Патент на изобретение №2328827

(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАПРОСА ПОВТОРНОЙ ПЕРЕДАЧИ (ARQ) СО СТАТУСОМ И КВИТИРОВАНИЕМ ПАКЕТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к системе связи с автоматическим запросом повторной передачи (ARQ). Достигаемый технический результат – возможность понижения требования на пиковую мощность канала восходящей линии связи и, вследствие этого, уменьшение уровня помех в системе. Результат достигается тем, что первичная станция обеспечивается двумя возможностями обнаружить случай, когда вторичная станция терпит неудачу в обнаружении сигнала индикатора, указывающего, что пакет данных запланирован для передачи по каналу связи. Система связи содержит первичную станцию (100), вторичную станцию (110), канал передачи данных нисходящей линии связи (DL₂), индикаторный канал (DL₁) нисходящей линии связи. При этом вторичная станция имеет средство (114) приема сигнала индикатора, пакета данных и квитирования – передачи положительной или отрицательной квитанции (206) в первичную станцию для указания статуса принятого пакета данных. Сигнал статуса (204) передается вторичной станцией по каналу (UL) восходящей линии связи после начала передачи пакета данных до передачи положительной или отрицательной квитанции. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.C) 102, средство 104 приемопередатчика (Tx/Rx), соединенное со средством 106 антенны, средство 107 управления мощностью (PC) для изменения передаваемого уровня мощности и средство 108 соединения для соединения с коммутируемой телефонной сетью общего пользования (PSTN) или другой соответствующей сетью. Каждая MS 110 содержит микроконтроллер (C) 112, средство 114 приемопередатчика (Tx/Rx), соединенное со средством 116 антенны, и средство 118 управления мощностью (PC) для изменения передаваемого уровня мощности. Связь из BS 100 в MS 110 осуществляется по каналу 122 нисходящей линии связи, в то время как связь из MS 110 в BS 100 осуществляется по каналу 124 восходящей линии связи.

На фиг.2 изображен пример функционирования известной схемы ARQ с остановкой и ожиданием. Пакеты 202 данных, идентифицированные как P_n, где n является однобитовым порядковым номером, передаются в выделенные временные слоты по каналу (DL) 122 нисходящей линии связи из BS 100 в MS 110. Первый пакет данных P₀, с порядковым номером 0, принимается MS 110 в искаженном состоянии, которая вследствие этого передает отрицательную квитанцию (N) 204 в поле, зарезервированном для передачи положительных и отрицательных квитанций. В ответ на это BS 100 повторно передает первый пакет 202 данных, который, на этот раз, правильно принят MS 100, которая передает положительную квитанцию (A) 206. Затем BS 100 передает следующий пакет с порядковым номером 1. BS 100 повторно передает пакет данных 202 также, если она не принимает никакой квитанции в пределах предопределенного периода лимитированного времени ожидания (тайм-аута) (в случае, если MS 110 не приняла пакет вообще или квитанция была потеряна). Если MS 110 фактически приняла предварительно переданный пакет 202, то она может определить, что принятый пакет 202 является повторно переданным, поскольку он имеет тот же самый порядковый номер, что и предыдущий пакет.

Функционирование HSDPA, как определено в настоящее время, изображается на фиг.3, на которой в упрощенном виде показаны приблизительные временные зависимости между различными каналами, использующимися для обеспечения HSDPA. Наличие пакета 202 данных, запланированного для передачи в мобильную станцию 110, сигнализируется передачей сигнала I 302 индикатора в подкадре N индикаторного канала DL₁ нисходящей линии связи (высокоскоростного совместно используемого канала управления, HS-SCCH). Это сопровождается передачей пакета P 202 данных по каналу DL₂ передачи данных нисходящей линии связи (высокоскоростного совместно используемого канала нисходящей линии связи, HS-DSCH). Если MS 110 правильно декодирует пакет 202, она, как изображено, посылает ACK 206 в подкадре N канала восходящей линии связи, высокоскоростного выделенного физического канала управления (HS-DPCCH). Если пакет декодирован неправильно, то вместо этого посылается NACK 204.

Если MS 110 терпит неудачу при обнаружении сигнала 302 индикатора, то она ничего не будет передавать (то есть она использует прерывистую передачу, DTX) в подкадре N канала 124 восходящей линии связи. Тогда, если BS 100 неправильно обнаруживает DTX как ACK 206, то BS не будет совершать повторной передачи пакета на физическом уровне. Это означает, что если MS 110 должна быть способна правильно принять недостающий пакет, то потребуются протоколы более высокого уровня; однако такие протоколы формируют существенный дополнительный трафик сигнализации (и, следовательно, большие помехи) и могут быть слишком медленными для приложений реального времени.

