用于对递增冗余发射作出选择性响应的装置和方法

摘要

公开了用于在多址通信系统中发射信息的方法和装置。利用递增冗余性发射信息。确定反向链路性能是否下降到低于预定门限。反向链路性能的确定可以通过各种方式进行，包括利用过滤后的ACK删除百分比，反向链路控制信道上的被测差错率，反向链路数据信道差错率，以及其它方法。确定信道性能下降的时候，接入点可以决定是否忽略来自接入终端的消息，以指示该接入终端停止发射。

说明书

技术领域

笼统地说，本发明涉及无线通信领域，具体而言，涉及一种方法、装置和系统，用于对多址通信系统中的递增冗余发射作出选择性的响应。

背景技术

近些年来，随着通信网络体系结构、信号处理和协议方面的技术发展和改进，通信系统的性能和能力不断快速改进和提高。在无线通信领域，人们开发了各种多址标准和协议来提高系统容量，适应迅速增长的用户需求。这些多址方案和标准包括时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)和正交频分多址(OFDMA)等等。一般情况下，在采用时分多址技术的系统里，允许每个用户在给他分配的时隙里发射信息，在频分多址系统则允许每个用户在分配给他的特定频率上发射信息。与此形成对照，码分多址系统是一种扩频系统，通过分配给每个用户一个独一无二的编码，这种系统允许用户用同一频率中同时发射信息。在正交频分多址系统中，将高速率数据流分开成多个较低速率的数据流，在多个子载波(在这里也称为子载波频率)上同时发射。给正交频分多址系统中的每个用户提供可用子载波的一个子集来发射信息。正交频分多址系统中提供给每个用户的载波的子集可以是固定的，也可以改变，例如在跳频正交频分多址(FH-OFDMA)情形中。在图1中说明TDMA、FDMA和CDMA中的多址技术。图1还说明，FDMA中的通信信道按频率分开，特定的信道对应于特定的频率。在TDMA系统中，通信信道按时间分开，特定的信道对应于特定的时隙。与此形成对照，CDMA中的通信系统用编码分开，特定的信道对应于特定的编码。

在无线系统中，常常不足以保证每个单次发射都能够有可靠的数据包发射。在从一次发射到另一次发射之间，信道状况显著变化的系统里，这种效率低下特别显著。例如，在FH-OFDMA系统里，帧/数据包之间接收信噪比(SNR)存在大范围变化，因此很难保证每个数据包发射都具有很小的帧差错率(FER)。采用正交多址技术的其它通信系统(包括但不限于TDMA、FDMA和正交CDMA等等)也存在这种困难和效率低下。

在这样的通信系统中，可以用数据包重新发射机制(例如自动重发/重复请求(ARQ)方案)来帮助提高效率。但是，这是在以更长的数据包等待时间作为代价来做到的，因为平均起来需要更长的时间来让每个数据包通过。一般而言，对于数据通信而言，大的数据包等待时间不是一个明显的问题，但是对于语音通信或者信息的发射需要短等待时间的其它类型的应用而言却是有害的。此外，随着系统中用户数量继续增加，数据包发射等待时间也会延长。因此，为了提高系统容量(例如基于系统吞吐量或者同时使用系统的用户的数量等等)，应该将发射等待时间保持为较短。

ARQ方案中早期终止的效率建立在应答(ACK)不应答(NACK)发射的可靠性基础之上。如果发送出去被解释为ACK的NACK的差错率变得太大，那么许多数据包的发射会在成功之前不正确地终止。此外，接入终端有可能在不必要地发送ACK/NACK消息，从而给系统带来干扰。

因此，需要一种方法、装置和系统用来在采用ARQ这种数据包重新发射机制的多址系统中降低响应ACK/NACK消息的系统开销。

发明内容

因此，这里讨论的实施例提供一些机制，用于使接入点与接入终端失去同步的概率最小。一方面，发射利用递增冗余性的信息。确定反向链路性能是否下降到预定门限以下。可以用各种方式来确定反向链路性能，包括使用过滤后的ACK删除百分比，反向链路控制信道上的被测差错率，反向链路数据信道差错率，以及其它方法。确定信道性能已经下降了的时候，接入点可以决定是否忽略从接入终端发送的消息，指令接入终端停止发射。通过忽略消息，接入点过渡到非递增冗余性模式。这样就使得经受可怜反向链路质量的接入终端能够漂亮地过渡。通过通知接入终端停止发送ACK/NACK消息，能够消除ACK/NACK比特发射引起的干扰。

