ПЕРЕДАЧА СООБЩЕНИЙ ACK/NACK В ОДНОЧАСТОТНОЙ СЕТИ
TRANSMITTING ACK/NACK MESSAGES IN SINGLE FREQUENCY NETWORK

Область техники
Настоящее изобретение относится к одночастотным сетям, в которых устройство пользователя принимает данные, одновременно передаваемые множеством базовых станций с использованием одних и тех же радиоресурсов.
Уровень техники
Множество базовых станций образует одночастотную сеть, поэтому с точки зрения мобильных устройств оно представляет собой одну единую соту. Кроме того, базовые станции могут добавляться в группу базовых станций или исключаться из группы базовых станций, которые в текущий момент времени передают данные конкретному мобильному устройству пользователя (UE, User Equipment) с учетом перемещения этого устройства UE, чтобы обеспечить покрытие зоны, куда предполагается его дальнейшее перемещение. В отношении передачи конкретному устройству UE некоторые соты включаются, а некоторые выключаются в соответствии с перемещением этого устройства UE. В отсутствие необходимости передачи какому-либо устройству UE базовая станция может быть полностью выключена (обесточена, переведена режим ожидания).
В контексте настоящего изобретения термин «сеть SFN» может означать как группу синхронно работающих базовых станций, обычно покрывающую более широкую область, так и подгруппу базовых станций из этой большой группы (т.н. кластер сети SFN). Для исключения помех между соседними SFN-кластерами ресурсы, используемые в соответствующих SFN-кластерах, могут быть ортогональными друг другу.
Настоящее изобретение относится к обеспечению т.н. обратного контроля ошибок для соединений с несколькими базовыми станциями в направлении восходящего канала (UL, UpLink) (от мобильного устройства к базовым станциям) путем применения автоматических запросов на повторную передачу (ARQ, Automatic Repeat Request) в восходящем канале. Повторная передача неуспешно принятых пакетов запрашивается на основе информации обратной связи. После приема каждого пакета принимающая базовая станция отправляет подтверждение (положительное путем передачи сообщения ACK (ACKnowledgement) или отрицательное путем передачи сообщения NACK (Negative ACKnowledgement)).
Применение запросов ARQ и передача сообщений ACK и NACK хорошо известны. Примеры описаны в документах US 20140348077 A1, ЕР 2083530 А2, WO 201498483 и WO 2010084901.
В документе ЕР 1223703 А1 предложен способ отправки сообщений ACK/NACK в системе широковещательной/многоадресной передачи, в которой несколько приемников отправляют передатчику информацию обратной связи о качестве приема в одних и тех же ресурсах (время, частота и коды), при этом отправители обратной связи определяются по кодам или с использованием специальных многоантенных технологий. Определение источников может не требоваться во всех вариантах реализации такого способа, но обратная связь с преднамеренным наложением не описана.
Известные способы отправки обратной связи несколькими передатчиками одному приемнику не поддерживают возможности представления сообщений ACK или NACK, одновременно передаваемых различными передатчиками, в виде одного сообщения ACK или NACK, а также не обеспечивают повышения качества приема в приемнике в случае одновременной передачи сообщений ACK (или NACK) различными передатчиками и поэтому не реализуют доставку информации обратной связи от нескольких базовых станций одному устройству UE.
Описанные выше функциональные возможности требуются вследствие особенностей используемого в системах связи 3G и 4G гибридного автоматического запроса на повторную передачу (HARQ, Hybrid Automatic Repeat reQuest). Для этого механизма требуется своевременное поступление в передатчик информации обратной связи от приемника, чтобы предотвратить прекращение передачи. Приемникам (базовым станциям) недостаточно времени для взаимного согласования и отправки единого сообщения обратной связи (ACK или NACK). Поэтому сообщение обратной связи должно формироваться непосредственно каждой базовой станцией, но различие в качестве приема приводит к различию обратной связи (ACK или NACK).
В документе US 20050180328 A1 описан алгоритм отправки сообщений ACK/NACK несколькими базовыми станциями. Часть этого алгоритма указывает на то, что устройство UE определяет состояние ACK/NACK для каждой базовой станции, при этом сообщения от разных базовых станций, для которых используются различные радиоресурсы, могут быть декодированы раздельно. В документе US 20030152031 описана подобная система, где устройство UE способно определять количество принятых сообщений ACK и NACK, при этом разные базовые станции осуществляют передачу с использованием различных ресурсов. В системе на основе широкополосного множественного доступа с кодовым разделением каналов (WCDMA Wideband Code-Division Multiple Access) предполагается, что каждая базовая станция передает сообщения с использованием индивидуального кода скремблирования.
