于在通信时将用户和信令消息(例如语音数据)发送到基站。R-FCH可能以类似在cdma2000标准内定义的R-FCH实现。
反向辅助信道(R-SCH)用于在通信时将用户信息(例如分组数据)发送到基站。R-SCH由一些射频配置(例如RC3到RC11)支持，并在需要且可用时分配给远程终端。在一实施例中，零个、一个或两个辅助信道(即R-SCH1和R-SCH2)可能在任何时刻分配给远程终端。在一实施例中，R-SCH支持在物理层的重发，且可能为重发使用不同的编码方案。例如，重发可能使用原来发送的1/2的码率。重发可能重复同样速率1/2码码元。在另一实施例中，优先码可能是速率1/4码。原始发送可能使用码元的1/2且重发可能使用码元的另一半。如果完成第三次重发，则可以重复码元组中的一个、每个组的一部分、任何组的一个子集以及其它可能的码元组合。
R-SCH2可能连同R-SCH1(例如为RC11)一起使用。特别是，R-SCH2可能用于提供不同的服务质量(QoS)。而且，类型II和III混合ARQ方案可能连同R-SCH一起使用。混合ARQ方案一般由S.B.Wicker在“Error Control System forDigital Communication and Storage”，Prentice-Hall，1995，第15章内描述，在此引入并结合在此。混合ARQ方案在cdma2000标准中有描述。
反向速率指示信道(R-RICH)由远程终端使用以提供属于在一个或多个反向辅助信道上的(分组)传输速率的信息。表1列出R-RICH特定格式的字段。在一实施例中，对每个在R-SCH上传输的数据帧，远程终端发送反向速率指示符(RRI)码元，这指明了数据帧的数据率。远程终端还发送正被发送数据帧的序列号(SEQUENCE_NUM)，以及该数据帧(RETRAN_UM)是第一次发送还是重发。本发明范围内还可以为R-RICH使用不同、更少的和/或附加字段。表1内的信息由远程终端为每个在辅助信道上发射的数据帧发送(例如每20msec)。
表1
如果有多个反向辅助信道(例如R-SCH1以及R-SCH2)，则可能有多个R-RICH信道(例如R-RICH1以及R-RICH2)，每个有RRI、SEQUENCE_NUM以及RETRAN_NUM字段。另外，多个反向辅助信道的字段可能组合成为单个R-RICH信道。在特定实施例中，不使用RRI字段，使用固定的传输率或基站实现盲速率确定，其中基站从数据确定传输率。盲速率确定可能通过在美国专利号6175590内描述的方式实现，该专利题为“METHOD AND APPARATUS FOR DERTERMINING THE RATE 0F RECEIVED DATAIN A VARIABLE RATE COMMUNICATION SYSTEM”，提交于1998年5月12日，被转让给本发明的受让人，并通过引用被结合于此。
图3B是支持本发明不同方面的前向信道结构的实施例图表。在本实施例中，前向信道结构包括公共信道、导频信道和专用信道。公共信道包括控制广播信道(F-BCCH)、快速寻呼信道(F-QPCH)、公共控制信道(F-CCCH)以及公共功率控制信道(F-CPCCH)。导频信道包括基本导频信道和辅助导频信道。专用信道包括基本信道(F-FCH)、辅助信道(F-SCH)、专用辅助信道(F-APICH)、专用控制信道(F-DCCH)以及专用分组控制信道(F-CPDCCH)。同样地，本发明范围内还可以支持不同、更少和/或附加信道。这些信道可以通过类似cdma2000标准定义的而实现。以下将描述其中一些信道的特性。
前向公共功率控制信道(F-CPCCH)为基站用于发射功率控制子信道(例如每子信道一比特)以用于R-PICH、R-FCH、R-DCCH以及R-SCH的功率控制。在一实施例中，在信道分配时，远程终端由三个源F-DCCH、F-SCH以及F-CPCCH中的一个被分配以一个反向链路功率控制子信道。如果F-DCCH或F-SCH没有提供反向链路功率控制子信道则可能分配F-CPCCH。
在一实施例中，F-CPCCH内的可用比特可能用于形成一个或多个功率控制子信道，这些子信道可能被分配以作不同用处。例如，可能定义许多功率控制子信道并用于许多反向链路信道的功率控制。根据多个功率控制子信道的多个信道的功率控制按美国专利号5991284内描述的实现，该专利题为“SUBCHANNEL POWER CONTROL”，提交于1999年11月23日，被转让给本发明的受让人，并通过引用被结合于此。
