用于在同时支持同步高速分组数据系统和正交频分复用系统的移动通信系统中有效发送/接收控制信道的装置和方法

摘要

一种用于在同时支持同步高速分组数据(HRPD)系统和正交频分复用(OFDM)系统的移动通信系统中有效发送/接收控制信道的装置和方法。测量要发送的控制信道的功率。将所测量的功率与由较高层设置的容限最大功率相比较。根据所述比较结果，在媒体访问控制(MAC)信道和OFDM符号中的至少一个中插入并发送指示先前的反向分组是否已被成功接收的信息和用于控制反向链路的功率的功率控制信息。

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用于在多载波高速分组数据(Nx HRPD)系统中发送/接收数据的装置和方法，以及更具体地涉及一种在同时支持同步HRPD系统和正交频分复用(OFDM)系统的移动通信系统中有效发送/接收控制信道的装置和方法。

背景技术

随着通信技术的快速发展，移动通信系统不仅能够支持传统语音服务而且也能支持高速数据服务，在高速数据服务中，可以将诸如E-mail、静态图像、运动图像等的大容量数字数据发送到移动终端。

用于提供高速数据服务的当前移动通信系统的代表性的示例有演进数据(EV-DO)系统和OFDM系统等。为提供大约2.4Mbps的正向传输速率，已经根据与由美国公司Qualcomm提出的高速数据服务标准之一对应的传统码分多址访问(CDMA)20001X发展了EV-DO系统。EV-DO系统被称为高速分组数据(HRPD)系统。

代表性的使用多载波传输方案的无线移动通信系统是OFDM传输方案。OFDM传输方案并行转换串行输入符号流，将并行信号调制到彼此正交的多个子载波中，并发送所调制的符号。随着超大规模集成电路(VLSI)技术在20世纪90年代早期之后的发展，OFDM传输系统已经变得引人注目。

因为OFDM传输方案使用多个子载波调制数据并保持该多个子载波之间的正交性，所以与现有的单载波调制方案相比，OFDM传输方案对于频率选择多径衰落信道具有更大的鲁棒性。OFDM传输方案适用于诸如广播服务等的高速分组数据服务。

下面，将简要描述传统HRPD系统的正向链路(FL)中的时隙结构和发送器结构。

图1示出传统HRPD系统中FL的时隙结构。在HRPD系统的FL中，在其中发送数据的1个时隙之内半个时隙是重复的。N_Pilot-码片(chip)导频信号101被插入在半个时隙的中央，并用于移动终端的接收器中的FL的信道估计。在导频信号101的两侧发送包括反向功率控制信息和资源分配信号的N_MAC-码片媒体访问控制(MAC)信号102和103。在MAC信号102和103的两侧发送N_Data-码片数据104和105。以时分复用(TDM)方案来复用HRPD系统中的FL时隙。在TDM方案中，在不同的时间发送导频信号、MAC信息、数据等。

另一方面，使用沃尔什(Walsh)码以CDMA方案来复用MAC信息。在HRPD系统的FL中，每一个导频信号块的单元尺寸被设置为N_Pilot＝96个码片，每一个MAC信号块的单元尺寸被设置为N_MAC＝64个码片，并且如图1所示的每一个数据块的单元尺寸被设置为N_Data＝400个码片。

图2示出传统HRPD系统中的FL的发送器结构。该发送器由用于对所接收的分组数据进行信道编码的信道编码器201、用于交织所编码的分组数据的信道交织器202和用于调制该经交织的分组数据的调制器203构成。MAC信道的数据经过信道编码器205。TDM复用器(MUX)206将导频信号、MAC信号和数据复用到如图1所示的时隙结构的物理链路。通过载波调制器207和天线(未示出)将自TDM MUX 206输出的数据发送到移动终端。在图2中，参考数字208表示与多载波HRPD(Nx HRPD)系统兼容的HRPD兼容处理器。HRPD兼容处理器208包括MAC信道编码器205、TDMMUX 206和载波调制器207。

图3示出在传统HRPD系统中FL与反向链路(RL)之间的分组传输关系。具体地，图3示出依照遗留Rev.A和B系统中的反向分组传输的正向和反向时隙的结构。在支持高速分组服务的遗留系统(legacy system)中，在4个时隙中包含及发送RL子分组300。

