ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРОТОКОЛА ГИБРИДНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАПРОСА НА ПОВТОРНУЮ ПЕРЕДАЧУ ДАННЫХ
INCREASING RELIABILITY OF HYBRID AUTOMATIC REPEAT REQUEST PROTOCOL

Настоящая заявка на изобретение претендует на приоритет согласно предварительной заявке на патент США 61/053237, зарегистрированной 15 мая 2008 г., включенной в данный документ посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В целом настоящее изобретение имеет отношение к протоколам передачи данных для передачи данных по совместно используемому нисходящему каналу связи, и, в частности, к способу и аппаратуре для увеличения надежности протоколов гибридного автоматического запроса на повторную передачу данных.
Физический нисходящий совместно используемый канал связи (PDSCH) в стандарте "Долгосрочное развитие сетей связи" (LTE) представляет собой частотно-временной мультиплексный канал, используемый совместно множеством пользовательских терминалов. Пользовательские терминалы периодически посылают на базовую станцию сообщения об индикации качества канала (CQI). В сообщениях CQI указываются мгновенные значения параметров канала, фиксируемые приемниками пользовательских терминалов. В течение каждого интервала подфрейма длительностью 1 мс, обычно рассматриваемого как интервал времени передачи (TTI), модуль планировщика базовой станции устанавливает очередность обслуживания одного или более пользовательских терминалов для получения данных о состоянии PDSCH и определяет формат передачи данных по нисходящему каналу связи. Идентичность пользовательских терминалов для получения данных в заданном временном интервале устанавливается очередностью обслуживания, а формат передачи данных передается на пользовательские терминалы по физическому каналу управления нисходящей линии связи (PDCCH).
Гибридный автоматический запрос на повторную передачу данных (HARQ) используется для снижения уровня ошибок, которые происходят при передаче данных по каналу PDSCH. Когда базовая станция указывает, что подошла очередь терминала пользователя принять информацию по каналу PDSCH, то терминалу пользователя необходимо декодировать PDSCH и передать на базовую станцию положительное, либо отрицательное квитирование (ACK/NACK). ACK/NACK сообщает базовой станции, был ли пакет данных правильно получен пользовательским терминалом. Если пакет данных получен пользовательским терминалом правильно, то базовая станция может продолжить передачу новых пакетов данных. В том случае, если прием пакета данных осуществлен терминалом пользователя неправильно, то базовая станция может либо повторить передачу данных, либо послать дополнительные данные для обеспечения избыточности, чтобы осуществить декодирование ранее переданного пакета данных.
Терминал пользователя может послать ACK/NACK на базовую станцию, используя один из двух возможных подходов, в зависимости от того запланирован ли пользовательский терминал на передачу данных по физическому каналу связи абонента с базовой станцией, используемом в совместном режиме (PUSCH). Если терминал пользователя не запланирован на передачу по PUSCH при посылке ACK/NACK, то терминал пользователя передает ACK/NACK по физическому каналу управления связью абонента с базовой станцией (PUCCH). Если же терминал пользователя запланирован на передачу данных по PUSCH, то терминал пользователя использует часть распределенных ресурсов для того, чтобы передать ACK/NACK по PUSCH.
Терминал пользователя посылает обратную связь по ACK/NACK на базовую станцию только в том случае, когда он запланирован на прием данных по совместно используемому каналу нисходящей линии связи. Вследствие особенностей канала радиосвязи возможно, что терминал пользователя может оказаться не в состоянии декодировать сообщение об установлении очередности обслуживания, переданное по PDCCH. Если терминал пользователя окажется не в состоянии декодировать сообщение об установлении очередности обслуживания, переданное по PDCCH, то базовая станция получит пользовательские данные по PUSCH, где она ожидает получать обратную связь по ACK/NACK. В данной ситуации имеется некоторая вероятность того, что возможна ошибочная интерпретация базовой станцией пользовательских данных, переданных по PUSCH, такая как положительное квитирование (ACK), в то время как терминал пользователя никакого квитирования не посылал. Данный сценарий является сценарием ложного ACK. В случае "ложного АСК" базовая станция будет считать, что терминал пользователя успешно получил переданный пакет, и будет передавать новые данные до следующего раза, когда терминалу пользователя будет назначена очередность обслуживания по нисходящему каналу. Таким образом, терминалу пользователя придется полагаться на протоколы повторной передачи более высокого уровня (например, уровня RRC), чтобы запросить потерянные данные, что может привести к длительным задержкам.