在一个特定实现中，800 bps功率控制子信道控制反向导频信道(R-PICH)的功率。所有反向话务信道(例如，R-FCH、R-DCCH以及R-SCH)具有按已知关系与R-PICH相关的它们的功率电平，例如如在C.S0002内描述的关系。这两个信道的比通常被称为话务对导频比。话务对导频比(即相对于R-PICH的反向话务信道的功率电平)能通过从基站来的消息而被调整。然而，该消息是很缓慢的，所以可能定义一个100比特每秒(bps)的功率控制子信道并用于R-SCH的功率控制。在一实施例中，该R-SCH功率控制子信道控制与R-PICH相关的R-SCH。在另一实施例中，R-SCH功率控制子信道控制R-SCH的绝对传输功率。
在本发明的一个方面，可能定义“拥塞”控制子信道用于R-SCH的控制，且该拥塞控制子信道可能根据R-SCH功率控制子信道或其他子信道而实现。
反向链路的功率控制将在以下详述。
前向专用分组控制信道(F-DPCCH)用于在通信时将用户和信令信息发送到特定远程终端。F-DPCCH可能用于控制反向链路分组数据传输。在一实施例中，F-DPCCH经编码且经交织以增强可靠性，且可能以类似由cdma2000标准定义的F-DCCH而实现。
表2列出F-DPCCH特定格式的字段。在一实施例中，F-DPCCH有48比特大小的帧，其中16比特用于CRC，8比特用于码尾，24比特用于数据和消息。在一实施例中，F-DPCCH的缺省传输率为9600 bps，其中48比特帧可在5msec内被发送。在一实施例中，每次传输(即每个F-DPCCH帧)用要接收该帧的接收远程终端的公共长码覆盖。这避免了使用显式地址(因此，该信道称为“专用”信道)。然而，由于在专用信道模式内的许多远程终端可能连续监控信道，所以F-DPCCH也是“公共“的。如果消息导入某特定远程终端并被正确接收，则CRC会进行检查。
表2
F-DPCCH可能用于发射短消息，诸如由cdma2000标准定义的。例如，F-DPCCH可能用于发射反向辅助信道分配短消息(RSCAMM)以用于将F-SCH授予远程终端。
前向公共分组Ack/Nak信道(F-CPANCH)为基站用于发射(1)对反向链路分组数据传输的确认(Ack)和否认(Nak)以及(2)其他控制信息。在一实施例中，确认和否认作为n比特Ack/Nak消息被发射，每个消息与对应的在反向链路上发射的数据帧相关。在一实施例中，每个Ack/Nak消息可能包括1、2、3或4比特(或可能有更多比特)，消息内的比特数取决于在服务配置内的反向链路信道的数目。n比特Ack/Nak消息可能被分组编码以增加可靠性或清晰的发送。
在一方面，为增加可靠性，特定数据帧的Ack/Nak消息在相继帧内被重发(例如20msec之后)以提供消息的时间分集。时间分集提供附加可靠性，或可能在减少用于发送Ack/Nak的功率的同时维持同样的可靠性。该Ack/Nak消息可能使用领域内已知的误差纠正编码。对重发而言，Ack/Nak消息可能重复完全一样的码字或可能使用增加的冗余度。Ack/Nak的发送与重发将在以下得到详述。
几种控制的类型用于在前向链路上控制反向链路。这些包括对辅助信道请求和授权的控制、反向链路数据发送的Ack/Nak、数据发送的功率控制以及其他可能。
反向链路可能用于当有反向链路数据要发送时将在基站处的热上升维持在相对恒定水平。R-SCH上的传输可能有不同的分配方式，以下描述其中两种
●通过无限分配。该方法用于不能有许多时延的实时话务。允许远程终端在一定的被分配的数据率下立即发送。
●通过调度。远程终端发送其缓冲器大小的估计。基站确定当何时允许远程终端发送。该方法用于可用比特率话务。调度器的目标是限制同时传输的数目使得同时发送的远程终端数目为有限的，因此减少了远程终端间的干扰。
由于信道负载可能有相对较大变化，可以使用，如下所述的快速控制机制以控制R-SCH的发射功率(例如，相对于反向导频信道)。
远程终端和基站间的以建立连接的通信可按以下方式获得。起初，远程终端处于休眠模式或用活动分时隙计时器监控公共信道(即远程终端监控每个时隙)。在特定时间，远程终端期望数据传输并发送短消息到基站请求链路的重新连接。作为响应，基站可能发送消息特定的参数以用于不同信道的通信和配置。该信息可能通过扩展信道分配消息(ECAM)、特别定义的消息或一些其他消息而被发送。该消息可能指定以下这些●每个远程终端的活动组或活动组的子集的每个数目的MAC_ID。MAC_ID稍后用于在前向链路上的寻址。
●R-DCCH或R-FCH是否用于反向链路。