В документе ЕР 1638362 А2 также описана система, в которой несколько базовых станций могут отправлять сообщения ACK или NACK. Как и в предыдущих документах, все базовые станции используют различные радиоресурсы для своих сообщений ACK/NACK, которые, таким образом, можно декодировать раздельно. В документе US 20120026935 А1 описана отправка сообщений ACK/NACK в системе LTE с транзитным узлом. Для передачи из транзитного узла выделен специальный канал, чтобы станция eNB и транзитный узел использовали различные радиоресурсы.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении реализован способ обеспечения устройству пользователя обратной связи от множества базовых станций одночастотной сети для указания того, успешно ли приняты переданные данные, при этом каждая базовая станция в случае успешного приема переданных данных отправляет положительное подтверждение с использованием первого ресурса для обратной связи, а в случае неуспешного приема переданных данных отправляет отрицательное подтверждение с использованием второго ресурса для обратной связи, при этом первый и второй ресурсы для обратной связи взаимно ортогональны и являются общими для этого множества базовых станций.
Согласно другому аспекту изобретения реализовано устройство пользователя, выполненное с возможностью работы в одночастотной сети и способное передавать данные базовым станциям в одночастотной сети и одновременно принимать от базовых станций сообщения обратной связи, указывающие на то, успешно ли приняты данные, при этом устройство пользователя может одновременно принимать сообщения обратной связи и с положительным, и с отрицательным подтверждением. Положительные сообщения обратной связи отправляются с использованием первого общего радиоресурса, а сообщения с отрицательным подтверждением отправляются с использованием второго общего радиоресурса, ортогонального первому радиоресурсу, при этом устройство способно анализировать принятые сообщения обратной связи на наличие положительного подтверждения успешного приема и, если такое сообщение обратной связи с положительным подтверждением не принято, анализировать принятые сообщения обратной связи, чтобы определить, принято ли отрицательное подтверждение приема.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Устройство UE способно принимать сообщения ACK или NACK от нескольких базовых станций, связанных с последней передачей устройства UE по восходящему каналу, при этом все сообщения ACK и все сообщения NACK принимаются как один сигнал с наложением, обеспечивая повышение качества приема.
Сообщения ACK, одновременно отправляемые различными передатчиками, выглядят как одно сообщение ACK вследствие синхронного способа передачи, при этом также идентифицируются и отправленные сообщения NACK. Это обеспечивает преимущество, позволяя экономить ресурсы благодаря многократному (параллельному) использованию идентичных ресурсов.
Сообщения ACK, одновременно оправляемые различными передатчиками, позволяют улучшать качество приема в приемнике также благодаря синхронной передаче. Это обеспечивает преимущество, позволяя повышать надежность передачи.
Можно избежать «пустых» передач, т.е. ситуации нулевой мощности передачи в ресурсе для ACK, когда некоторая базовая станция отправляет сообщение NACK. Это обеспечивает преимущество, позволяя уменьшать отношение пиковой и средней мощностей (PAR, Peak-to-Average-Ratio) передаваемого сигнала и использовать более дешевые усилители мощности. Это достигается следующим образом.
Когда для отправки сообщений NACK и ACK определены различные частотно-временные ресурсы, для передачи пустого значения может использоваться специальный код. Этот специальный код передается в ресурсе, зарезервированном для неиспользуемой команды (например, в ресурсе для NACK, если отправляется сообщение ACK).
В одном частотно-временном ресурсе могут использоваться различные коды для сообщений ACK и NACK. Поскольку каждая базовая станция отправляет либо сообщение ACK, либо сообщение NACK, это позволяет избежать «пустой» передачи.
Краткое описание чертежей
Далее лишь в качестве примеров описаны варианты осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг. 1 представлена схема одночастотной сети.
На фиг. 2 представлены ресурсы подтверждения для трех возможных способов мультиплексирования.
На фиг. 3 представлена блок-схема последовательности сообщений.
Осуществление изобретения
n
n+1
n+2
В представленном на фиг. 1 первом варианте осуществления изобретения три базовых станции BS, BS и BS способны выполнять функции одночастотной сети для устройства UE, т.е. базовые станции одновременно предают данные устройству UE и одновременно принимают данные от устройства UE. Для устройства UE перекрывающиеся сигналы с базовых станций, по сути, выглядят как поступающие от одной единой соты.