Возможны также пропуски ACK, хотя это и менее критично. Пропуск ACK происходит в том случае, когда терминал пользователя передает ACK, которое базовая станция не в состоянии обнаружить. В случае пропуска ACK нерационально расходуются системные ресурсы базовой станции, поскольку происходит повторная передача данных на пользовательский терминал, которые им уже получены. Предыдущие попытки решения проблемы "ложных ACK" были направлены на повышение надежности обратной связи по ACK/NACK, во избежание ошибочного распознавания базовой станцией пользовательских данных, переданных по каналу PUSCH, в качестве ACK. Одно из решений заключается в увеличении количества повторений бита ACK/NACK. В общем случае, увеличение количества повторений уменьшает вероятность ложного ACK, в том случае, когда не было передачи информации об обратной связи ACK/NACK. Однако количество повторений, необходимых для уменьшения вероятности появления ложного ACK до приемлемого уровня, значительно уменьшило бы располагаемые ресурсы канала PUSCH, используемые для пользовательских данных, снижая тем самым пропускную способность. Данное решение также не решает проблему пропущенных ACK.
,
Другим подходом для сокращения количества ложных ACK является назначение зарезервированного бита в канале восходящей линии связи при установлении очередности обслуживания для того, чтобы сообщить терминалу пользователя, необходимо ли резервировать ресурсы в канале PUSCH для обеспечения обратной линии связи по ACK/NACK. Более подробно: базовая станция может установить значение зарезервированного бита, равное "1" при установлении ею очередности обслуживания пользовательского терминала, и ожидает сигнала обратной линии связи ACK/NACK по каналу PUSCH для того, чтобы дать команду пользовательскому терминалу на резервирование ресурсов канала PUSCH для обратной линии связи по ACK/NACK. Если пользовательский терминал не в состоянии декодировать PDCCH, то он передает сигнал NACK посредством зарезервированных ресурсов. Однако данный способ резервирования неприменим при всех условиях, поскольку он предполагает факт установления сеанса восходящей линии связи по каналу PUSCH. Следовательно, это неприменимо, когда пользовательский терминал выполняет неадаптивную повторную передачу данных, либо когда пользовательский терминал осуществляет передачу по полупостоянным каналам PUSCH; согласно прогнозам, оба этих метода будут распространены в оконечной аппаратуре линий связи (LTE). Данное решение также не решает проблему пропущенных ACK.
Другой подход к решению проблемы ложных ACK состоит в маскировке бит циклического контроля избыточности (CRC) PUSCH, передаваемых пользовательским терминалом, идентификационным номером пользователя терминала в случае, если пользовательский терминал осуществляет передачу обратной линии связи по ACK/NACK по каналу PUSCH. Данный подход может конфликтовать с нормальными процессами гибридных автоматических запросов на повторную передачу данных (HARQ) и потому может оказаться трудно осуществимым. Во-первых, когда пользовательский терминал осуществляет повторную передачу предшествующего блока данных, биты циклического контроля избыточности (CRC PUSCH) не могут быть изменены. Коэффициент блочных ошибок (BLER) канала PUSCH, который обычно находится в диапазоне 10-40%, намного выше коэффициента ошибок, обусловленных ACK/NACK. Следовательно, даже если пользовательский терминал действительно маскирует циклический контроль избыточности идентификационным номером пользователя терминала, то, скорее всего, базовая станция обнаружит, что как маскированные, так и немаскированные биты CRC окажутся некорректными, вследствие ошибки всего блока канала PUSCH в целом. Следовательно, базовая станция по-прежнему все еще остается перед той же самой проблемой неопределенности, как и в случае базового решения. Во-вторых, сигнал обратной линии связи по ACK/NACK от предыдущего PDSCH не может быть неизвестным, пока PUSCH декодирован. Это приводит к дополнительной задержке во времени выполнения цикла HARQ. В результате этого становится необходимым либо увеличить количество процессов HARQ, либо ревизовать все оборудование базовой станции.