●对于F-CPANCH，要被使用的扩展(例如Walsh)码以及活动组。这可以通过(1)在ECAM内发送扩展码或(2)在由远程终端接收的广播消息内发送扩展码而实现。相邻小区的扩展码可能需要包括在内。如果同样的扩展码能用于相邻小区，可能只需要发送单一的扩展码。
●对于F-CPCCH，活动集、信道标识以及比特位置。在一实施例中，MAC_ID可能被哈希排列到F-CPCCH比特位置以避免将实际比特位置或子信道ID发送到远程终端的需要。该哈希排列是伪随机方法以将MAC_ID映射到F-CPCCH上的子信道上。由于不同的同步远程终端被分配以不同的MAC_IDs，该哈希排列可能使得这些MAC_IDs能映射到不同F-CPCCH子信道上。例如，如果由K个可能比特位置和N个可能的MAC_IDs，则K＝N×((40503×KEY)mod 216)/216，其中KEY是在本例中固定的数。还有许多其他可用的哈希函数，且关于此的讨论可以在许多与计算机算法相关的课本内找到。
在一实施例中，从基站来的消息(例如ECAM)提供有特定字段USE_OLD_SERV_CONFIG，用于指明上次连接建立的参数是否用于重新连接。该字段可以用于避免在重新连接时发送服务连接消息，这可以减少重新建立连接时的时延。
一旦远程终端初始化了专用信道，则它将如例如cdma2000标准内描述的继续。
如上所述，如果资源能按需要且如果可用时能被快速分配则可能更好地利用反向链路资源。在无线(尤其是移动)环境中，链路条件连续起浮，分配资源的长时延可能导致不准确的分配和/或使用。因此，根据本发明的一方面，提供机制以快速分配和解除分配辅助信道。
图4是根据一实施例说明远程终端和基站间通信以分配和解除分配反向链路辅助信道(R-SCH)的图。R-SCH可能按需要快速分配或解除分配。当远程终端有需要使用R-SCH的分组数据要发送，它通过将辅助信道请求短消息(SCRMM)发送到基站以请求R-SCH(步骤412)。SCRMM是可能在R-DCCH或R-FCH上发送的5msec消息。基站接收该消息并将其转发到BSC(步骤414)。该请求可能被授权或可能被拒绝。如果授权该请求，则基站接收授权(步骤416)并使用反向辅助信道分配短消息(RSCAMM)发射R-SCH授权(步骤418)。RSCAMM也是可能是在F-FCH或F-DCCH上(如果分配给了远程终端)或在F-DPCCH(其他情况下)发送的5msec消息。一旦被分配了，远程终端在此后可能在R-SCH上发送(步骤420)。
表3列出RSCAMM特定格式的字段。在该实施例中，RSCAMM包括第2层字段的8比特(即MSG_TYPE、ACK_SEQ、MSG_SEQ以及ACK_REQUIREMENT字段)、第3层字段的14比特以及两个保留比特用于如在C.S0004和C.S0005内描述的填充。第3层(即信令层)可能如cdma2000标准定义的。
表3
当远程终端在R-SCH上不再有数据要发送时，它将资源释放请求短消息(RRRMM)发送到基站。如果在远程终端和基站间不需要任何附加的信令，则基站以扩展释放短消息(ERMM)响应。RRRMM和ERMM也是可以同一信道上分别用于发送用于发送请求和授权的5msec消息。
有许多调度算法，可能用于调度远程终端的反向链路传输。这些算法可能在速率、容量、时延、误差率以及公平性(给出所有用户最小的服务层次)间折衷以指示一些主要的标准则。另外，反向链路受远程终端的功率限制的制约。在单一小区环境中，当最小数量的远程终端被允许以该远程终端能支持的最高速率-同时按容量和提供足够功率的能力来发射时将存在最大的容量。然而，在多个小区环境中，最好是使靠近另一小区边界的远程终端在较低的速率发射。这是因为它们的传输会引起对多个小区的干扰，而不只一个小区。另一最大化反向链路容量的方面是对基站的高热上升操作，这指示了反向链路上的高负载。正由于这个原因本发明的一些方面使用了调度技术。调度试图使得少数远程终端同步发射，那些能发射的远程终端被允许以它们支持的最高速率发射。
然而，高热上升易引起稳定性下降，因为系统对负载的小变化更敏感。由于这个原因，快速调度和控制是很重要的。由于信道条件变化很块，所以快速调度很重要。例如，衰落和屏蔽过程可能引起在基站处较弱接收到的信号突然在基站处变得很强。对语音或一定的数据活动，远程终端自动改变传输率。虽然调度器可能考虑这些因素，但调度器可能不能对此作出足够快的反应。由于这个原因，本发明的一些方面提供快速功率控制技术，这将在以下详述。
本发明的一个方面提供可靠的确认/否认方案以方便有效和可靠的数据传输。如上所述，确认(Ack)和否认(Nak)由基站为R-SCH上的数据传输而发送。Ack/Nak可以通过使用F-CPANCH而被发送。