В восходящем канале применяется процедура ARQ. Каждая задействованная базовая станция отправляет передающему устройству UE индивидуальную обратную связь для пакетов, принятых в восходящем канале.
Цель изобретения заключается в надежном обнаружении одного отправленного сообщения ACK, даже если одновременно с ним отправляются несколько сообщений NACK. Это важно для предотвращения ненужных повторных передач. Также предпочтительно обеспечить надежное обнаружение ситуации, когда для конкретного переданного пакета не было отправлено ни одного сообщения ACK. Это важно для того, чтобы не пропустить необходимость повторной передачи пакета.
Процедура ARQ обеспечивает выполнение этих требований следующим образом.
Первый ресурс для подтверждения (ресурс для ACK) используется всеми базовыми станциями для отправки сообщения ACK, а второй ресурс (ресурс для NACK), ортогональный ресурсу для ACK, используется для отправки сообщений NACK. В результате сообщения ACK и NACK, оправляемые различными базовыми станциями, не создают взаимных помех. Кроме того, синхронная параллельная отправка нескольких сообщений ACK или NACK соответствующими несколькими базовыми станциями повышает качество приема. Ресурс представляет собой сочетание некоторого частотного диапазона, временного интервала и кода.
На фиг. 2 представлены возможные ортогональные ресурсы для обратной связи при трех различных способах мультиплексирования: частотном мультиплексировании, временном мультиплексировании и кодовом мультиплексировании.
В случае частотного мультиплексирования для сообщений ACK и NACK используются различные частоты (или поднесущие), а используемые код и временной интервал могут быть идентичными. Чтобы избежать «пустой» передачи, код пустого значения, ортогональный коду, используемому для сообщения ACK/NACK, передается в неиспользуемом ресурсе.
В случае временного мультиплексирования для сообщений ACK и NACK используются различные временные интервалы, а используемые код и поднесущая могут быть идентичными. Чтобы избежать «пустой» передачи, код пустого значения передается в неиспользуемом ресурсе.
В случае кодового мультиплексирования для сообщений ACK и NACK используются различные коды. Используемые поднесущая и временные интервалы могут быть идентичными. Код пустого значения не требуется, поскольку отправляется либо сообщение ACK, либо сообщение NACK и поэтому «пустая» передача не возникает. Это предпочтительный вариант осуществления изобретения, обеспечивающий экономию ресурсов.
Для кодирования информации обратной связи используются т.н. коды Уолша. Для сообщения ACK используется код «1 1», а для сообщения NACK используется код «1 -1».
Чтобы различать информацию обратной связи этих двух видов, требуются коды длиной не менее двух битов. При увеличении длины кода надежность различения информации обратной связи в сложных условиях (например, при отправке базовыми станциями большого количества сообщений обратной связи, при больших потерях на пути распространения сигнала, при неравномерной мощности приема) повышается за счет большего количества необходимых ресурсов. С целью более надежного кодирования информации обратной связи для сообщения ACK может использоваться код «1 1 1 1 1 1 1 1», а для сообщения NACK - код«1 -11 -11 -11 -1».
На фиг. 3 представлена схема последовательности сообщений между устройством UE и тремя базовыми станциями, представленными на фиг. 1.
n
n+1
n+2
На первом этапе устройство UE передает первый пакет полезных данных. Он без ошибок принимается станциями BS и BS (показано сплошными линиями на фиг. 3), но с ошибками принимается станцией BS (штриховая линия).
n
n+1
n+2
На втором этапе станции BS и BS отправляют положительное сообщение обратной связи, т.е. сообщение ACK, назад устройству UE. Станция BS отправляет сообщение NACK, поскольку данные приняты с ошибками. Чтобы различать сообщения ACK и NACK, используется кодовое мультиплексирование, т.е. все станции BS для передачи информации обратной связи используют один и тот же временной интервал и одну и ту же поднесущую, но коды для сообщений ACK и NACK различаются. В этом примере сообщение ACK отправляется в виде кода «1 1», а сообщение NACK отправляется в виде кода «1 -1». Мощность передачи одинакова для всех задействованных станций BS (например, это задается при настройке соединения). Это означает, что мощность сигнала, принятого от близкой станции BS, больше мощности сигнала, принятого от более удаленной станции BS. Это свойство полезно, поскольку обеспечивает более надежный прием сообщения ACK по сравнению с сообщением NACK. После отправки обратной связи базовыми станциями устройство UE принимает единый сигнал обратной связи с наложением. Устройство UE декодирует этот сигнал путем корреляции с кодом для ACK. Эта операция выполняется первой, поскольку после обнаружения сообщения ACK процедура обнаружения прекращается и начинается передача следующего пакета полезных данных. В этом примере устройство UE обнаруживает, что корреляционный пик кода ACK явно превышает уровень шума, т.е. обнаруживает сообщение ACK. Это указывает на то, что пакет №1 был принят без ошибок (по меньшей мере одной станцией BS). Устройство UE переходит к передаче следующего пакета полезных данных. Поскольку было отправлено по меньшей мере одно сообщение ACK, устройство UE игнорирует тот факт, что одна или несколько базовых станций приняли первый пакет полезных данных с ошибками.