对于映射到反向时隙的正向时隙，将指示RL子分组300是否已被成功接收的确认/否认(ACK/NACK)信息分配给3个时隙。此外，在1个时隙中分配并发送用于确保RL子分组300的信道状态的功率控制比特(PCB)信息。

换句话说，在遗留HRPD Rev.A和B系统中，终端在4个时隙中发送RL子分组300到基站。基站在FL的3个时隙中分配指示RL子分组300接收失败的NACK信息或者指示RL子分组300接收成功的ACK信息到ACK/NACK字段。基站在1个时隙中分配并发送PCB信息。在现有的MAC信道中发送ACK/NACK和PCB信息。

然而，遗留HRPD Rev.A和B系统可能不充分支持下一代系统所使用的频率资源和宽带数据传输的有效利用。用于根据宽带数据传输有效发送控制信息的方案应当被具体化到下一代系统中。

发明内容

本发明至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供下述优点。因而，本发明的一方面是提供一种在同时支持同步HRPD系统和OFDM系统的移动通信系统中发送和接收控制信道的装置和方法。

本发明的另一方面是提供一种在同时发送OFDM符号和EV-DO符号的移动通信系统中发送关于OFDM符号的反向分组的控制信息的装置和方法。

本发明的另一方面还提供一种以1个时隙为单位发送和接收指示反向分组是否已被成功接收的信息以及功率控制信息的装置和方法。

依照本发明的一个方面，提供了一种用于在HRPD系统的正向链路中发送分组数据的装置，该装置包括：发送器，用于以预定传输方案将要被发送的物理层分组数据调制成无线信号，并发送所调制的信号到无线网络；功率测量器，用于测量要在其中发送无线信号的时隙内控制信道中使用的功率量；以及选择控制器，用于将所测量的在该时隙中要使用的功率量与控制信道的预定容限最大功率相比较，并选择在其上发送基于先前所接收的反向分组的控制信息的物理信道。

依照本发明的另一方面，提供了一种用于在HRPD系统的正向链路中发送分组数据的方法，该方法包括：测量要发送的控制信道的功率；将所测量的功率与由较高层设置的容限最大功率相比较；以及根据比较结果向MAC信道和OFDM信道中的至少一个分配指示先前的反向分组是否已被成功接收的信息和用于控制反向链路的功率的功率控制信息。

依照本发明的又一方面，提供了一种用于在HRPD数据系统的正向链路中接收分组数据的装置，该装置包括：MAC/OFDM选择器，用于执行选择控制操作，从而根据无线信号的传输方案从特定MAC信道和特定OFDM符号中的至少一个中选择性地提取控制信息；以及检测器，用于从使用从该选择器施加的选择信息的相关信道中检测控制信息。

依照本发明的又一方面，提供了一种用于在HRPD数据系统的正向链路中接收分组数据的方法，该方法包括：检查用于发送来自较高层的无线信号的物理信道的传输方案；根据传输方案从接收时隙的特定MAC信道和特定OFDM符号中的至少一个中检测控制信息；解调该所检测的控制信息；以及使用该经解调的控制信息控制稍后要发送的反向分组。

附图说明

本发明的上述的和其他特征及优点将根据下面与附图相关联的具体描述而更明显，其中：

图1说明在支持传统HRPD服务的系统中的正向时隙的结构；

图2说明传统HRPD系统中的发送器的结构；

图3说明根据传统HRPD系统中的反向分组传输的正向链路的ACK/NACK和PCB信息传输关系；

图4说明在根据依照本发明的HRPD系统中的反向分组传输的正向链路的ACK/NACK和PCB信息传输关系；

图5.5(a)～5(c)说明依照本发明的用于在多载波中发送ACK/NACK和PCB信息的正向链路的时隙结构；

图6说明依照本发明的在OFDM-专用符号中发送ACK/NACK和PCB信息的正向链路的时隙结构；

图7示出说明依照本发明的用于发送ACK/NACK和PCB信息的发送器的结构的方框图；

图8是说明依照本发明的用于插入ACK/NACK和PCB信息的传输过程的流程图；

图9是说明依照本发明的用于检测ACK/NACK和PCB信息的接收器的结构的方框图；以及

图10是说明依照本发明的用于检测正向链路的ACK/NACK和PCB信息的接收过程的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明优选实施例。为清晰及简明，省略对众所周知的功能和构造的描述。

