用于提高多载波环境中的无线电链路性能的系统和方法

摘要

本文描述了用于提高多载波环境中的无线电链路性能的系统和方法。方法可包括：由无线设备的上级层在用于传输的分组中发送用户数据，其中该分组包括对分组的优先级的指示；由无线设备的媒体访问控制(“MAC”)层来接收用于传输的分组，该用于传输的分组包括对由上级层提供的优先级的指示；由MAC层来识别多个分量载波中的每个分量载波的可靠性；以及由MAC层来选择分量载波中的用于传输分组的一个分量载波，其中选择基于分组的优先级和分量载波中的一个分量载波的可靠性。

说明书

背景技术

长期演进(“LTE”)是用于针对移动设备和数据终端的高速数据的无线 通信标准。高级LTE是LTE标准的重大改进。在高级LTE标准内，使用 载波聚合来增加带宽，从而提高比特率。已将载波聚合引入第三代合作伙 伴计划(“3GPP”)出版物10(高级LTE标准)以在保持与传统UE的向后兼 容性的同时向单个设备(例如，用户设备或“UE”)提供宽于20MHz的传输 带宽。

在当前标准下，每个经聚合的载波被称为分量载波，并且每个分量载 波可具有1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz或20MHz的带宽并且 可将五个分量载波的最大值进行聚合。如图1所示，五个分量载波可各自 具有20MHz的带宽以结合成100MHz的总带宽。在启用载波聚合特征的情 况下，高级LTE标准可满足峰值下行链路(“DL”)吞吐量要求或1Gbps。

附图说明

图1示出了包括针对100MHz的总带宽的具有20MHz带宽的五个分量 载波的载波聚合的实例。

图2示出了用于LTE标准的协议连同由于载波聚合所导致的主要变 化。

图3示出了可在无线设备上实现的网络堆栈的局部视图以及使用示例 性网络堆栈来执行的载波聚合的实例。

图4示出了用于提高多载波环境中的无线电链路性能的示例性方法。

图5A-5D示出了用于提高多载波环境中的无线电链路性能的示例性系 统。

图6示出了用于实现增强型eNodeB和UE的示例性系统。

具体实施方式

本文描述了用于提高多载波环境中的无线电链路性能的系统和方法。 方法可包括由设备(例如，无线设备或用户设备(“UE”))的上级层在用于传 输的分组中发送用户数据，其中该分组包括对分组的优先级的指示，该优 先级诸如高优先级或低优先级。此外，高优先级分组可以是重新传输分 组、包括对分组接收的确认(例如，TCP-ACK)的用户数据分组、包括稳健 性报头压缩(“ROHC”)反馈的分组或包括实时传送协议(“RTP”)控制协 议(“RTCP”)反馈的分组中的一者。该方法还可包括由设备的媒体访问控 制(“MAC”)层来接收用于传输的分组，该用于传输的分组包括对由上级 层提供的优先级的指示；以及由MAC层来识别多个分量载波中的每个分量 载波的可靠性。该方法还可包括由MAC层来选择分量载波中的用于传输分 组的一个分量载波，其中该选择基于分组的优先级和分量载波中的一个分 量载波的可靠性。

本文进一步描述了一种设备，该设备包括在其上存储有程序的非暂态 存储器，以及执行程序的处理器，其中执行程序使得处理器执行操作，该 操作包括：由设备的上级层在用于传输的分组中发送用户数据，其中该分 组包括对分组的优先级的指示；由设备的MAC层来接收用于传输的分组， 该用于传输的分组包括对由上级层提供的优先级的指示；由MAC层来识别 多个分量载波中的每个分量载波的可靠性；以及由MAC层来选择分量载波 中的用于传输分组的一个分量载波，其中该选择基于分组的优先级和分量 载波中的一个分量载波的可靠性。

本文进一步描述了一种在其上存储有可执行程序的非暂态计算机可读 存储介质，其中该程序指示处理器执行操作，该操作包括：由无线设备的 上级层在用于传输的分组中发送用户数据，其中分组包括对分组的优先级 的指示；由无线设备的媒体访问控制(“MAC”)层来接收用于传输的分 组，该用于传输的分组包括对由上级层提供的优先级的指示；由MAC层来 识别多个分量载波中的每个分量载波的可靠性；以及由MAC层来选择分量 载波中的用于传输分组的一个分量载波，其中选择基于分组的优先级和分 量载波中的一个分量载波的可靠性。