На третьем этапе устройство UE передает пакет полезных данных №2. Поскольку состояние приема для задействованных базовых станций отличается, станции BS не способны без дополнительных средств определять вид следующего пакета: повторно переданный пакет или новый пакет. Поэтому устройство UE включает в состав каждого пакета необходимую информацию в соответствии с используемым способом ARQ. Сообщение имеет кодирование, указывающее на наличие новых данных в новых пакетах, и кодирование, указывающее на дублирование в случае повторной передачи.
n
n+2
Как показано на четвертом этапе, пакет полезных данных №2 принимается с ошибками всеми базовыми станциями с BS по BS. Поэтому все базовые станции отправляют устройству UE сообщение NACK с использованием кода «1 -1». Устройство UE рассчитывает корреляционные пики для кода ACK и обнаруживает, что пик очень низкий. Значительного превышения уровня шума не наблюдается. Это первый признак того, что сообщение ACK не принято. На следующем шаге обнаружения устройство UE рассчитывает корреляционные пики для кода NACK. Этот пик явно превышает уровень шума, т.е. обнаружено сообщение NACK. Это второй признак того, что сообщение ACK не принято.
n
На основе этих двух признаков, определенных на предыдущем шаге, устройство UE принимает решение повторно передать пакет полезных данных №2 с повышенной мощностью и/или с использованием более надежной модуляции и кодирования. Этот повторно переданный пакет принимается без ошибок станцией BS.
Если устройство UE не обнаруживает ни сообщения ACK, ни сообщения NACK, выполняется попытка повторной передачи. Если слишком много таких попыток повторной передачи не завершаются успешно (сообщение ACK не обнаруживается), устройство UE переходит в состояние «Отказ радиоканала». Иными словами, оно пытается повторно подключиться к последней известной соте или пытается обнаружить другую подходящую соту (или SFN-кластер).
Описанная выше процедура обеспечивает обратную связь с одним устройством UE. Если к сети SFN по восходящему каналу подключено несколько устройств UE, для обратной связи требуется больше ресурсов. Дополнительные ресурсы обеспечиваются с использованием хорошо известных способов мультиплексирования (временное, частотное или кодовое мультиплексирование). Предпочтительно использование кодового мультиплексирования. Длина используемых кодов должна по меньшей мере вдвое превышать количество устройств UE с активным восходящим каналом сети SFN. Применение более длинных кодов дополнительно повышает надежность обнаружения на фоне шума. Например, восемь устройств UE могут одновременно получать информацию обратной связи с использованием кодов длиной 16 битов, представленных в следующей таблице.
Описанная выше процедура требует отправки либо сообщения ACK, либо сообщения NACK. В качестве альтернативы, описанная ниже процедура требует отправки только сообщения ACK (если пакет полезных данных принят без ошибок). В противном случае, если пакет не принят без ошибок, обратная связь не отправляется.
Принятый сигнал обратной связи может состоять из нескольких наложенных сообщений ACK или представлять собой «пустую» передачу, если ни одна базовая станция не приняла пакет полезных данных без ошибок.
Устройство UE пытается обнаружить сообщение ACK в сигнале обратной связи. В случае успеха, т.е. если декодированный сигнал явно превышает уровень шума, устройство UE переходит к отправке следующего пакета полезных данных. Если явного превышения уровня шума декодированным сигналом нет, устройство UE интерпретирует эту ситуацию как сообщение NACK и повторно передает последний пакет полезных данных.
Этот альтернативный вариант осуществления изобретения обеспечивает преимущество, позволяя экономить ресурсы. Требуются только ресурсы для ACK. Поэтому кодов длиной 8 битов достаточно, чтобы обеспечить каналы обратной связи для восьми устройств UE. С другой стороны, для «пустой» передачи могут потребоваться усилители, способные обрабатывать сигналы с большим отношением PAR.