Соответственно, остается потребность разработки нового подхода, с целью уменьшения вероятности обнаружения ложного ACK, когда никакого сигнала ACK/NACK не передается терминалом пользователя.
СУЩНОСТЬ
Настоящее изобретение относится к процессу HARQ в сети мобильной связи, при котором данные передаются на пользовательские терминалы по совместно используемому каналу нисходящей линии связи, а обратная связь по ACK/NACK может передаваться как по первому, так и по второму каналу восходящей линии связи. Настоящее изобретение решает проблему ложного обнаружения ACK при отсутствии посылки сигнала обратной линии связи по ACK/NACK путем изменения надежности информации планирования, передаваемой на пользовательский терминал по каналу управления нисходящей линии связи (например PDCCH), когда пользовательский терминал настроен на прием пакетов данных, в зависимости от того, будет ли использоваться первый канал восходящей линии связи (например, PUCCH) или второй канал восходящей связи (например, PUSCH) для обратной связи по ACK/NACK. В типовой реализации будут разработаны параметры сигнализации для первых и вторых каналов восходящей линии связи таким образом, чтобы у первого канала восходящей линии связи были обеспечены повышенная надежность и более низкий коэффициент ошибок. Когда планируется, что пользовательский терминал будет использовать первый канал для посылки сигнала обратной связи по ACK/NACK, базовая станция может передавать информацию о формировании очередности на пользовательский терминал по каналу управления нисходящей линии связи с нормальной надежностью. Когда планируется, что пользовательский терминал будет использовать второй канал для посылки сигнала обратной связи по ACK/NACK, базовая станция сможет передавать информацию по каналу управления нисходящей линии связи с повышенной надежностью. Степень достоверности информации о сигнализации может быть увеличена, например, путем увеличения мощности передачи по каналу управления нисходящей линии связи, увеличения уровня агрегации, или путем комбинации данных способов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 иллюстрирует типовую сеть мобильной связи. Фиг.2 иллюстрирует типовую процедуру передачи информации планирования на терминал пользователя, который настроен на получение данных по совместно используемому каналу нисходящей линии связи. Фиг.3 иллюстрирует типовую базовую станцию сети мобильной связи, сконфигурированной таким образом, чтобы пользовательский терминал принимал данные по совместно используемому каналу нисходящей линии связи и передавал информацию планирования на терминал пользователя по каналу управления нисходящей линии связи.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Обратимся теперь к чертежам, на Фиг.1 показан пользовательский терминал 100 в сети мобильной связи 10. Пользовательский терминал 100 может включать в себя, например, мобильный телефон, персональный цифровой органайзер, интеллектуальный телефон, ноутбук, карманный компьютер, или иное устройство с возможностью связи по радиоканалу. Пользовательский терминал 100 обменивается информацией с базовой станцией 20 в ячейке сотовой связи или секторе 12 сети мобильной связи 10. Пользовательский терминал 100 принимает сигналы от базовой станции 20 по одному или более нисходящим (DL) каналам связи и передает сигналы на базовую станцию 20 по одному или более восходящим (UL) каналам связи.
В иллюстративных целях типовое воплощение настоящего изобретения будет описано в контексте стандарта долгосрочного развития сетей связи (LTE). Квалифицированные специалисты, однако, смогут оценить и более широкую применимость настоящего изобретения к другим системам радиосвязи, включая системы широкополосного множественного доступа с кодовым разделением (WCDMA) и глобальной совместимости для микроволнового доступа (WiMAX (IEEE 802.16)).