另一方面，描述了确定发射信道的性能是否下降的方法、系统和装置。收到表明应答(ACK)或者表明否定应答(NACK)的数据。测量收到的数据的质量。根据对收到的数据的质量测量结果确定信道性能是否下降。这一确定可以通过考虑预定量时间上过滤后的删除百分比来实现。如果确定收到的数据可靠地是NACK，就可以发送数据的快速重发。

附图说明

通过下面的详细描述，并参考附图来公开本发明的各个方面和特征，在这些附图中：

图1说明各种多址系统中的各种信道化方案；

图2说明双信道ARQ系统中具有两个交错数据包流的数据包发射；

图3说明发生了NACK到ACK差错的呼叫过程；

图4说明针对认识到信道性能下降作出响应的过程；

图5说明删除检测图；

图6说明响应信道性能下降，利用删除检测；

图7说明递增冗余发射；以及

图8是接收机和发射机的框图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，给出了数不清的具体细节。但是，要明白，可以实践本发明的各个实施例而不需要这些具体细节。本领域技术人员明白下面描述的本发明的各个实施例都是示例性的，目的是要说明本发明而不是限制本发明。

如同这里所描述的一样，根据本发明的一个实施例，提供了一种方法来允许在采用递增冗余发射方案(例如自动重复/重新发射(ARQ)方案)的多址系统中允许有效的用户多路复用的方法。在下面提供的实例中，尽管为了进行说明，讨论了ARQ系统，但是本领域技术人员要明白，本发明的技术不限于具有ARQ发射方案的多址系统，而是同样能够应用于为了提供冗余性而采用了不同数量的交错的其它多种系统。

可以将这里为了单个数据包使用多种调制方案而描述的技术用于各种通信系统，例如正交频分多址(OFDMA)系统、码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、基于正交频分复用(OFDM)的系统、单输入单输出(SISO)系统、多输入多输出(MIMO)系统等等。可以将这些技术应用于采用递增冗余(IR)的系统和没有采用IR的系统(例如简单地重复数据的系统)。

图7说明在通信系统中发射机和接收机之间的递增冗余发射。数据发射的时间线被划分成帧，每一帧都有一个特定的持续时间。对于图7所示的递增冗余发射实施例，接收机一开始估计通信信道，基于信道状况来选择“模式”，在帧0中将选中的模式发送给发射机。或者接收机将信道质量估计发送回来，发射机基于信道质量估计来选择模式。在任何情况下，这一模式都可以表明数据包的数据包大小、编码速率、调制方案等等。发射机根据所选模式处理数据包(数据包1)，为这个数据包产生多达T块数据码元。T是给定数据包的最大块数，对于递增冗余它大于1(T＞1)。第一块通常包括足够的信息来允许接收机在良好信道状况下对数据包进行译码。每个随后的块通常都包含前面的块中没有包含的额外的奇偶校验/冗余性信息。然后，发射机在第1帧里为数据包1发射第一个数据码元块(块1)。接收机接收、检测第一个数据码元块，并对其进行译码，确定数据包1发生了译码错误(也就是“被删除”)，在第2帧中发送回否定应答(NAK)信号。发射机收到NAK，并在第3帧中为数据包1发射第二个数据码元块(块2)。接收机接收并检测第2块，对块1和2进行译码，确定数据包1仍然存在译码错误，在第4帧中发送回另一个NAK信号。块的发射和NAK响应可以重复任意多次。

例如，如图7所示，发射机接收数据码元块N-1的NAK，在第n帧中发射数据包1的数据码元块N(块N)，其中N≤T。接收机接收和检测块N，对块1～N进行译码，确定这个数据包译码正确，在第n+1帧中发送回应答(ACK)信号。接收机还估计通信信道，为下一个数据包选择模式，并且在第n+1帧中将所选模式发送给发射机。发射机收到块N的ACK，终止数据包1的发射。发射机还根据所选模式处理下一个数据包(数据包2)，并且在第n+2帧中为数据包2发射第一个数据码元块(块1)。对于通过通信信道发射的每个数据包，发射机和接收机中的处理按照同样的方式继续进行。