参考以下描述及附图可进一步理解该示例性实施例，其中类似的元件 利用相同的参考标号进行引用。示例性实施例示出了用于提高多载波环境 中的无线链路性能的系统和方法。更具体地，本文所述的示例性实施例可 允许无线电通信堆栈的上级层影响载波选择，因此优化端对端应用性能。

参考具有某些特性的高级LTE载波聚合方案来描述示例性实施例。例 如，在频分双工(“FDD”)中，该特性包括经聚合的载波的数量在DL和上 行链路(“UL”)中可以不同，通常UL分量载波的数量等于或小于DL分量 载波的数量。此外，各个分量载波也可具有不同的带宽。另选地，在使用 时分双工(“TDD”)时，对于DL和UL来说，分量载波的数量和每个分量 载波的带宽相等。然而，本领域的技术人员将理解，示例性实施例可应用 于任何载波聚合方案，该任何载波聚合方案包括与高级LTE方案具有不同 特性的方案。

当使用载波聚合时，可能存在针对分量载波中的每个分量载波的多个 服务小区。服务小区的覆盖范围可由于分量载波频率和功率规划两者而有 所不同，这对于异构网络规划而言是有用的。无线电资源控制(“RRC”)连 接由一个小区来处理，即主服务小区(“PCell”)由用于上行链路(“UL”) 和下行链路(“DL”)的主分量载波(“PCC”)来服务。UE接收非接入层 (“NAS”)信息诸如安全参数也经由DLPCC。在空闲模式下，UE侦听DL PCC上的系统信息。ULPCC用于发送物理上行链路控制信道 (“PUCCH”)。

其他分量载波可被称为用于UL和DL的辅分量载波(“SCC”)，该 SCC用于服务辅服务小区(“SCell”)。根据需要添加和删除SCC，而在切 换时改变PCC。本领域的技术人员将理解，PCell和SCell是允许按需添加 SCell的逻辑构造。PCell为用于所有RRC信令和控制程序的主小区。在载 波聚合中，将SCell视为对PCell的添加，其中SCell激活和解除激活通过 MAC信令快速实现。常规载波聚合的功能在用户平面中的MAC层及下面 的层处实现。因此，分组数据汇聚协议(“PDCP”)层和无线电链路控制 (“RLC”)层对特定RLC和PDCP协议数据单元(“PDU”)应发送于其上的 载波没有任何影响。需注意，术语分组和PDU在本文整个说明书中可互换 使用。

图2示出了用于LTE标准的协议连同由于载波聚合所导致的主要变 化。具体地，引入载波聚合主要影响MAC和物理层协议。然而，也引入一 些新的RRC消息。例如，在可将PDCP和RLC视为在载波聚合之前时，现 需要信息诸如新RRC消息来处理SCC，并且MAC层必须能够处理对多个 分量载波的调度。物理层的变化例如在于必须携带有关对分量载波的调度以 及每个分量载波的混合自动重传请求(“HARQ”)ACK/NACK的信令信息。

调度器在上行链路传输和下行链路传输两者中作出调度决策并且选择 适当的载波和传输块大小。具体地，调度器基于信息诸如信道质量测量、 调度请求和缓冲区状态报告来确定在上行链路中应授予哪些UE资源。在下 行链路中，UE将接收PDCCH资源分配。一旦已作出调度决策，调度器便 通过发送上行链路授予来将调度决策通知给MAC，从而将UL调度决策通 知给UEMAC。此外，调度器使用特定于具体实施的机制来将DL调度决 策通知给演进型NodeB(“eNodeB”)MAC。

图3示出了可在无线设备上实现的网络堆栈300的局部视图。所示出 的示例性层包括物理层PHY310、MAC层320和RLC层330。本领域的技 术人员将理解，网络堆栈可包括位于RLC层330上方的附加层，诸如 PDCP层、RRC层、应用层等。位于MAC层320上方的所有层可单独地称 为或统称为一个或多个上级层。不同的无线设备可实现不同类型的网络堆 栈，并且不同的网络堆栈可具有本文所述的层或这里未提及的附加层的不 同组合。