表4示出Ack/Nak消息的特定格式。在该特定实施例中，Ack/Nak消息包括分配给四个反向链路信道-R-FCH、R-DCCH、R-SCH1以及R-SCH2的4比特。在一实施例中，确认由比特值零(“0”)表示，否认由比特值一(“1”)表示。在本发明范围内可能还使用其他Ack/Nak消息格式。
表4
在一实施例中，Ack/Nak消息被以分组编码发送但不使用CRC校验差错。这保持Ack/Nak消息较短且使得消息以较小的能量被发送。然而，没有其他的编码能用于Ack/Nak消息，或CRC可能附加到消息中，且这些变化在本发明的范围内。在一实施例中，基站对应每个帧发送一个Ack/Nak消息，其中远程终端给予在R-SCH上发射的允许，且对远程终端未被给予允许发送的帧的期间不发送Ack/Nak消息。
在分组数据传输期间，远程终端监控F-CPANCH的用于指明传输结果的Ack/Nak消息。该Ack/Nak消息可能由任何远程终端活动集内任何数目的基站(例如活动集内一个或所有基站)发射。该远程终端根据接收的Ack/Nak消息实现不同的动作。以下描述其中的一些动作。
如果由远程终端接收Ack，由于数据帧先前已被基站正确接收，所以可能从远程终端的物理层传输缓冲器中移去对应Ack的数据帧(例如，图2中的数据源210)。
如果Nak为远程终端所接收，则对应Nak的数据帧可能由远程终端重发如果它仍在物理层的发射缓冲器内的话。在一实施例中，在前向链路Ack/Nak消息和被发射反向链路数据帧间有一对一对应。远程终端因此能根据收到Nak的帧而标识未被基站正确接收的数据帧的序列号。如果该数据帧未被远程终端丢弃，则它可能在下一可用时隙内被重发，这一般是下一帧。
如果没有收到Ack或Nak，则远程终端有几种可能的下一步行动。一种可能行动是数据帧被保留在物理层发射缓冲器内并被重发。如果被重发的数据帧然后在基站处被正确接收，则基站发射Ack。在正确接收到该Ack时，远程终端丢弃该数据帧。如果基站不接收反向链路传输，则这会是最好的方法。
远程终端的另一可能行动是如果Ack或Nak都未被接收到，则丢弃数据帧。如果基站收到了数据帧而Ack的传输未被远程终端受到，则这是最佳方案。然而，远程终端并不知道发生了什么，需要选择一项策略。策略是为了保证两个发生事件的似然并实现最大化系统吞吐量的行动。
在一实施例中，每个Ack/Nak消息在一定时间后重发(例如在下一帧处)以改进Ack/Nak的可靠性。因此，如果没有接收到Ack或Nak，则远程终端将重发的Ack/Nak与原始的Ack/Nak结合起来。因此，远程终端可以按上述的处理。且如果组合的Ack/Nak仍不能产生有效的Ack或Nak，则远程终端可能丢弃数据帧并继续发射在序列中的下一数据帧。Ack/Nak的第二传输相对于第一次传输的功率电平可能处于同一或更低的功率电平处。
如果基站实际上在重发后未接收到数据帧，则基站处的更高的信令层可能生成一消息(例如RLP NAK)，它可能导致包括删去帧的整个数据帧序列的重发。
图5A是说明在反向链路上(例如R-SCH)的数据传输和前向链路上的Ack/Nak传输。远程终端开始在反向链路内的帧k内发射数据帧(步骤512)。基站接收并处理数据帧，并将已解调的帧提供给BSC(步骤514)。如果远程终端处于软切换状态，BSC还可能接收从其他基站来的远程终端的已解调帧。
根据接收到的已解调帧，BSC生成数据帧的Ack或Nak。BSC然后将Ack/Nak发送到基站(步骤516)，它然后在帧k+1内将Ack/Nak发送到远程终端(步骤518)。Ack/Nak从一个基站被发射(例如最佳基站)或从远程终端的活动组内的多个基站被发射。远程终端在帧k+1内接收Ack/Nak。如果Nak被接收，则远程终端在下一可用发送时间内重发被删除的帧，在本例中为帧k+2(步骤520)。否则，远程终端发射序列中的下一帧。
图5B是说明在反向链路上的数据传输的图以及Ack/Nak消息的第二次发送。远程终端起初在反向链路上的帧k内发射数据帧(步骤532)。基站接收并处理数据帧，并将已解调的帧提供给BSC(步骤534)。同样地，对软切换情况，BSC可能接收从其它基站来的远程终端的已解调帧。
根据接收到的已解调帧，BSC生成帧的Ack或Nak。BSC然后将Ack/Nak发送到基站(步骤526)，它将Ack/Nak在帧k+1期间内发送到远程终端(步骤538)。在本例中，远程终端并不接收在帧k+1期间内发射的Ack/Nak。然而，帧k内发射的数据帧的Ack/Nak在帧k+2期间内被第二次发送，且为远程终端所接收(步骤540)。如果接收到Nak，则远程终端将在下次可用传输时间内重发被删除的帧，在本例中为帧k+3(步骤542)。否则，远程终端将发射序列中的下一数据帧。如在图5B中所示，Ack/Nak的第二次传输改善了反馈的可靠性，且能导致反向链路改善的性能。