如图7所示，利用递增冗余，发射机在一系列的块发射中发送每个数据包，每个块发射都携带这个数据包的一部分。接收机可以尝试在每个块发射以后基于已经收到这个数据包的所有块对数据包进行译码。在收到ACK，表明接收机译码成功以后，发射机终止数据包的发射。

对于图7所示的实例，对于每个块发射，来自接收机的ACK/NAK响应存在一帧的延迟。一般而言，这一延迟可能是一帧或多帧。为了提高信道利用率，可以按照交错方式发射多个数据包。例如，可以在奇数帧中发射一个业务信道的数据包，在偶数帧中发射另一个业务信道的数据包。如果，例如，ACK/NAK延迟比一帧长，那么还可以交错两个以上的业务信道。

可以将系统设计成支持一组模式，也可以将它称为速率、数据包格式、无线电配置或者采用一些其它术语。每个模式都可以与达到目标性能(例如1％的数据包差错率(PER))所需要的一个特定的编码速率或编码方案、特定的调制方案、特定的频谱效率以及特定的最小信号-干扰和噪声比(SINR)相联系。频谱效率指的是用系统带宽归一化的数据速率(或者信息比特率)，它的单位是比特每秒每赫兹(bps/Hz)。一般而言，更高的频谱效率需要更高的SINR。所支持的模式集合覆盖了一个范围的频谱效率，通常是以某种程度均匀间隔递增。对于给定的信道状况和接收SINR，可以选择具有接收SINR支持的最高频谱效率的模式，并将它用于数据发射。

频谱效率由编码速率和调制方案决定。编码速率是进入编码器的输入比特数量与编码器产生和发射的编码比特数量之比。例如，对于每两个输入比特，2/9(或者R＝2/9)的编码速率产生9个编码比特。更低的编码速率(例如R＝1/4或1/5)具有更多的冗余，因此有更大的纠错能力。但是，对于更低的编码速率要发射更多的编码比特，因此频谱效率也更低。

可以将各种调制方案用于数据发射。每一种调制方案都与包含M个信号点的信号星座相联系，其中M＞1。每个信号点都由一个复值定义，用一个B比特二进制值表示，其中B≥1并且2^B＝M。对于码元映射，将要发射的编码比特首先组成B个编码比特的集合。B个编码比特的每一个集合形成一个B比特二进制值，被映射到一个特殊的信号点，然后作为这一组B个编码比特的一个调制码元发射出去。于是，每个调制码元都携带B个编码比特的信息。一些常用调制方案包括二相移键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)、M元相移键控(M-PSK)和M元正交幅度调制(M-QAM)。可以将每个调制码元的编码比特数量(B)给定为：对于BPSK，B＝1；对于QPSK，B＝2；对于8-PSK，B＝3；对于16-QAM，B＝4；对于64-QAM，B＝6；等等。B表明调制方案的阶数，对于更高阶的调制方案，每个调制码元可以发送更多的编码比特。

图8画出了利用IR发射的无线通信系统800中发射机810和接收机850的一个框图。在发射机810处，TX数据处理器820从数据源812接收数据包。TX数据处理器820按照为每个数据包选择的模式处理(例如格式化、编码、划分、交织和调制)这个数据包，为这个数据包产生多达T块数据码元。为每个数据包选择的模式可以表明(1)数据包大小(也就是这个数据包的信息比特数量)和(2)用于这个数据包的每个数据码元块的编码速率和调制方案的特定组合。如果需要的话，控制器830根据所选模式以及为数据包收到的反馈(ACK/NAK)，为每个数据包对数据源812和TX输出处理器820提供各种控制。参考图3进一步讨论这个过程。TX数据处理器820提供数据码元块的一个流(例如每帧一块)，其中每个数据包的块可以用一个或多个其它数据包的块交错。

发射机单元(TMTR)822从TX数据处理器820接收数据码元块的流，并且产生已调制信号。发射机单元822将导引码元与数据码元多路复合(例如利用时间、频率和/或码分复用)，并且获得发射码元的一个流。每个发射码元都可以是数据码元、导引码元或者具有0信号值的空码元。如果系统使用OFDM，发射机单元822可以进行一种形式的OFDM调制。例如，可以利用采用OFDM方案的OFDMA系统。发射机单元822产生时域样本的一个流，并且进一步对这个样本流进行调整(例如转换成模拟信号，上变频、滤波和放大)，产生已调制信号。然后从天线824并且通过通信信道将已调制信号发射给接收机850。