Чтобы ограничить вероятность неправильного обнаружения базовой станцией DTX как ACK 206 (вероятность 0.01, можно считать приемлемой), она должна сместить свой порог принятия решения в отношении ACK/NACK для одобрения обнаружения квитанций NACK. Однако это означает, что мощность, требуемая для сообщений ACK, возрастает и может быть на 10-20 дБ выше мощности, требуемой для нормального DPCCH восходящей линии связи.

Частичное решение этой проблемы, раскрытое в нашей находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявке на патент Великобритании за номером 0207696.6 (ссылочный номер Заявителя PHGB 020034), описано согласно фиг.4. В этой схеме MS 110 передает (как изображено) ACK 206 или NACK 204 в подкадре N канала 124 восходящей линии связи и затем продолжает передавать квитанции NACK 204 в каждом подкадре восходящей линии связи, соответствующем подкадру HS-DSCH, в котором пакет не был обнаружен через HS-SCCH, пока запущен таймер. Другими словами, пока таймер запущен, NACK 204 передается в подкадре N канала 124 восходящей линии связи, если пакет данных 202 в подкадре N HS-DSCH нисходящей линии связи не декодирован правильно. Соответственно, в продолжение непрерывной (или почти непрерывной) пачки пакетов BS 100 не должна смещать своего порога принятия решения (кроме, возможно, для первого пакета в каждой пачке), вследствие этого, снижая требуемую мощность ACK.

Однако недостаток этой схемы состоит в том, что BS 100 все еще должна смещать свой порог принятия решения в отношении ACK/NACK для первого пакета в каждой пачке или допускать более высокую вероятность неправильного обнаружения для DTX после первого пакета. Соответственно, пиковая мощность передачи, требуемая для канала 124 восходящей линии связи, не улучшается (пока BS 100 не смещает своего порога принятия решения также для первого пакета, в этом случае первый пакет в каждой пачке будет подвержен более высокой вероятности неверной интерпретации DTX). Кроме того, если пакеты попадаются только отдельно (то есть разделены более длинным периодом, чем длительность таймера), то схема передачи квитанций NACK 204, пока запущен таймер, не дает никакой выгоды.

В соответствии с настоящим изобретением описана усовершенствованная схема, согласно фиг.5. В этой схеме, когда MS 110 обнаруживает индикацию 302 пакета на индикаторном канале нисходящей линии связи, она передает NACK 204 как сигнал статуса в подкадре перед подкадром, в котором она обычно должна передавать ACK 206 или NACK 204 относительно пакета 202 данных. В изображенном сценарии сигнал 302 индикатора передается в подкадре N индикаторного канала, и в ответ MS 110 передает NACK 204 в подкадре N-1 канала 124 восходящей линии связи (если не был успешно декодирован пакет данных из подкадра N-1 канала передачи данных нисходящей линии связи). В других вариантах осуществления настоящего изобретения не требуется, чтобы сигналом статуса был NACK 204. Например, им может быть ACK 206 или некоторый другой соответствующий сигнал.

Используя эту схему, система связи может быть разработана так, чтобы вероятность неудачного обнаружения базовой станцией 100 того, что MS 110 не смогла обнаружить индикацию 302 пакета, переданную по индикаторному каналу DL₁ нисходящей линии связи, была распределена между, по меньшей мере, двумя передачами по каналу 124 восходящей линии связи. Соответственно, если требуется, чтобы полная вероятность того, что DTX будет обнаружена как ACK 206, была менее 0.01, то мощность передачи NACK в подкадре N-1 может быть установлена так, чтобы вероятность неправильного обнаружения базовой станцией 100 DTX как NACK 204 в подкадре N-1 составляла 0.1, и мощность передачи ACK в подкадре N может быть установлена так, чтобы вероятность неправильного обнаружения базовой станцией 100 DTX как ACK 206 в подкадре N также составляла 0.1. Таким образом минимизируется требование на пиковую мощность для канала 124 восходящей линии связи. Из этого следует, что мощность передачи, используемая для передачи NACK в подкадре N-1, может быть отличной от мощности передачи, используемой для других квитанций NACK. Фактически, для мощности передачи, используемой для передачи NACK в подкадре N-1, предпочтительно быть равной мощности передачи, обычно используемой для передач ACK.

