CN101480099A - 优化无线通信系统中的信道分配 - Google Patents

Abstract

正交频分多址OFDMA和正交频分复用OFDM技术涉及传送所谓的映射消息以便通知用户终端哪些时隙将被分配给它们。映射消息的大的尺寸可能构成系统中的问题，并且因此本申请5个解决方案旨在缓解该问题。思想在于使用半静态分配映射，其中对于连接预定义分配时隙的位置、大小以及调制和编码方法。接着，本解决方案允许定义有效性信息，其指示预定义的分配的哪些将用于当前帧。

Description

优化无线通信系统中的信道分配

技术领域

本发明涉及无线接入系统中的资源预留，并且更具体地，涉及分配传输信道的方法。

背景技术

正交频分多址OFDMA是在无线接入系统中开始获得关注的多址接入技术。例如，IEEE 802.16e标准(也称为WiMAX(微波存取全球互通)标准)在下行链路和上行链路中都为其物理层使用OFDMA。另外3G(第三代)蜂窝系统的未来演进，例如3.9G或4G系统估计也可能采用OFDMA，至少对于下行链路部分。OFDMA系统中的信道分配具有时间维度和频率维度。最小的可能信道分配单元被称为时隙，其代表m个逻辑子信道和n个OFDM(正交频分复用)符号的连续块，其中m和n是整数。在OFDMA中，单个的OFDM符号可以包含来往于若干个移动台的传输。逻辑子信道可以包括若干个物理子信道(其不必彼此相邻)。在OFDMA中，在若干个终端之间动态地划分单个OFDM符号的可能性给出了相比较于例如每个(单播)符号专用于一个终端的基于常规OFDM系统来说更大的自由度。

然而，OFDMA的该自由度也具有缺陷。例如，终端不得不能够识别为其预留的时隙。因此，所谓的映射消息(map message)被包括在每个传送的帧中以便通知终端涉及它们的分配。映射消息大的尺寸已经成为基于OFDMA系统(例如，WiMAX或3.9G系统)的一个瓶颈。如果有许多终端需要小但稳定的吞吐量，则特别要强调该问题。此类终端的例子包括使用VoIP(IP(因特网协议)上的话音)服务的终端。在一些情况下，映射消息可能甚至占用10％的帧容量，因此显著地减小可用系统容量。此外，映射消息变得越大，则更有可能在其接收中发生错误。如果终端不能够接收到映射消息，则其将不能够接收/发送任何数据。换句话说，大的映射消息导致较低的频谱效率和更高的误分组率。在WiMAX中，这此分配被分组成突发，并且突发的位置在每个物理帧的开始处发送的映射消息中标识。

减小映射消息大小的一种可能性是定义时隙的静态分配。例如，在VoIP呼叫的开始处，可以就某些时隙总是以特定的序列分配给终端达成一致(例如，在每第三个帧中的头两个时隙)。然而，这种解决方案不能够纠正改变，例如VoIP呼叫中的静默周期或信道质量中的改变。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种方法和用于实现该方法的系统和基站，以便减轻上述的缺陷。本发明的目的通过方法和安排来实现，其特征在独立权利要求中陈述。本发明的优选实施方式在从属权利要求中公开。

本发明的思想在于替代于以静态方式或完全动态地，而定义帧中分配的时隙的位置，用户终端提供有关于预定义分配的信息，并且包括在映射消息中的位图用于通知终端哪些预定义分配在当前的帧中有效。

本发明的方法和安排的优势在于其描述一种用于OFDMA信道分配的解决方案，其中映射消息的大小可以被最小化，而仍具有在信道分配中做出动态改变的可能性。

附图说明

在下文中，将参考附图通过优选实施方式来更为详细地描述本发明，其中：

图1图示出根据本发明的一个实施方式的蜂窝通信系统；

图2图示出根据本发明的一个实施方式的方法的流程图；

图3图示出根据本发明的一个实施方式的帧分配。

具体实施方式

在下文中，将参考第三代移动通信系统(例如UMTS(通用移动通信系统))描述本发明的优选实施方式。然而，本发明并不意味着限于这些实施方式。因此，本发明可以应用于任何的移动通信系统，其提供能够提供OFDMA和/或OFDM技术的分组交换无线服务。其他系统的例子包括IMT-2000和其演进技术(例如3.9G或4G)等，例如WiMAX或DCS 1800(用于1800MHz的数字蜂窝系统)。移动通信系统的规范并且尤其那些IMT-2000和UMTS快速地发展。这可能需要对本发明进行附加的改变。出于此原因，使用的术语和表述应该在它们最宽泛地意义上进行解释，因为它们意在用于说明本发明而不是对其进行限制。相关的发明方面是涉及功能性的，不是执行其的网元或设备。