在接收机850处，发射的信号由天线852收到，将收到的信号提供给接收机单元(RCVR)854。接收机单元854对收到的信号进行调整、数字化和预处理(例如OFDM解调)，获得收到的数据码元和收到的导引码元。接收机单元854将收到的数据码元提供给检测器856，将收到的导引码元提供给信道估计器858。信道估计器858处理收到的导引码元，并为通信信道提供信道估计(例如信道增益估计和SINR估计)。检测器856利用信道估计对收到的数据码元进行检测，提供检测到的数据码元给RX数据处理器860。检测到的数据码元可以利用用于形成数据码元(下面将介绍)的编码比特的对数似然率(LLR)来表示，或者用其它表示来表示。无论什么时候获得给定数据包的检测到的数据码元的一个新块，RX数据处理器860都要处理(例如去交织和译码)获得的这个数据包的所有检测到的数据码元，并且将译码后的数据包提供给数据接收器862。RX数据处理器860还检查译码后的数据包，并且提供数据包状态，该状态表明数据包译码正确还是错误。

控制器870从信道估计器258接收信道估计，从RX数据处理器860接收数据包状态信息。控制器870基于信道估计为要发射给接收机850的下一个数据包选择模式。控制器870还汇编反馈信息，这些信息可以包括为下一个数据包选择的模式，刚刚译码的数据包的ACK或者NAK，等等。反馈信息由TX数据处理器882处理，由发射机单元884进一步调整，通过天线852发射给发射机810。

在发射机处810，由天线824收到从接收机850发射的信号，经过接收机单元242调整，以及RX数据处理器844进一步处理，以恢复接收机850发送的反馈信息。控制器830获得收到的反馈信息，利用ACK/NAK来控制发送给接收机850的数据包的IR发射，利用选中的模式处理下一个数据包，发送给接收机850。

控制器830和870分别控制发射机810和接收机850的操作。存储器单元832和872分别为控制器830和870使用的程序代码和数据提供存储。

图3说明在其中发生NACK到ACK差错的调用过程300。具体而言，图3说明接入终端304和接入点308之间发送的信号。建立呼叫，并且从接入终端304将各种控制信号发送312给接入点308。这些控制信号包括CQI，它是正向链路信道质量的表示，还包括REQUEST CHANNEL，它表明信道的初始请求，以及ACK/NACK位，它说明是否正确地收到了发射信号。

“接入终端”指的是给用户提供语音和/或数据连接的设备。接入终端可以连接到计算设备，例如膝上型电脑或者台式计算机，它也可以是自含式设备，例如个人数字助理。还可以将接入终端称为用户台、用户单元、移动台、无线设备、移动电话、远程台、远程终端、用户终端或者用户设备。用户台可以是蜂窝电话、PCS电话、无绳电话、会话启动协议(SIP)电话、无线本地环(WLL)台、个人数字助理(PDA)、具有无线连接能力的手持设备或者连接到无线调制解调器的其它处理设备。

“接入点”指的是接入网络中在空中接口上通过一个或多个扇区与接入终端或其它接入点通信的设备。通过将收到的空中接口帧转换成IP数据包，接入点充当接入终端和接入网络其余部分之间的路由器，这个接入网络可以包括IP网络。接入点还对空中接口的属性进行管理。接入点可以是基站、基站的扇区和/或基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)组合。

收到ACK时，从接入点308将数据发射316给接入终端304。响应数据发射的成功，接入终端304用ACK 320响应接入点308。响应ACK的收到，接入点308随后发射下一个感兴趣的数据包324给接入终端304。如果接入终端304对发射的数据1A的译码错误，就发送NACK消息328。但是，因为信道性能下降，可能发生差错332，NACK消息328实际上被解释为接入点308收到的ACK消息336。

假设接入终端304对数据包1A的译码正确(如同步骤324所示)，接入点308发射数据(340)给接入终端304。通过发送NACK 328，接入终端304在期待数据1B的重新发射，数据1A(324)的下一个递增冗余比特集合，但是却收到了数据2A(340)。这就使得接入终端304失去与接入点308的同步。当接入终端304和接入点308失去同步以后，需要各种恢复机制让接入终端304和接入点308回到同步。这个过程繁琐，常常导致许多数据包丢失。无论如何，这都是要避免的一种情形。