В предпочтительном варианте осуществления, схема по фиг.5 может быть объединена со схемой по фиг.4. В частности, может использоваться специальный случай режима по фиг.4, посредством которого таймер запускается ровно для одного подкадра после подкадра N. Соответственно, когда ACK или NACK была передана в подкадре N, MS 110 всегда будет дополнительно передавать NACK 204 в подкадре N+1, если не следует другой пакет непосредственно в подкадре N+1 по каналу передачи данных нисходящей линии связи и не декодируется правильно, в этом случае в подкадре N+1 по каналу 124 восходящей линии связи передается ACK. Соответственно, BS 100 никогда не должна отличать DTX от ACK 206 исключительно в одном подкадре. Особенным преимуществом этого варианта осуществления настоящего изобретения является то, что не требуется запускать таймер дольше, чем для одного кадра, для получения преимущества снижения требования на мощность ACK.

Согласно существующим спецификациям HSDPA, также для системы можно требовать неоднократного повторения (до трех повторений) квитанций ACK или NACK в последующих подкадрах для повышения их надежности без увеличения их мощности передачи. Может не передаваться никаких пакетов по каналу передачи данных нисходящей линии связи в любом подкадре, соответствующем подкадру на канале 124 восходящей линии связи, содержащему повторение ACK/NACK из предыдущего пакета.

В этом случае настоящее изобретение может применяться так, чтобы MS 110 передавала квитанции NACK 204 в подкадре N-1 и подкадре N-2, по обнаружении индикации пакета на индикаторном канале, для поддержания мощности, требуемой для этой предварительной NACK 204, подобной мощности, требуемой для нормальных передач ACK/NACK. Однако между сигналом 302 индикатора в подкадре N индикаторного канала и подкадром N-3 на канале 124 восходящей линии связи нет достаточного времени для передачи NACK 204 в подкадре N-3 канала восходящей линии связи в системе, где количество повторений ACK/NACK установлено в значение большее 1.

В такой системе все еще может использоваться таймер, например, для вызова передачи дополнительной NACK 204 после нормальной ACK/NACK (хотя не требуется запуска таймера дольше, чем на один подкадр). В этом случае эта дополнительная NACK должна быть повторена по тому же самому количеству подкадров, что и нормальные квитанции ACK/NACK, и должна следовать за последним повторением нормальной ACK/NACK. Это изображено на фиг.6 для случая, где количество повторений каждой ACK/NACK установлено в 1.

Наличие пакета данных сигнализируется сигналом 302 индикатора, нормальным способом в подкадре N. Затем в подкадрах N-2 и N-1 передается NACK 204 (если уже не был правильно декодирован пакет на канале передачи данных нисходящей линии связи в подкадре N-2, в этом случае в подкадрах N-2 и N-1 посылается ACK 206). Если пакет декодирован правильно, то ACK 206 посылается по каналу 124 восходящей линии связи в подкадре N и повторяется в подкадре N+1. В подкадре N+1 по каналу передачи данных нисходящей линии связи может не передаваться никакого пакета. Если пакет декодирован неправильно, то в подкадре N по каналу 124 восходящей линии связи посылается NACK 206 и повторяется в подкадре N+1. Дополнительно, в соответствие с использованием таймера, всегда посылается NACK 204 в подкадрах N+2 и N+3 канала 124 восходящей линии связи, если не декодирован правильно пакет из подкадра N+2 на канале передачи данных нисходящей линии связи, в этом случае в подкадрах N+2 и N+3 посылается ACK 206.

Может быть желательной возможность включать и отключать передачу NACK 206, чтобы указать прием сигнала 302 индикатора, посредством сигнализации из BS 100. Эта сигнализация может быть объединена с включением и отключением таймера для передачи квитанций NACK 204 после нормального квитирования пакета (то есть оба аспекта включаются или отключаются совместно), альтернативно, эти два аспекта могут включаться и отключаться независимо друг от друга. Переключение может быть определено состоянием MS 110, например, находится ли она в мягкой эстафетной передаче обслуживания, или выбранным количеством повторений квитанций ACK и квитанций NACK.

Одним примером, где может быть предпочтительно отключить использование настоящего изобретения, является пример, когда BS 100 специально пробует обнаружить DTX как случай, отдельный от NACK. Это может иметь место, если, например, используются различные версии избыточности для повторных передач, в этом случае они не могут быть объединены непосредственно в одном программном буфере в MS 110. Однако это не должно представлять проблему, если бы использовалось объединение по Чейзу (Chase).