在另一实施例中，数据帧不是从基站发送回BSC，且Ack/Nak是从基站生成的。
图6A是说明按短确认时延排序的确认。远程终端起初在反向链路上的帧k内发射带有零序列号的数据帧(步骤612)。对本例而言，数据帧在基站处有误差地被接收，基站然后在帧k+1期间内发送Nak(步骤614)。远程终端还监控F-CPANCH的在反向链路上发射的每个数据帧的Ack/Nak消息。远程终端继续在帧k+1内发射带有序列号一的数据帧。
在接收到帧k+1内的Nak后，远程终端在帧k+2内重发带有序列号零的被删除帧(步骤618)。帧k+1内发射的数据帧被正确接收，如在帧k+2期间内接收到的Ack指出的，远程终端在帧k+3内发射带有序列号二的数据帧(步骤620)。类似地，帧k+2内发射的数据帧被正确接收，如在帧k+3内接收的Ack指出的，远程终端在帧k+4内发射带有序列号三的数据帧(步骤622)。序列号为3的数据帧被k＝5帧内的ACK信号接收并确认。在帧k+5内，远程终端发射新分组的序列号零的数据帧(步骤624)。
图6B是说明按长确认时延排序的确认，诸如当远程终端根据如上所述的Ack/Nak重发而对Ack/Nak传输解调时。远程终端起初在反向链路上在帧k内发射序列号零的数据帧(步骤632)。该数据帧在基站处被错误接收，基站然后发送Nak(步骤634)。对本例而言，由于是更长的处理时延，帧k的Nak在帧k+2期间内被发送。远程终端继续在帧k+1内发射序列号为一的数据帧(步骤636)以及在帧k+2内发射序列号为二的数据帧(步骤638)。
对本例而言，远程终端在帧k+2内接收Nak，但不能在下一传输间隔内重发被删除的帧。但是，远程终端在帧k+3内发射带有序列号三的数据帧(步骤640)。在帧k+4内，由于带有序列号零的被删除帧仍在物理层缓冲器内，远程终端重发该帧(步骤642)。在帧k+4处，基站发送与在k+2帧内正确接收到数据相对应的ACK信号。此外，在帧k+5内，基站发送与在k+3帧内正确接收到数据相对应的ACK信号。或者，可能在帧k+3内重发。且由于在帧k+1内发射的数据帧被正确接收，如在帧k+3内接收到的Ack所指明，远程终端发射新分组的序列号为零的数据帧(步骤644)。
如图6B所示，被删除的帧可能在任何时间重发，只要它仍在缓冲器内且在该数据帧属于哪个更高层分组上没有歧义即可。重发更长的时延可能是源于许多原因诸如(1)处理和发射Nak更长的时延，(2)未检测到Nak的第一次传输，(3)重发被删除帧更长的时延以及其它。
有效和可靠的Ack/Nak方案能改善反向链路的利用。可靠的Ack/Nak方案可能还使得数据帧以较低的发射功率发射。例如，没有重发，数据帧需要在较高的功率电平(P1)处发射以获得百分之一的帧差错率(1％FER)。如果使用了重发且是可靠的，则数据帧可能以较低的功率电平(P2)被发射以达到10％的FER。10％的被删除帧可能被重发以获得传输的总体上1％的FER。一般，1.1P2＜P1，且使用重发方案在传输中使用较少的发射功率。而且，重发提供时间分集，这可以改善性能。被重发的帧可能与在基站的第一次传输的帧组合，且两次传输的组合功率也可能改善性能。再组合可能使得被删除帧以较低的功率电平处被重发。
本发明的一方面提供不同的反向链路功率控制方案。在一实施例中，支持R-FCH、R-SCH以及R-DCCH的反向链路功率控制。这可以通过(例如800 bps)的功率控制信道获得，这可以被分为许多功率控制子信道。例如，可能定义100bps功率控制子信道并用于R-SCH。如果远程终端没有被分配以F-FCH或F-DCCH，则F-CPCCH可能用于将功率控制比特发射到远程终端。
在一实现中，(例如800 bps)功率控制信道用于调整反向链路导频的发射功率。其它信道(例如R-FCH)的发射功率是相对与导频的发射功率而设定的(即通过特定的delta)。因此，所有反向链路信道的发射功率可能连同导频一起被调整。每个非导频信道的delta可能由信令而被调整。该实现并不提供快速调整不同信道的发射功率的灵活性。