В системах стандарта LTE данные передаются на пользовательские терминалы 100 по нисходящему каналу связи, известному как физический совместно используемый канал нисходящей линии связи (PDSCH). PDSCH представляет собой время- и частотно-мультиплексированный канал, используемый совместно множеством пользовательских терминалов 100. Во время каждого интервала подфрейма длительностью 1 мс, обычно называемого интервалом времени передачи (TTI), планировщик базовой станции 20 устанавливает очередность обслуживания одного или более пользовательских терминалов 100 для того, чтобы принять данные по каналу PDSCH. В определенном порядке пользовательские терминалы 100 принимают данные в указанном TTI; эти терминалы выбраны по сообщениям об индикации качества канала (CQI), поступающим от пользовательских терминалов 100. Сообщения CQI указывают мгновенные значения параметров канала, зафиксированные приемниками в пользовательских терминалах 100. Сообщения CQI от пользовательских терминалов 100 также используются в базовой станции 20 для выбора формата передачи для передач по каналу нисходящей линии связи. Формат передачи включает в себя, например, размер транспортного блока, модуляцию и кодирование, которые выбираются по критерию заданного уровня ошибок.
Формат передачи и опознавание пользовательских терминалов 100, которым предстоит принимать данные в указанном интервале времени, передаются на пользовательские терминалы 100 по нисходящему каналу связи в сообщении планирования посредством канала управления нисходящей линии связи, который описан в стандартах LTE как физический канал управления нисходящей линии связи (PDCCH). PDCCH представляет собой канал управления, используемый для передачи управляющей информации нисходящей линии связи (DCI), такой как информация о нисходящем канале, транспортных форматах, информация о HARQ и о размере транспортного блока. Каждому пользовательскому терминалу 100 назначают 16-разрядный временный идентификатор радиосети (RNTI) или временный идентификатор соты радиосети (C-RNTI), который используется для идентификации пользовательского терминала 100. Когда базовая станция 20 обслуживает пользовательский терминал 100, она вставляет идентификатор RNTI в сообщение планирования, адресованное пользовательскому терминалу 100 и передаваемое по каналу PDCCH нисходящей линии связи для того, чтобы уведомить пользовательский терминал 100, что подошла его очередь принимать данные по каналу PDSCH. Когда пользовательский терминал 100 получает сообщение планирования, которое содержит его RNTI, пользовательский терминал 100 декодирует соответствующие переданные по каналу PDSCH данные, используя транспортный формат, указанный в сообщении, переданном по нисходящей линии связи.
Гибридный автоматический запрос на повторную передачу данных (HARQ) используется для устранения ошибок, которые происходят при передаче данных по каналу PDSCH. Когда базовая станция 20 указывает, что подошла очередь пользовательского терминала 100 на прием данных по каналу PDSCH, пользовательский терминал 100 декодирует PDSCH и передает сообщение квитирования на базовую станцию 20. По значению ACK/NACK базовая станция 20 определяет, правильно ли был принят пакет данных пользовательским терминалом 100. Сообщение квитирования может быть либо положительным квитированием (ACK), указывающим на успешное декодирование, либо отрицательным квитированием (NACK), указывающим на ошибку декодирования. Основываясь на сообщении квитирования, полученном от пользовательского терминала 100, базовая станция 20 решает, передавать ли новые данные (принято ACK) или повторно передать предшествующие данные (принято NACK). Квалифицированные специалисты смогут оценить тот факт, что повторная передача данных может включать в себя дополнительные биты (возрастающая избыточность), не содержавшиеся в исходной передаче.
Пользовательский терминал 100 может передать ACK/NACK на базовую станцию 20, используя один из двух возможных подходов, в зависимости от того, возможна ли для пользовательского терминала 100 передача по физическому совместно используемому каналу восходящей линии связи (PUSCH). Если не предусмотрено, чтобы пользовательский терминал 100 передавал данные по PUSCH при посылке ACK/NACK, то пользовательский терминал 100 передает ACK/NACK по физическому каналу управления восходящей линии связи (PUCCH). Если же предусмотрена передача данных пользовательским терминалом 100 по каналу PUSCH, то пользовательский терминал 100 использует часть распределенных ресурсов для передачи ACK/NACK по каналу PUSCH.