На фиг.7 изображены результаты моделирования, показывающие преимущество (в терминах требования на пиковую мощность канала 124 восходящей линии связи) настоящего изобретения, объединенного с таймером 1 подкадр. Это график P, требования на пиковую мощность восходящей линии связи относительно нормальной мощности передачи восходящей линии связи (DPCCH), в дБ к V, скорости MS 110 в км/ч. В этом моделировании требуется, чтобы полная вероятность неправильного обнаружения DTX как ACK 206 была 0.01. Требования на мощность без первоначальной NACK или последующего таймера изображены как сплошная линия, а требования с первоначальной NACK и последующим таймером длительностью в один подкадр изображены как пунктирная линия. Может быть замечено, что использование этих двух способов вместе обеспечивает преимущество между 3 и 6дБ.

Функционирование такой объединенной схемы конспективно излагается блок-схемой последовательности операций, изображенной на фиг.8. Способ начинается, на этапе 802, когда MS 110 готова принимать пакеты 202 данных. Тест 804 относится к тому, что MS 110 определяет, был ли принят сигнал 302 индикатора для пакета данных. Если был, то MS 110 передает на этапе 806 отрицательную квитанцию и продолжает принимать пакет данных. Тест 808 относится к тому, что MS 110 определяет, был ли пакет данных принят успешно. Если пакет 202 данных принят, то тест 808 пройден, таймер устанавливается повторно на этапе 810, передается положительная квитанция 206 на этапе 812, и MS 110 возвращается к тесту 804 для проверки в отношении сигнала 302 индикатора. Повторная установка таймера может вызвать запуск таймера, если он уже не запущен, или повторный запуск уже запущенного таймера.

Если пакет данных не был успешно принят, то тест 808 терпит неудачу, и проводится дополнительный тест 814, чтобы определить, запущен ли таймер. Если таймер запущен, то тест 814 пройден, и MS 110 в соответствующем поле ACK/NACK передает на этапе 816 отрицательную квитанцию 204 и затем возвращается к тесту 804. Если таймер не запущен, то тест 814 терпит неудачу, и MS 110 возвращается непосредственно к тесту 804.

Приведенное выше описание направлено на дуплексный режим с частотным разделением каналов (FDD) UMTS. Изобретение может также применяться к дуплексному режиму с временным разделением каналов (TDD). В этом случае тот факт, что каналы восходящей линии связи и нисходящей линии связи используют различные временные слоты на одинаковой частоте (то есть двусторонний канал) может снизить потребность в сигнализации информации канала.

Приведенное выше описание относится к выполнению базовой станцией 100 разнообразных ролей, относящихся к настоящему изобретению. Практически, эти задачи могут быть функцией разнообразных частей фиксированной инфраструктуры, например в “Узле B”, который является частью фиксированной инфраструктуры, непосредственно взаимодействующей с MS 110, или на более высоком уровне в контроллере радиосети (RNC). Следовательно, в этом описании, использование термина “базовая станция” или “первичная станция” должно пониматься включающим в себя части фиксированной инфраструктуры сети, входящие в вариант осуществления настоящего изобретения.

Из прочтения настоящего раскрытия для специалистов в этой области техники будут очевидны другие модификации. Такие модификации могут включать в себя другие признаки, уже известные в проектировании, производстве и использовании систем связи и их составляющих частей, и которые могут использоваться вместо признаков уже описанных здесь или дополнительно к ним.

В настоящем описании и в формуле изобретения единственное число элемента не исключает наличие нескольких таких элементов. Дополнительно слово “содержащий” не исключает наличие других элементов или этапов кроме перечисленных.

Формула изобретения

1. Система связи, содержащая первичную станцию (100);

по меньшей мере одну вторичную станцию (110);

канал (DL₂) передачи данных нисходящей линии связи для передачи пакета данных (202) от упомянутой первичной станции на упомянутую вторичную станцию;