本领域的技术人员还应理解，网络堆栈300可在以硬件和软件的组合 形式的无线设备上实现。例如，无线设备可包括硬件部件，诸如处理器、 非暂态存储介质(例如，RAM、闪存驱动器等)、收发器、天线等。非暂态 存储介质可存储由一个或多个处理器执行以操作和控制无线设备的多个软 件部件，诸如操作系统(“OS”)、应用程序等。软件部件中的一个或多个 软件部件可由处理器来执行以实现网络堆栈300。应当指出的是，无线设备 可包括被配置为发送和/或接收无线信号的任何设备，包括例如通常被称为 用户设备(“UE”)(例如，移动电话、智能电话、平板电脑、膝上型电脑等) 以及网络设备(例如，基站、eNodeB等)的那些设备。

图3还示出了使用示例性网络堆栈300来执行的载波聚合的实例。一 旦MAC层320获悉调度授予，MAC层320便查询RLC层330以获得RLC PDU并通过添加适当的MAC标头来格式化MACPDU。MAC层320继而 将用户数据发送至下层以用于HARQ处理，并且将用户数据发送至PHY层 310以用于传输。应注意，尽管在接收到来自MAC层320的请求时RLC层 330将其PDU发送至MAC层320，但在常规载波聚合中，RLCPDU到其 适当载波的映射不受RLC/PDCP层的影响。为了支持载波聚合，在MAC 层320处简单添加另一下行链路调度器(“DL-SCH”)并且对RRC进行修改 以支持SCC的重新配置。MAC层320(例如，复用UE)功能负责决定应经 由哪个载波来发送用户数据(例如，MACPDU)。因此，在常规载波聚合 中，高优先级RLCPDU可能经由具有较差无线电链路状况的载波来发送。

根据本文所述的系统和方法，示例性实施例可允许RLC层330或其他 上级层中的任一层(例如，PDCP层)来影响MAC载波选择算法，从而优化 端对端应用性能。更具体地，上级层可基于所分配的优先级(例如，高优先 级、低优先级等)将属于每个逻辑信道的数据进行分类。例如，RLC/PDCP 可将属于高优先级的给定逻辑信道的某一通信业务进行分类。该通信业务 可包括但不限于重新传输的RLCPDU、包含TCP-ACK的用户数据、包含 ROHC反馈的PDU、包含RTCP反馈的PDU、任何其他紧急应用层信令(例 如，视频i帧等)等等。本领域的技术人员将理解，可基于由系统设计人员 所决定的任何因素来将通信业务分类成高优先级、低优先级或一个或多个 任何中间优先级。

本文所述的示例性系统和方法允许MAC载波选择算法经由更可靠的 载波来传输高优先级RLC数据。例如，MAC层320可保持每个单独载体 的质量水平以将载波分类成高优先级或低优先级。MAC层320可采用的度 量的实例可包括但不限于来自作为探测参考信号(“SRS”)的UL信号的信 道质量度量、作为信道状态信息(“CSI”)和参考信号接收功率/参考信号接 收质量(“RSRP/RSRQ”)的UE反馈。另外的度量的实例包括来自UL中的 确认(“ACK”)传输和否定确认(“NACK”)传输的误块率(“BLER”)估 计、每个单独载波的MAC/RLC层重新传输和分割模式等。通过这些实例 很明显的是，可选择任何可靠性度量来监测载波可靠性。需注意，UE还可 通过测量DL指标来评估上行链路载波的质量。因此，UE可利用该信息来 对经由不同载波的上行链路传输进行优先级排序。

如上所述，尽管示例性实施例可实现两个优先级(例如，高和低)，但 本领域的技术人员将理解，这些系统和方法可利用任何数量的增加的优先 级以用于该上级层将属于逻辑信道的数据进行分类。在一个实例中， RLC/PDCP层可将最高优先级分配给重新传输的PDU，使得重新传输的 PDU经由最可靠的载波进行传输。然而，应用层信令可被分配有次最高优 先级，使得该数据可经由最可靠的载波或经由具有低于最可靠的水平的载 波进行传输。