在描述本发明之前定义用于发送高速分组数据的高速分组数据(HRPD)系统。为支持HRPD服务，本发明所应用的同步移动通信系统被改进成HRPDRev.A系统、HRPD Rev.B系统和HRPD Rev.C系统。

首先，HRPD Rev.A系统是利用一个载波来发送/接收分组的码分多址(CDMA)系统。即，任意的终端利用分配给一个频带的物理信道发送和接收正向和反向分组。HRPD Rev.A系统的时隙结构与图1所示相同。

HRPD Rev.B系统是利用最多3个载波来发送/接收分组的CDMA系统。在如图1所示的时隙结构中，利用最多3个载波执行分组服务。这意味着HRPD Rev.B系统以比HRPD Rev.A系统更先进的形式支持高速分组服务。

如图1所示，HRPD Rev.A和B系统仅在所分配的载波的数据信道上发送演进数据(EV-DO)符号。

另一方面，依照本发明的多载波HRPD(Nx HRPD)系统被称为HRPDRev.C系统，该系统可以在最大5MHz的波段内利用多个载波来执行高速、大容量分组传输。其优点在于Nx HRPD系统使得能够进行HRPD Rev.A和B系统所不支持的高速、大容量分组通信。Nx HRPD系统可以在最大5MHz的波段内使用多个载波同时发送和接收正交频分复用(OFDM)符号和EV-DO符号。因此，Nx HRPD系统能够满足用户的服务需求。

例如，本发明能够在最大5MHz的波段内使用最少5个载波来发送正向和反向分组。

图4示出在依照本发明的Nx HRPD系统中的正向链路(FL)和反向链路(RL)的时隙结构。HRPD Rev.C系统使用比在遗留HRPD Rev.A/B系统中使用的RL的时隙数目更少的时隙数目来提供服务。

遗留HRPD Rev.A/B系统使用最少4个时隙发送及接收数据和控制信息，而Nx HRPD系统在1个时隙中发送RL子分组450。

响应于RL子分组450，基站在总共1个时隙中分配并发送指示RL子分组450是否已被成功接收的确认/否认(ACK/NACK)信息和用于确保信道状态的PCB信息。

因为基站的处理功率提高，所以HRPD Rev.C系统能够在1个时隙中发送ACK/NACK和PCB信息。因而能够缩短用来解调所发送的分组的时间并减少与关于经解调的所发送的分组的响应信息对应的ACK/NACK信息的符号长度。HRPD Rev.C系统可以增加能够同时发送的数据的量，即传输容量。

当在1个时隙中接收RL子分组450时，基站将指示RL子分组450是否已被成功接收的ACK/NACK信息和用于最大确保RL的信道状态的PCB信息分配到1个时隙，然后将这些信息发送到终端。

当考虑以正向方向发送的ACK/NACK信息时，终端确定重发。终端响应于NACK信息而在RL中重新发送先前所发送的分组、或者响应于ACK信息而在RL中发送新的分组。

图5(a)～5(c)示出依照本发明的正向链路(FL)的时隙结构。Nx HRPD系统可以在数据字段500中选择并发送OFDM符号和EV-DO符号。在本发明中，MAC信道520包括ACK/NACK信息和PCB信息作为MAC信息。导频信道530包括用于估计FL信道的导频信息。

MAC信道520包括关于多个终端的控制信息，并被用来发送关于来自多个终端的每一个的反向数据分组的ACK/NACK信息和PCB信息。

因为在反向数据分组传输时间间隔中的时隙的数目被减少到1个以获得高速、大容量的分组传输，所以本发明的系统应当通过分配更高的功率(相比遗留HRPD系统在3个时隙中发送ACK/NACK信息的功率而言)而在1个时隙中在MAC信道上发送ACK/NACK信息。

其中在1个时隙中发送ACK/NACK信息的本发明的系统能够实现与其中在3个时隙中发送ACK/NACK信息的遗留系统相同的性能。

换句话说，如图5(a)所示，1个时隙中的MAC信道包括支持关于多个终端511、512、513、514、515和516的反向控制信道的信息。与遗留HRPDRev.A/B系统相比较，在该系统的MAC信道中发生功率短缺的概率更高。