在一实施例中，前向公共功率控制信道(F-CPCCH)可能用于形成一个或多个用于不同目的的功率控制子信道。每个功率控制子信道可能使用在F-CPCCH内可用的多个比特(例如在每个帧内的第m个比特)而定义。例如，F-CPCCH内的一些可用比特可能为R-SCH的100 bps功率控制子信道而分配。该R-SCH功率控制子信道可能在信道分配期间被分配给远程终端。R-SCH功率控制子信道可能被用于(更快地)调整指明的R-SCH的发射功率，例如相关于导频信道的发射功率。对处于软切换的远程终端而言，R-SCH功率控制可能根据降低之或(OR-of-the-downs)规则，即如果在远程终端活动集内的任何基站倾向减少发射功率则减少发射功率。由于功率控制在基站处维持的，这使得基站能在最小时延内调整被发射的功率然后调整在信道上的负载。
R-SCH功率控制子信道可能以不同方式用于控制R-SCH上的传输。在一实施例中，R-SCH功率控制子信道可能用于引导远程终端调整R-SCH上的发射功率某特定量(例如1 dB、2 dB或一些其他值)。在另一实施例中，子信道可能用于引导远程终端减少或增加发射功率某阶跃量(例如3 dB或可能更多)。在两个实施例中，发射功率的调整可能与导频发射功率相关。在另一实施例中，子信道可能被引导以调整分配给远程终端的数据率(例如调整到更高或更低数据率)。在另一实施例中，子信道可能用于引导远程终端暂时停止传输。在另一实施例中，远程终端可能根据功率控制指令应用不同处理(例如不同交织间隔、不同编码等等)。R-SCH功率控制子信道可能被分为许多“子子信道”，每个可能以以上描述的多种方式的一种被使用。子子信道可能有相同或不同的比特率。远程终端可能在接收到指令后立即应用功率控制，或在下一帧界限处应用指令。
较大幅度减少R-SCH发射功率(直到零)且不终断通信对话的能力对于更好地使用反向链路特别重要。分组数据传输的暂时减少或挂起一般能为远程终端所忍受。这些功率控制方案能更好地用于减少从高速率远程终端来的干扰。
R-SCH的功率控制可以以不同方式获得。在一实施例中，基站用功率计监控从远程终端来的接收功率。基站可能还能确定从每个信道(例如R-FCH、R-DCCH、R-SCH等)接收的功率量。基站还能确定干扰，其中一些干扰可能来自不是由该基站服务的其他远程终端。根据收集的信息，基站可能根据不同因子调整一些或所有远程终端的发射功率。例如，功率控制可能基于远程终端的服务类型、最近性能、最近吞吐量等。进行功率控制的方法是为了获得最期望的系统目标。
功率控制有多种实现方法。实现的例子在美国专利号5485486内有描述，题为“METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMACELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM”，提交于1996年1月16日，美国专利号5822318，题为“METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING POWER IN A VARIABLERATE COMMUNCATION SYSTEM”，提交于1998年10月13日，以及美国专利号6137840，题为“METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING FASTPOWER CONTROLIN A MOBILE COMMUNCATION SYSTEM”，提交于2000年10月24日，所有这些被转让给本发明的受让人，并通过引用被结合于此。
在一般用于控制R-PICH信道电平的功率控制方法中，基站测量R-PICH的电平、将其与阀值比较，然后确定是增加还是减少远程终端的功率。基站将一比特发射到远程终端，指示远程终端增加或减少其输出功率。如果比特被错误地接收，则远程终端会以错误的功率发射。在由基站接收的R-PICH电平的下一测量中，基站会确定接收的电平不在期望电平且将一比特发送到远程终端以改变其发射功率。因此，比特错误不会累积且控制远程终端发射功率的环路会稳定到正确值。
发送到远程终端以控制拥塞功率控制的话务对导频比的比特错误会引起话务对导频比不是期望的。然而，基站一般监控反向功率控制或信道估计的R-PICH的电平。基站还能监控接收的R-SCH的电平。通过将R-SCH变为R-PICH电平，基站能估计远程终端使用的话务对导频比。如果话务对导频比不是期望的，则基站能设定控制话务对导频比的比特以纠正该差异。因此，存在比特错误的自动纠正。
一旦远程终端收到R-SCH的授权，远程终端一般在授权的时段以授权的速率发射(或在它没有足够的数据发射或没有足够功率情况下以较低的速率发射)。从其他远程终端来的信道负载可以是由于衰落或类似的原因而快速变化。这样，基站可能很难预先准确地估计负载。