因此，从以上描述中可以看出，MAC层320可保持对每个载波的可靠 性的持续测量。RLC/PDCP层或任何其他上级层可向每个PDU分配优先 级。当MAC层320获悉任何调度授予时，MAC层320可查询RLC层330 以请求RLCPDU。当接收到该请求时，RLC层330可将PDU发送至MAC 层320以用于传输，或者更确切地，用于由MAC层320进一步准备以用于 传输。然而，每个RLCPDU可包括由上级层中的一个上级层分配的优先 级。MAC层320可使用所分配的优先级来选择用于PDU的适当的载波。 该选择可基于所分配的优先级和由MAC层320维护的每个载波的可靠性测 量。这样，上级层(例如，RLC层/PDCP层)可能对为各个PDU所选择的载 波有影响。

图4示出了用于提高多载波环境中的无线电链路性能的示例性方法 400。参考由以上参照图3所述的无线设备及其部件实现的示例性网络堆栈 300来描述由方法400所执行的操作。

在步骤410中，无线设备的上级层可格式化用于传输的分组。例如， 上级层可为RLC层330或PDCP层。上级层可包括对分组的优先级的指 示，该优先级诸如高优先级或低优先级。例如，可将重新传输的分组、包 括TCP-ACK的用户数据分组、包括ROHC反馈的分组或包括RTCP反馈 的分组识别为高优先级分组。根据指示分组中的优先级的一个实施例，用 户可维护与每个分组相关联的特定于具体实施的元数据。该元数据可包含 有关每个分组的优先级的信息等。需注意，优先级信息无法进行空中传 输，因此不必修改任何PDCP/RLC/MAC层PDU的标头，以便将一个或多 个分组分类成高优先级或低优先级。此外，还可维护高优先级PDU或低优 先级PDU的单独队列。

在步骤420中，MAC层320可请求来自RLC层330的分组以用于传 输。MAC层320可接收分组，该分组包括对由上级层提供的优先级的指 示。在这种情况下，MAC层320还可向RLC层330指示MAC层320正寻 找来自RLC层330的高优先级PDU。因此，RLC层330在发送任何较低优 先级PDU之前首先可将所有高优先级PDU发送至MAC层320。

在步骤430中，MAC层320可识别多个分量载波中的每个分量载波的 可靠性。如上所述，MAC层320可利用任何数量的度量来识别每个分量载 波的可靠性。例如，这些度量可包括来自作为探测参考信号(“SRS”)的 UL信号的信道质量度量、作为信道状态信息(“CSI”)和参考信号接收功率 /参考信号接收质量(“RSRP/RSRQ”)的UE反馈。还应当指出的是，由于 各个载波的性能可能随时间改变，因此对载波的监测可为持续过程。还应 当指出的是，各个载波的可靠性通常为针对其他可用载波的相对测量。因 此，第一位置的UE可具有被分配给低优先级通信业务的载波，该载波比被 分配给高优先级通信业务的用于第二位置的UE的载波具有更好的绝对可靠 性，这是因为第一UE的所有载波绝对优于对第二UE可用的载波。也有可 能的是，UE可通过测量下行链路载波的信道质量来识别上行链路载波的可 靠性。在这种情况下，UE可决定将高优先级分组映射到较好质量载波，而 无需eNodeB支持。

在步骤440中，MAC层320可选择分量载波中的具有与分组优先级对 应的可靠性的一个分量载波。例如，当分组被指示为高优先级分组时，可 选择高可靠性载波。

在步骤450中，MAC层320可通过添加MAC层标头并将分组传送给 PHY层310来格式化用于传输的分组，该PHY层310将经由所选择的分量 载波来传输分组，如图3中的示例性分量载波所示的。因此，经由在步骤 440中所选择的分量载波来传输分组确保每个重新传输的分组(诸如高优先 级RLCPDU)经由最可靠载波进行传输，并且方法400向上级层提供对经 由哪些载波用于特定分组或分组群的指明。