因此，本发明提供了一种以比遗留HRPD Rev.A/B系统的功率更高的功率来发送MAC信道的方案。为在1个时隙中发送用于多个终端的MAC信道，即，为了解决MAC信道的功率短缺的问题，当如图5(b)所示MAC信道的功率超出容限最大功率时，本发明提供如图5(c)所示的能够使用关于HRPD Rev.C终端的OFDM符号来发送MAC信道的方案。

在图5(c)中，本发明的HRPD Rev.C系统的基站能够在其中HRPDRev.A/B终端同HRPD Rev.C终端共存的环境中通信。

HRPD Rev.A/B终端能够检测在1个载波中或最多3个载波中发送的MAC信道。另一方面，HRPD Rev.C终端能够检测5MHz的最大波段中的多个载波，从而检测OFDM符号。

也就是说，HRPD Rev.C终端能够检测至少f1、f2、f3、f4和f5的所有载波。HRPD Rev.C终端能够同时检测f1、f2和f3的MAC信道以及f4和f5的所有OFDM符号。

在本发明中，基站向MAC信道分配关于遗留终端516、513和512的ACK/NACK和PCB信息。同样，基站分配用于HRPD Rev.C终端515、514和511的MAC信道，从而MAC信道的功率不会超出容限最大功率。当MAC信道的功率超出容限最大功率时，HRPD Rev.C系统在f4和f5的OFDM-专用载波的特定OFDM符号中包括并发送关于HRPD Rev.C终端515、514和511的ACK/NACK和PCB信息。在本发明中，图5(c)示出在考虑容限最大功率状态的情况下，在对应于MAC信道的OFDM符号中发送关于HRPDRev.C终端的ACK/NACK和PCB信息的示例。

以在考虑最大功率状态的情况下而设置的容限最大功率来分配用于HRPD Rev.C终端的MAC信道，以防止当向MAC信道分配关于HRPD Rev.C终端515、514和511的控制信息以及额外向MAC信道分配关于遗留系统的终端516、513和512的控制信息时MAC信道520的功率短缺。因此，基站周期性地检查MAC信道520的功率是否没有超出容限最大功率。

通过参照MAC信道的功率状态而在较高层设置要在基站与终端511、512、513、515和516之间使用的物理层，并利用较高消息对其进行协商(negotiate)。

图6示出依照本发明的在OFDM-专用载波f4和f5的OFDM符号中包含并发送的关于HRPD Rev.C终端的ACK/NACK和PCB信息的概念。使用5MHz频带的本发明的HRPD Rev.C系统包括3个Nx HRPD兼容载波f1、f2和f3以及用于在低频带中发送专用OFDM符号的载波f4和f5。

当基站在1个时隙中分配用于多个终端的MAC信道时，向MAC信道分配相对较高的功率以确保关于终端的ACK/NACK和PCB信息的可靠性。如果MAC信道的功率超出容限最大功率，则基站首先在MAC信道中包括并发送关于遗留终端的ACK/NACK和PCB信息，然后在OFDM符号中插入并发送关于HRPD Rev.C终端的ACK/NACK和PCB信息。

也就是说，当基于较高层的决定而在OFDM符号中插入ACK/NACK和PCB信息时，信息在现有时隙中被插入到对应于导频和MAC信道的专用OFDM符号650中，并在载波f4和f5中被发送到HRPD Rev.C终端。

图7示出根据本发明的Nx HRPD兼容系统中的发送器的结构。发送器可以包括用于对所接收的分组数据进行信道编码的信道编码器701、用于交织经编码的分组数据的交织器702、用于调制经交织的分组数据的调制器703、用于插入警示音(tone)以防止作为干扰的带外信号的警示音插入器704以及用于插入导频音(pilot tone)的导频音插入器705。

发送器还可以包括扩频器706、将频域信号转换成时域信号的逆傅立叶变换(IFFT)处理器707、用于在OFDM数据的开始插入循环前缀(CyclicPrefix，CP)以防止信号干扰的CP插入器708、与HRPD Rev.A/B系统的传输方案兼容的HRPD兼容处理器714、EV-DO发送器710以及用于选择HRPD Rev.A/B中的EV-DO和OFDM传输方案的选择器709。能够用例如正交相移键控(QPSK)扩频器来实现扩频器706。