在一实施例中，可能提供“拥塞”功率控制子信道以用同样方式控制一组远程终端。在该例中，不是由单一远程终端监控功率控制子信道以控制R-SCH，而是由一组远程终端监控该控制子信道。该功率控制子信道可能在100 bps或在任何其他传输速率。在一实施例中，拥塞控制子信道用用于R-SCH的功率控制子信道实现。在其他实施例中，拥塞控制子信道实现为R-SCH功率控制子信道的“子子信道”。在另一实施例中，拥塞控制子信道实现为不同于R-SCH功率控制子信道的子信道。还能在本发明范围内考虑拥塞控制子信道的其他实现。
组内的远程终端可能有同样的等级服务(例如，带有低优先级可用比特速率服务的远程终端)且可能被分配以每基站单一功率控制比特。根据单一功率控制流的组控制实现类似对单一远程终端的操作以提供反向链路上的拥塞控制。在容量过载情况下，基站可能引导该远程终端组以减少它们发射功率或它们数据率，或根据单一控制指令暂时中止发射。响应拥塞控制指令的R-SCH发射功率的减少可能是相对于导频信道的发射功率的向下的一大步减少。
到一组远程终端而不是一个远程终端的功率控制流的优势在于在前向链路上需要较少的额外开销功率以支持功率控制流。要注意的是功率控制流内的比特的发射功率可以等于用于控制需要最大功率的远程终端的导频信道的正常功率控制流的功率。即，基站能确定组内正常功率控制流内需要最大功率的远程终端并使用该功率以发射用于拥塞控制的功率控制比特。
图7是根据本发明的一实施例说明带有快速拥塞控制的在R-SCH上的可变速率数据传输。在R-SCH上的传输期间，远程终端根据在反向辅助信道分配短消息(RSAMM)内授权的数据率发射。如果在R-SCH上允许可变速率操作，则远程终端可能以任何允许的数据率中的任何一个发射。
如果远程终端的R-SCH已被分配给拥塞控制子信道，则在一实施例中，远程终端根据在拥塞控制子信道内接收到的比特调整话务对导频比。如果在R-SCH上允许可变速率操作，则远程终端检查当前话务对导频比。如果它低于更低数据率的电平，则远程终端将其传输速率降低为更低速率。如果它等于或高于更高数据率的电平，则如果它有足够数据要发送远程终端将其传输速率提高为更高速率。
在每个帧开始前，远程终端确定为发送下一数据帧要用的速率。起初，在步骤712处，远程终端确定是否R-SCH话务对导频比是否低于下一更低速率的比加上余量Δlow。如果是，则在步骤714确定服务配置是否允许数据率的减少。如果是，则减少数据率，且在步骤716处使用同样的话务对导频比。且如果服务配置不允许速率减少，则在步骤722处特定的实施例会允许远程终端暂时停止发射。
回到步骤712，如果R-SCH话务对导频比不在下一更低数据率加上余量Δlow之上，则在步骤718确定是否R-SCH话务对导频比大于下一更高数据率的话务对导频比减去余量Δlow。如果是，则在步骤720处确定是否服务配置允许增加数据率。如果是，则增加传输率，且在步骤722处使用同样话务对导频比。且如果服务配置不允许速率增加，则在步骤724处远程终端以当前速率发射。
图8是说明R-SCH快速控制可能带来的改善。在左边帧内，没有R-SCH的快速控制，基站处的热上升变化来得更大，在一些实例中大大超过期望的热上升值(这可能导致从远程终端来的数据传输的性能恶化)，且在其它一些实例中大大低于期望的热上升值(导致反向链路资源的利用不足)。相比之下，右边的帧带有R-SCH快速控制，基站处的热上升维持在更接近期望的热上升值处，这改善了反向链路的利用和性能。
在一实施例中，响应从不同远程终端来而接收的多个请求(通过SCRM或SCRMM)，基站可能安排多于一个远程终端(通过SCAM或ESCAM)发射。经授权的远程终端可能之后在R-SCH上发射。如果在基站处检测到过载，则“快速”减少比特流可能用于关闭(即禁用)一组远程终端(例如除了一个远程终端外的所有远程终端)。或者，快速减少比特流可能用于减少远程终端的数据率(例如减少一半)。暂时禁用或减少多个远程终端在R-SCH上的数据率可能用于拥塞控制，如将在下面详述。快速减少能力也还能用于减少调度时延。
当远程终端不处在与其他基站软切换状态中时，可以在BTS处作出哪个远程终端位于最有利(有效)于利用反向链路容量的决定。最有效的远程终端然后可能在其它被暂时禁用时被允许发射。如果远程终端发出其可用数据结束的信号时，或当某个其它远程终端变得更有效时，活动远程终端可被快速改变。这些方案可能增加反向链路的吞吐量。