индикаторный канал (DL₁) нисходящей линии связи для передачи сигнала (302) индикатора, указывающего, что пакет (202) данных запланирован для передачи по каналу (DL₂) передачи данных нисходящей линии связи, при этом упомянутая вторичная станция имеет средство (114) приема для приема сигнала индикатора и пакета данных и средство (114) квитирования для передачи положительной или отрицательной квитанции (206) в упомянутую первичную станцию для указания статуса принятого пакета данных, отличающаяся тем, что упомянутая вторичная станция содержит средство (114) для передачи по каналу (UL) восходящей линии связи после начала передачи пакета данных сигнала (204) статуса для того, чтобы указать прием сигнала индикатора до передачи положительной или отрицательной квитанции (206) для указания статуса принятого пакета данных.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что средство для передачи из состава упомянутой вторичной станции выполнено с возможностью передачи сигнала (204) статуса для указания приема сигнала индикатора в подкадре перед кадром, в котором упомянутая вторичная станция передает положительную или отрицательную квитанцию для указания статуса принятого пакета данных.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что сигналом статуса является сигнал, идентичный используемому для отрицательной квитанции.

4. Первичная станция (100) для использования в системе связи, имеющей индикаторный канал (DL₁) нисходящей линии связи для передачи сигнала (302) индикатора, указывающего, что пакет данных (202) запланирован для передачи по каналу передачи данных (DL₂) нисходящей линии связи из первичной станции во вторичную станцию (110), отличающаяся тем, что содержит средство (104) для приема по каналу (UL) восходящей линии связи из вторичной станции, после начала передачи пакета данных, сигнала (204) статуса, предназначенного для указания приема сигнала индикатора, до приема положительной или отрицательной квитанции (206) для указания статуса пакета данных, принятого вторичной станцией.

5. Первичная станция по п.4, отличающаяся тем, что сигналом статуса является сигнал, идентичный используемому для отрицательной квитанции.

6. Вторичная станция для использования в системе связи, имеющей индикаторный канал (DL₁) нисходящей линии связи для передачи сигнала (302) индикатора, указывающего, что пакет (202) данных запланирован для передачи по каналу передачи данных (DL₂) нисходящей линии связи из первичной станции (100) во вторичную станцию (110), отличающаяся тем, что содержит средство (114) приема для приема сигнала индикатора и пакета данных, средство (114) квитирования для передачи по каналу (UL) восходящей линии связи в первичную станцию положительной или отрицательной квитанции (206) для указания статуса принятого пакета данных, и средство (114) для передачи после начала передачи пакета данных сигнала (204) статуса, чтобы указать прием сигнала индикатора до передачи положительной или отрицательной квитанции для указания статуса принятого пакета данных.

7. Вторичная станция по п.6, отличающаяся тем, что сигналом статуса является сигнал, идентичный используемому для отрицательной квитанции.

8. Вторичная станция по п.6 или 7, отличающаяся тем, что сигнал статуса передается с той же мощностью, что положительная квитанция.

9. Вторичная станция по п.6 или 7, отличающаяся тем, что содержит средства (112, 118) для запуска таймера по приему сигнала индикатора и для изменения характеристики передач восходящей линии связи, пока таймер запущен.

10. Вторичная станция по п.9, отличающаяся тем, что содержит средство (114) для передачи отрицательной квитанции каждый раз, когда мог быть передан пакет данных, если не обнаружена никакая передача пакета данных, при этом передаются только такие отрицательные квитанции, пока таймер запущен.

11. Вторичная станция по п.9, отличающаяся тем, что таймер имеет длительность в один подкадр.

12. Вторичная станция по п.10, отличающаяся тем, что содержит средство (114) для передачи положительной или отрицательной квитанции принятого пакета данных N раз, где N предопределено, и для передачи последующих отрицательных квитанций, пока таймер запущен.

13. Вторичная станция по п.12, отличающаяся тем, что таймер имеет длительность в N подкадров.

14. Вторичная станция по п.6 или 7, отличающаяся тем, что обеспечено средство (114) для передачи нескольких сигналов статуса до передачи квитанции.

15. Способ функционирования системы связи, имеющей индикаторный канал (DL₁) нисходящей линии связи для передачи сигнала (302) индикатора, указывающего, что пакет (202) данных запланирован для передачи по каналу передачи данных (DL₂) нисходящей линии связи из первичной станции (100) во вторичную станцию (110), при этом способ содержит этапы, на которых принимают на вторичной станцией сигнал индикатора, принимают на вторичной станцией пакет данных и передают от вторичной станции положительную или отрицательную квитанцию для указания статуса принятого пакета данных, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап, на котором передают (806) от вторичной станции, после начала передачи пакета данных, по каналу (UL) восходящей линии связи сигнал (204) статуса, чтобы указать прием сигнала индикатора,

РИСУНКИ