发送器还可以包括用于测量当前时隙的MAC信道功率的MAC信道功率测量器711、用于基于功率测量器711的测量结果而确定是发送MAC信道中的ACK/NACK和PCB信息还是OFDM符号的选择控制器712、用于利用从RL解调器715中获得的信息来生成ACK/NACK和PCB信息的ACK/NACK/PCB生成器713以及用于当在OFDM符号中发送ACK/NACK和PCB信息时在载波f4和f5中插入OFDM符号的OFDM发送器716。

在本发明中，基站用于OFDM或EV-DO传输方案的传输处理如下。

产生自较高层的物理层分组数据被输入到信道编码器701。信道编码器701将分组数据信道编码成为信道编码的比特流，然后输出该信道编码的比特流到信道交织器702。信道交织器702交织该信道编码的比特流以达到分集增益。调制器703调制经交织的比特流以产生经调制的信号。该经调制的信号被安排在数据传输时间间隔的数据音(data tone)中(如图5的参考数字500以及图6的参考数字610所指示的)。警示音插入器704将警示音安置在自调制器703输出的信号的波段边界。导频音插入器705仅插入导频信号从而能够发送该导频信号。

如果要发送的信号依照上述操作被分配给了所有的音，则扩频器706执行例如QPSK扩频。通过该QPSK扩频处理，用于发送不同信息元素的基站的信号被不同的复合伪噪声(PN)流复用。复合PN流是其中用PN码构建所有实部和虚部分量的复合流。IFFT处理器707通过IFFT处理将QPSK扩频的经调制的信号安排到目标频率音的位置。接着，CP插入器708将CP插入到在IFFT处理中被处理的OFDM数据中以避免由于多径衰落而导致的自干扰效应，从而生成OFDM符号。上述组件可形成OFDM发送器。

EV-DO发送器710通过编码和调制要从物理层发送的数据而将要发送的数据分配到数据信道。

选择器709依照OFDM或EV-DO传输方案选择信号，然后将所选择的信号输出到HRPD兼容处理器714。

MAC信道功率测量器711测量要在当前时隙中使用的功率量，然后将测量信息输出到MAC/OFDM选择控制器712。MAC信道功率测量器711将在当前时隙中将用于传输的功率与容限最大功率相比较。MAC信道功率测量器711输出功率比较结果到MAC/OFDM选择控制器712。

MAC/OFDM选择控制器712在检查功率比较结果和与终端的兼容性后确定用于接收与ACK/NACK和PCB信息对应的控制信息的目标终端是遗留系统的终端还是兼容Rev.C终端。如果目标终端是遗留系统的终端，则控制OFDM发送器和兼容发送器的操作，因而可以将利用RL解调器715产生的信息而生成的自动请求重发(ARQ)/PCB信息分配到MAC信道。如果目标终端是兼容终端，则在当前时隙的功率没有超出容限最大功率时，向MAC信道分配ARQ/PCB信息。然而，在当前时隙的功率超出容限最大功率时，控制发送器从而向载波f4和f5的专用OFDM符号分配ARQ/PCB信息。在本发明中，发送器在1个时隙中发送关于多个终端的ARQ/PCB信息。

图8示出依照本发明的用于在FL中有效发送ARQ/PCB信息的过程。在步骤801中，发送器确定支持服务的终端是HRPD Rev.A/B终端还是HRPDRev.C终端。如果确定支持服务的终端是HRPD Rev.A/B终端，则过程进行到步骤802。在步骤802中，在应用本发明的FL的MAC信道中分配并发送ACK/NACK和PCB信息。这样是因为遗留系统的终端不能接收载波f4和f5。

另一方面，如果确定支持服务的终端是本发明的HRPD Rev.C终端，则过程进行到步骤803，以确定当前时隙的功率是否已达到功率极限。将要在当前时隙中使用的功率与预定容限最大功率相比较。如果要使用的功率还没有达到功率极限，则过程进行到步骤804，以在MAC信道上发送ACK/NACK和PCB信息。另一方面，如果要在当前时隙中使用的功率已经达到功率极限，则过程进行到步骤805，以在载波f4和f5的专用OFDM符号中发送ACK/NACK和PCB信息。所述专用OFDM符号对应于MAC信道。