Пользовательский терминал 100 посылает сигнал обратной связи по ACK/NACK на базовую станцию 20 только тогда, когда подходит его очередь принимать данные по совместно используемому каналу нисходящей линии связи. Вследствие особенностей канала радиосвязи возможна ситуация, что терминал пользователя может оказаться не в состоянии декодировать сообщение об установлении очередности обслуживания, переданное по PDCCH. Если терминал пользователя 100 окажется не в состоянии декодировать сообщение планирования, переданное по PDCCH, то базовая станция 20 примет данные пользователя по каналу PUSCH, когда она ожидает принять сигнал обратной связи по ACK/NACK. В данной ситуации имеется некоторая вероятность ошибочной интерпретации базовой станцией пользовательских данных, переданных по каналу PUSCH, такая как положительное квитирование (ACK), в то время как терминал пользователя 100 никакого квитирования не посылал. Данный сценарий является сценарием ложного ACK. В случае "ложного АСК" базовая станция будет считать, что терминал пользователя 100 успешно получил переданный пакет, и будет передавать новые данные до следующего раза, когда терминалу пользователя 100 будет назначена очередность обслуживания по каналу нисходящей линии связи. Таким образом, терминалу пользователя 100 придется полагаться на протоколы повторной передачи более высокого уровня (например, уровня RRC), чтобы запросить потерянные данные, что может привести к длительным задержкам.
-4
Предшествующие попытки решить проблему "ложных ACK" сводились к увеличению надежности обратной связи по ACK/NACK для того, чтобы предотвратить ошибочную интерпретацию базовой станцией 20 пользовательских данных, переданных по каналу PUSCH в качестве ACK. Различные реализации настоящего изобретения используют альтернативный подход для решения проблемы ложного обнаружения ACK, когда пользовательский терминал 100 передает пользовательские данные по каналу PUSCH. В частности, при реализации настоящего изобретения изменяется надежность информации планирования, переданной на пользовательский терминал 100 по каналу PDCCH в зависимости от того, будет ли использоваться канал PUCCH или канал PUSCH для обратной связи по ACK/NACK. Когда планируется, что пользовательский терминал 100 будет использовать канал PUCCH для посылки сигнала обратной связи по ACK/NACK, базовая станция 20 может передавать информацию планирования на пользовательский терминал 100 по каналу PDCCH с нормальной надежностью. Например, базовая станция 20 может управлять параметрами сигнализации, используемыми для передачи информации планирования по каналу PDCCH для того, чтобы достичь значения коэффициента ошибок приблизительно 1%. Когда сигнал обратной связи ACK/NACK послан по каналу PUCCH, достигается достаточный выигрыш от обработки сигнала посредством повторения, распространения и кодирования для того, чтобы уменьшить вероятность обнаруживаемого ACK до уровня порядка 1%, когда нет передачи никакой обратной связи по ACK/NACK. Таким образом, вероятность обнаружения ложного квитирования базовой станцией 20, когда наступает очередь обслуживания пользовательского терминала 100, составляет величину порядка 10 в случае, когда передача по каналу PDCCH осуществляется с нормальной надежностью, а обратная связь по ACK/NACK передается по каналу PUCCH.
-4
Когда планируется, чтобы пользовательский терминал 100 передавал сигнал обратной связи по ACK/NACK по каналу PUSCH, базовая станция 20 может передавать сигнальную информацию на пользовательский терминал 100 по каналу PDCCH при повышенной надежности. Степень достоверности информации о сигнализации может быть увеличена, например, путем увеличения мощности передачи по каналу PDCCH, увеличения уровня агрегации, либо путем комбинации данных способов. В качестве примера базовая станция 20 может управлять параметрами сигнализации канала PDCCH, для того, чтобы достигнуть величины коэффициента ошибок порядка 0,1%, когда требуется повышенная надежность. Кроме того, можно управлять параметрами сигнализации для того, чтобы передать сигнал обратной связи ACK/NACK по каналу PUSCH, чтобы достигнуть величины коэффициента ошибок приблизительно 10%. Таким образом, вероятность обнаружения ложного ACK составляет величину 10 в том случае, когда базовая станция 20 передает информацию по каналу PDCCH с повышенной надежностью, а пользовательский терминал 100 передает сигнал ACK/NACK по каналу PUSCH.