除了上述基本传输功能之外，载波聚合和上级层的结合对载波选择的 影响还可包括其他形式的改进的分组传输。另外，MAC层320可决定经由 多个载波同时发送相同的用户数据。因此，接收器HARQ实体继而可结合 包含冗余信息的多个HARQPDU以解码最初传输的数据。根据第一实施 例，可在两个载波上发送相同的HARQPDU。传输UE可得益于对分组的 重新传输。该实施例可产生与HARQ追加合并相同的增益。继而可在物理 层处以相同的方式对两个分组(例如，HARQPDU)进行编码。因此，不仅分 组可包含相同的位信息，而且传输分组也可以是类似的。

根据HARQPDU编码的另一个实施例，可创建不含相同的信息位的两 个HARQPDU。具体地，第一HARQPDU可对应于重新传输0(例如，使用 冗余版本0)并且第二HARQPDU可对应于重新传输1(例如，使用冗余版本 1)。由于第一HARQPDU可使用较为系统性的位，因此第一HARQPDU可 定位到最好的载波(例如，具有较高信道质量的载波)。相反地，重新传输1 的第二HARQPDU可定位到具有最差质量的载波。接收UE继而可将两个 PDU结合以产生与增量冗余相同的增益。通过利用上述多个HARQPDU， 可改善接收UE处的可靠性和延迟。例如，假设目标BLER为10％，设计典 型的HARQ，使得成功解码所需的重新传输的数量为约1.1。多个HARQ PDU允许UE对1个子帧(1ms)中的分组成功地进行解码。

在基站(例如，演进型NodeB(“eNB”))正经由两个载波来发送相同信 息的情况下，eNB可通知接收UE该UE可将两个HARQPDU结合。eNB 可通过包括信息位或标记经由PDCCH来提供该信息以向UE指示该UE需 要将两个载波上方的HARQPDU结合。UE继而可理解在两个载波上使用 了相同的HARQ过程。UE可使用每个载波的PDCCH中的冗余版本来以最 佳方式结合两个物理层块，诸如例如以增量冗余方式、以追加合并方式 等。

需注意，尽管本文所述的示例性实施例使用下行链路传输(例如，“下 行链路”用户数据)来操作，但本领域的技术人员将理解，示例性系统和方 法在上行链路传输(例如，“上行链路”用户数据)期间同样适用。因此，用 于在用于传输的分组中发送用户数据的示例性无线设备例如可以是将用户 数据向上传输至无线网络的UE或者是将用户数据向下传输至UE的基站 (例如，eNB)。

在另一个示例性使用实例中，本文所述的载波聚合方案可在小型小区 实施一个载波并且宏小区实施另一载波的上下文中实现。图5A-5D示出了 四个不同的可能的小型小区配置501-504。小型小区配置501-504中的每个 小型小区配置包括服务网关(S-GW)540、宏演进型NodeB(“MeNB”)520 和源演进型NodeB(“SeNB”)530。在示例性配置501-504中，宏小区和小 型小区将PDU传输至UE510。

图5A-5D中所示的配置501-504之间的差异在于被实施到小型小区 530中的各个层的数量和类型。因此，本文所述的示例性系统和方法可适用 于图5A-5D中所示的每个架构以实现双连通性方案。节点MeNB520和节 点SeNB530中的每一者可包括多个层，诸如物理层(PHY521/531)、媒体访 问控制层(MAC522/532)、无线电链路控制层(RLC523/533)和分组数据汇聚 协议层(PDCP524/534)。此外，如果MAC/RLC实体未在同一小区上实现， 则eNB中的每个eNB可使用X2链路以用于进行协调。

图5A示出了配置501，其中SeNB530仅包括物理层531。在这种情 况下，MeNB520的MAC层522将控制分组分别往返传送于MeNB520和 SeNB530的物理层521和531。即，MeNB520的MAC层522将接收来自 MeNB520的上级层(例如，RLC层523和PDCP524)的分组、选择与 MeNB520的物理层521或SeNB530的物理层531对应的载波、以及将 PDU转发至适当的物理层521/531。对载波的选择以与如上参考图3所述同 样的方式来完成。