下面，将参照图9和图10描述依照本发明的接收器的结构。

图9示出依照本发明的在Nx HRPD系统的FL中接收ACK/NACK和PCB信息的接收器。接收器的HRPD兼容处理器901接收多个载波f1、f2和f3，并通过TDM解复用HRPD兼容载波f1、f2和f3来重建数据信道、MAC信道和导频信道。

OFDM/EV-DO接收方案选择器902确定所接收的信号是以OFDM传输方案还是以EV-DO方案发送的信号。因为用于确定分组数据是以OFDM还是EV-DO传输方案发送的信号的过程与本发明不直接相关，因此省略了对其的描述。当确定信号是以OFDM传输方案发送时，该信号被输出到CP移除器903。CP移除器903从所接收的信号中移除归因于传播延迟、多径延迟等而被污染的CP。

快速傅立叶变换(FFT)处理器904将输入的时域信号变换成频域信号，然后将该频域信号输出到QPSK解扩器905。QPSK解扩器905对频域信号进行QPSK解扩，然后输出QPSK解扩的信号的音。这是因为假设QPSK扩频信号是从发送器发送的。当在发送器中使用不同的扩频方案时，接收器被提供有映射到相关的扩频器的解扩器。

解扩的信号的音被输出到导频音提取器906和数据音提取器907。数据音提取器907从所接收到的信号中提取数据音。

另一方面，信号估计器908根据所接收到的导频信号来估计信道，然后将信道估计输出到解调器909。解调器909利用该信道估计来解调数据音，并接着将经解调的信号输出到解交织器910。解交织器910解交织该经解调的信号，然后将该经解交织的信号输出到解码器911。解码器911解码该输入信号以重建原始发送的信号。

此外，在EV-DO解调器912中输出和解调以EV-DO传输方案发送的信号。依照本发明，OFDM接收处理器916对以OFDM符号形式发送的信号f4和f5进行OFDM解调。

MAC/OFDM选择器913利用在较高消息中发送的ACK/NACK和PCB信息的传输方案信息来检测包含ACK/NACK和PCB信息的信道。ACK/NACK/PCB检测器914根据从MAC/OFDM选择器913提供的针对信道所选择的传输方案来检测ACK/NACK和PCB信息。即，ACK/NACK/PCB检测器914从HRPD兼容处理器901接收信道，并当包含控制信息的信道是依照EV-DO传输方案的MAC信道时检测ACK/NACK和PCB信息。

在OFDM符号的情况下，从通过OFDM接收处理器916接收的载波f4和f5中检测ACK/NACK和PCB信息。发送器915利用所检测的ACK/NACK和PCB信息来控制用于发送稍后要发送的反向分组的过程。

图10示出根据本发明的在HRPD系统的FL中的接收过程。在步骤1001中，接收器的MAC/OFDM选择器接收从较高层以消息发送的关于ACK/NACK和PCB信息的传输方案信息，并接收关于用于发送ACK/NACK和PCB信息的物理层的信息。在步骤1002，确定所接收的物理控制信道是MAC信道还是OFDM符号。如果包括控制信息的控制信道是作为MAC信道发送的，则在步骤1004中，根据MAC信道来解调ACK/NACK和PCB信息。另一方面，如果ACK/NACK和PCB信息是在OFDM符号中发送的，则在步骤1003中，根据OFDM符号来解调ACK/NACK和PCB信息。

尽管为说明的目的，已经公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员应该知道在不脱离本发明的范围内，可以存在各种变体、添加和替代。已经描述了ACK/NACK和PCB信息被包含在f4和f5的OFDM符号中的示例。显然能够以各种的形式来布置ACK/NACK和PCB信息。因此，本发明不限于上述实施例，而是由所附权利要求书及其等价物的全部范围来限定。

如上所述，本发明通过在基于与Nx HRPD兼容的OFDM传输方案和EV-DO传输方案传输技术中将要在每个载波时隙中使用的ACK/NACK和PCB信息插入到现有的MAC信道和新增OFDM符号中，能够避免在多载波时隙中MAC信道功率短缺。因此，本发明能够有效提供高速分组服务。