Термины «нормальная надежность» и «повышенная надежность», используемые здесь, не обозначают конкретный уровень надежности, а используются лишь в качестве относительных понятий. Нормальная надежность указывает базовый уровень надежности, который может быть любым желательным уровнем надежности. Термин «повышенная надежность» обозначает уровень надежности более высокий, чем базовый (нормальный) уровень. Аналогичным образом, термины «низкая надежность» и «высокая надежность» трактуются как относительные понятия.
Фиг. 2 иллюстрирует типовую процедуру 200, осуществляемую базовой станцией 20 для передачи управляющей информации, связанной с блоком данных, на пользовательский терминал 100 по совместно используемому каналу нисходящей линии связи. Процедура 200 выполняется как часть процедуры планирования, когда наступает очередь пользовательского терминала 100 принять передачу данных по каналу нисходящей линии связи. Когда наступает очередь пользовательского терминала 100 принять передачу данных по каналу нисходящей линии связи, планировщик базовой станции 20 определяет, какой канал будет использоваться пользовательским терминалом 100 для того, чтобы послать сигнал обратной связи ACK/NACK, относящийся к пакетам данных, передаваемым по совместно используемому каналу нисходящей линии связи (блок 202). В случае систем стандарта LTE, как отмечено выше, пользовательский терминал 100 может использовать либо канал PUCCH, либо канал PUSCH для передачи сигнала обратной связи по ACK/NACK. В типовом воплощении, разработанном для использования в системе стандарта LTE, сигнал обратной связи по ACK/NACK, переданный по каналу PUCCH, обладает более высокой надежностью, чем сигнал обратной связи по ACK/NACK, переданный по каналу PUSCH. Если планировщик базовой станции 20 предполагает, что пользовательский терминал 100 будет использовать канал с более высокой надежностью (например PUCCH) для того, чтобы передать сигнал обратной связи по ACK/NACK, то базовая станция 20 передает информацию планирования по каналу управления нисходящей линии связи с нормальной надежностью (блок 204). С другой стороны, если базовая станция 20 предполагает, что пользовательский терминал 100 будет использовать канал с низкой надежностью (например PUSCH) для того, чтобы передать сигнал обратной связи по ACK/NACK, то базовая станция 20 передает управляющую информацию с повышенной надежностью (блок 206). Увеличение надежности управляющей информации, передаваемой по каналу PDCCH, увеличивает вероятность того, что пользовательский терминал 100 осуществит успешное декодирование PDCCH и, соответственно, уменьшит вероятность потери информации планирования, передаваемой ему по каналу PDCCH.
На Фиг.3 показана типовая базовая станция 20 согласно одной из реализаций настоящего изобретения. Базовая станция 20 включает в себя приемопередатчик 24, подсоединенный к антенне 22, и процессор основной полосы частот 26, который включает в себя планировщик 28 и контроллер HARQ 30. Приемопередатчик 24 включает в себя стандартный сотовый приемопередатчик, работающий по любому из стандартов, такому как LTE, WCDMA и WiMax. Процессор основной полосы частот 26 осуществляет обработку сигналов, передаваемых и принимаемых базовой станцией 20. Типичные функции по обработке сигналов, выполняемые процессором основной полосы частот 26, включают в себя модуляцию/демодуляцию, кодирование/декодирование каналов, уплотнение/разуплотнение и т.д. Процессор основной полосы частот 26 может состоять из одного или более процессоров, микроконтроллеров, модулей аппаратного обеспечения, или их комбинации. Команды, выполняемые процессором основной полосы частот 26, могут быть сохранены на компьютере посредством таких устройств, как твердотельная память (например, ПЗУ, Флэш-память, и т.д.). Процессор основной полосы частот 26 включает в себя планировщик 28 для формирования очередности обслуживания пользовательских терминалов 100 по совместно используемым каналам восходящей и нисходящей линий связи, и контроллер HARQ 30 для реализации протоколов HARQ, как описано выше.
Настоящее изобретение, безусловно, может быть реализовано иными способами, чем те, которые описаны здесь, не отступая при этом от существенных особенностей изобретения. Существующие реализации во всех отношениях следует считать в качестве иллюстративных и неограничительных, и все изменения, осуществляемые в пределах приложенной формулы изобретения, охватываются ими.