因此，这里讨论的实施例提供了一些机制来减少接入点失去与接入终端的同步的概率。具体而言，用各种方式来确定信道性能的下降，从而避免NACK到ACK差错。图4说明针对认识到信道性能下降作出响应的这样一个过程400。建立呼叫，在接入终端和接入点之间发射各种404控制数据。然后接入点确定信道性能是否下降408。

接入点可以用各种方式来确定信道性能是否下降。例如，由于在反向链路性能和NACK到ACK差错率之间存在相关性，因此接入点能够确定什么时候差错率可能很高。反向链路性能测量的一个实例包括反向链路控制信道导引信号或者接收功率噪声比。另一个实例是发送已知控制值的时候，反向链路控制信道上的被测差错率给出了信息给接入点来确定信道性能下降情况。在另一个实施例中，在表明物理层ACK没有被成功收到的时间窗口中，更高层NACK消息的数量，例如来自RLP层，被用作信道性能下降的度量。还有，反向链路数据信道差错率或者反向链路报告的功率控制参数也能给出接入点到接入终端信道性能下降的指示。

在另一个实施例中，过滤后的ACK删除百分比可以被用作反向链路性能度量。下面针对图5和6更加详细地讨论这一点。

发现信道性能下降的时候，接入点可以停止对来自接入终端的ACK消息作出响应412，然后切换416到不利用递增冗余发射数据。接入点也可以请求420接入终端停止发送ACK消息。从一个或多个接入点看，这样做具有降低系统中噪声的额外好处。

图5说明删除检测概念。删除检测通常在CQI信道中使用，能够给出信道性能下降的指示。删除检测涉及被删除区域的建立，由图5中的线504和508定义。在被删除区域512中收到的数据比特说明对发送的比特是1还是0缺少把握。如果收到的比特对应于在区域520中收到的，就有很大的把握肯定收到的数据是1。如果收到的比特对应于在区域516中收到的，就有很大的把握肯定收到的数据是0。

还在图6中描述这一过程，图6说明响应信道性能下降600使用删除检测。在ACK信道604收到数据。数据被发送给ACK译码单元608和质量测量单元612。ACK译码单元608按照图5所示的方案尝试对收到的比特是ACK比特还是NACK比特进行译码。更加具体地说，ACK译码单元608确定收到的比特是不是在区域520中，因此事实上是一个ACK比特；或者不是ACK比特，因此是在被删除区域512中或者在NACK区域516中。

在ACK信道收到的数据还被发送给质量测量单元612。质量测量单元612考虑过滤后的删除百分比随时间的变化。如果过滤后的删除百分比高于或低于特定门限，质量测量612就判定ACK信道是好还是不好616。这样，质量测量单元612将区域520(“1”)、区域516中(“0”)或者在被删除区512收到的比特区分开来。如果收到的比特是在区域516或520中，就很有把握收到的这个比特是真实的读数。因此，质量测量单元612可以发出“信道良好”指示。如果没有什么把握收到的比特是一个真实的读数，就反过来。因此，质量测量单元612可以发出“信道不好”指示。

上面针对具体实施例描述了本发明的各个方面和特征。如同这里所使用的一样，术语“包括”、“包含”或者任何其它变形，都是表示不是排它性地包括这些术语后面的单元或者限定。因此，包括一组单元的系统、方法或者其它实施例不限于这些单元，而是可以包括这里没有明确列出的其它单元。

作为实例，这里结合这里公开的实施例描述的各个说明性的逻辑块、流程图、窗口和步骤可以用硬件或软件来实现，它们具有专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件，例如寄存器和FIFO，执行一组固件指令的处理器，常规可编程软件和处理器，或者它们的任意组合。处理器可以是微处理器，但是处理器也可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。软件可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、寄存器、硬盘、可拆除盘或者本领域公知的各种其它形式的存储介质中。

尽管描述本发明的时候参考了特定实施例，但是应该明白，这些实施例是说明性的，本发明不限于这些实施例。对上面描述的实施例的许多变形、修正、增减和改进都是可以的。这些变形、修正、增减和改进都在本发明的权利要求的范围之内。