图5B示出了在SeNB530包括物理层531和MAC层532两者时的配 置502。在该配置502中，MeNB520的PDCP层524和RLC层523可生成 PDU以用于传输。然而，MeNB520的MAC层522和SeNB530的MAC 层532两者可查询RLC层523以找到PDU以用于传输。由于MAC层 522/523两者可查询RLC层523，因此可利用MeNB520和SeNB530之间 的X2接口链路来协调对RLC层523的查询。同样，MAC层522/532中的 每个MAC层可根据图3中所述的示例性方法300来选择适当的载波以用于 从RLC层523所接收的这些PDU。

图5C示出了配置503，其中SeNB530包括物理层531、MAC层532 和RLC层533。在这种情况下，任一RLC层523/533可接收来自MeNB 520的PDCP层524的PDU。类似于图5B的配置502，由于MAC层和 RLC层分布在MeNB520和SeNB530之间，因此需要使用X2接口链路来 协调如何将PDCP层524PDU发送至不同的RLC层523/533。

图5D示出了配置504，其中SeNB530包括物理层531、MAC层532 和RLC层533和PDCP层534。在这种情况下，任一PDCP层524/534可接 收来自上级层的PDU以用于传输。类似于图5C的配置503，由于MAC 层、RLC层和PDCP层分布在MeNB520和SeNB530之间，因此需要使用 X2接口链路来协调如何将上级层PDU发送至不同的PDCP层524/534。

图6示出了用于在增强型基站(例如，eNodeB)和设备(例如，UE)的数 据流内提供用于创建若干个子流的示例性系统600。需注意，示例性系统 600可在UE和eNodeB两者内实现。如图6所示，多个子流程可包括信息 诸如优先级设置(例如，高、中、低)、延迟预算(例如，从QoS类标识符 (“QCI”)表得出)和占用时间等，其中初始占用时间可被设定为等于与流程 相关联的延迟预算。因此，可根据分组在缓冲区中所存储的时间长度来缩 减占用时间。

示例性系统600可包括流分类器610、标记/子流分类器620、经修改 的MAC层630和物理层640。IP分组可在流分类器610处被接收到并且穿 过3GPP逻辑信道到达标记/子流分类器620。在标记/子流分类器620处， eNodeB可标记DL分组并且UE可标记UL分组。标记可基于为每个分组 所指定的经分类的优先级。例如，UE和eNodeB可利用一组规则以用于将 DL/UL分组分类成各种优先级组。高优先级类别可包括分组诸如重新传输 的RLCPDU、RLC状态更新、ROHC反馈等。中优先级类别可包括分组诸 如包含TCP-ACK的用户数据、RTCP反馈、视频I帧等。低优先级类别可 包括分组诸如包含新数据的用户数据。

在标记之后，IP分组可穿过经标记逻辑信道到达经修改的MAC层 630，以用于将MACPDU映射到物理层640处的各个载波。MAC层630 可利用每个数据流的延迟预算来将多个分组汇集成一个MACPDU。此 外，当分组的占用时间达到对调度可用的延迟预算时，发送分组的紧迫性 可提高。

如果分组的占用时间达到第一预先确定的阈值(例如，延迟预算的 25％)，则MAC层630可开始发送MAC帧，其中重新传输的RLCPDU经 由具有更好信道质量的载波。如果分组的占用时间达到进一步的阈值(例 如，延迟预算的50％)，则MAC层630可经由具有更好信道质量的载波开 始发送MAC帧，并且经由其他载波来发送冗余帧。eNodeBMAC可在两个 载波上方发送相同的PDU，以便UE将所发送的信息结合。MAC层630可 基于由3GPP规范所定义的信道质量度量来识别载波质量。此外，当分组延 迟超过延迟预算时，MAC层630可丢弃该分组。在未以及时的方式收到分 组的情况下，期望接收器也可丢弃分组。

对本领域的技术人员而言将显而易见的是，可在不脱离本发明的实质 或范围的前提下对本发明进行各种修改。因此，本发明旨在涵盖本发明的 修改形式和变型形式，前提是这些修改形式和变型形式在所附权利要求及 其等同形式的范围内。