相比之下，对cdma2000系统内的一般设置，R-SCH传输只能通过层3的消息传送开始或停止，这可能要在从传送到远程终端处的组成帧中取几帧解码。该较长的时延导致了调度器(例如，在基站或BSC处)与以下两点一起工作(1)关于远程终端信道条件的较不可靠但长期的预测(例如反向链路目标导频Ec/(No+Io)或设定点)，或(2)当远程终端通知基站其数据结束时反向链路利用率内的差距(这经常发生在由于在请求R-SCH时远程终端经常声明自己有大量数据要发送的情况。
参考回图2，远程终端106和基站104的元件可能用于实现本发明不同方面，如上所述。远程终端或基站的元件可能用数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、处理器、微处理器、控制器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件、其他电子单元、或其它以上的任何组合。在此描述的一些功能和处理还能用在处理器，诸如控制器230或270上执行的软件实现。
标题在此用于一般指明揭示的材料，并不是为了限制本发明范围。
上述优选实施例的描述使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，这里定义的一般原理可以被应用于其它实施例中而不使用创造能力。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，而要符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。
权利要求
1.一种无线通信系统的反向链路上发射数据的方法，其特征在于包括通过数据信道在反向链路上发射数据帧；暂时将数据帧保留在缓冲器内；监控在前向链路上指明被发射数据帧接收状态的消息；以及根据接收的消息处理数据帧。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于处理包括如果消息指明被发送的数据帧没有被准确接收，则重新发送数据帧。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于处理包括如果消息指明被发射的数据帧被准确接收，则将该数据帧从缓冲器丢弃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于处理包括如果没有适当地检测到消息，则将数据帧保留在缓冲器内。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括监控消息的第二次传输；其中数据帧的处理是根据一个或多个该数据帧的接收消息。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括组合数据帧的接收消息以提供更可靠的消息。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括用序列号识别被发射的数据帧。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于还包括通过信令信道发射被发射数据帧的序列号。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括识别被发送数据帧为第一次发送或是重发。
10.一种在无线通信系统的反向链路上发送数据的方法，其特征在于包括通过数据信道在反向链路上发送数据的一帧；暂时将数据帧保留在缓冲器内；在前向链路上监控指明被发送的数据帧接收状态的消息；如果消息指明该被发送的数据帧未被正确接收，则重发该数据帧；如果消息指明该被发送的数据帧被正确接收，则从缓冲器中丢弃该数据帧；以及如果未适当检测到消息，则将数据帧保留在缓冲器内。
全文摘要
一种支持有效且高效的反向链路资源分配的信道结构和机制。在一方面，根据需要提供各种机制以快速分配资源(例如辅助资源)，且在不需要时对资源实现快速解分配或维持系统稳定性。反向链路资源可能通过在前向和反向链路上的控制信道上交换的短消息(412、418)而实现快速分配和解除分配。在另一方面，提供各种机制以方便实现有效和可靠的数据传输。提供了可靠的确认/否认方案和有效重发送方案。还提供各种机制以控制发射功率和/或远程终端的数据率以获得较好性能并避免不稳定性。
文档编号H04L12/403GK101013906SQ20061010301
公开日2007年8月8日 申请日期2002年2月14日 优先权日2001年2月15日
发明者E·G·小蒂德曼, T·陈, A·贾殷 申请人:高通股份有限公司