WiMAX已经由WiMAX讨论组定义为提高IEEE 802.16标准的一致性和互操作性。WiMAX代表一种在远距离上提供高吞吐量宽带连接的无线技术。其可以被用于多种应用，包括最后一英里宽带连接、热点和蜂窝回程运输以及用于商务的高速企业连接。最初的WiMAX标准IEEE 802.16使用OFDMA和调度的MAC(媒体接入控制)，因此提高了无线网状网络的鲁棒性和可靠性。IEEE 802.16标准规定10到66GHz范围内的WiMAX。IEEE 802.16a标准增加对2到11GHz范围的支持。WiMAX提供增加的带宽和更强的加密。其使用多径信号，并且支持提供没有直接视线的网络端点之间的连接。

正交频分复用(OFDM)是用于通过无线电波传送大量数字数据的FDM(频分复用)调制技术。OFDM操作于通过将无线信号划分成多个更小的子信号，并接着将它们同时在不同的频率上传送到接收机。OFDM支持信号传输中减小的干扰量。IEEE 802.16和802.16a技术使用OFDM。OFDM也可以被称为离散多音频调制(DMT)，其中每个频率信道以更为简单的调制来进行调制。在OFDM中，FDM的频率和调制被设置成彼此正交，以便最小化信道之间的干扰。有用的优势是多径阻抗，其出现在称为信道编码的调制之前，以前向纠错(FEC)方案来对数据进行编码时。这称为编码的OFDM(COFDM)。

正交频分多址(OFDMA)是用于OFDM系统的多址方案。其通过向各个用户分配子载波的子集来工作。OFDMA是OFDM的多用户版本。其通过在时间-频率空间内分割资源，通过连同OFDM信号索引和OFDM子载波索引来分配单元而操作。每个OFDMA用户使用对于其他用户来说保持正交的子载波来传送符号。多于一个的子载波可以被分配给单个用户以支持高速率的应用。OFDMA允许来自若干个用户的同时传送以及更好的频谱效率。如果存在频率同步错误，则多用户干扰可能被引入。

图1图示出根据本发明的一个实施方式的通信系统。图1示出了UMTS架构的简化版本，该简化版本仅图示出对于本发明来说必需的组件，尽管本领域技术人员当然知道通用移动通信系统也包括其他的功能和结构，其不必在这里详细地描述。UMTS的主要部分是核心网络CN、无线接入网络RAN和用户终端UE，其也被称为用户设备UE。CN和RAN之间的接口称为Iu接口并且RAN和用户终端UE之间的空中接口称为Uu接口。Uu接口是无线接口。RAN是针对无线网络的理论概念并且其标识Iu和Uu接口之间的网络部分，包括无线网络控制器RNC和基站BS。用户终端UE可以是仅用于语音数据的简化终端，或其可以是用于操作为服务平台并且支持加载和执行不同服务相关功能的多个服务的终端。其中移动台发送和基站BS接收的传输方向称为上行链路(UL)或反向链路，并且从发送的基站BS向接收用户终端UE的物理链路称为下行链路(DL)或前向链路。

图2和图3图示出根据本发明的一个实施方式的信道分配。在该方法中，在帧的开始处，映射消息从基站BS传送到用户终端UE。映射消息包括关于分配给用户终端UE的一个或多个时隙的信息。

参考图2，一个或多个分配被预定义2-1，并且每个分配指示一个或多个时隙的位置。分配可以或可以彼此不重叠(时隙可以属于一个或多个分配)。基于该分配，一个或多个分配集被定义2-2，使得每个分配集包括至少一个分配。分配集可以或可以彼此不重叠(分配可以属于一个或多个分配集)。步骤2-1和/或2-2可以在连接建立阶段、在连接保持阶段和/或系统规范阶段期间执行。在步骤2-3中，分配集被分配给连接，并且在步骤2-4中，关于所分配的分配集的信息被提供给相应的用户终端。步骤2-3和/或步骤2-4可以在连接建立期间和/或连接保持阶段期间执行，独立于其他连接(分配集可以被分配给一个或多个连接)。在步骤2-5中，通过向用户终端传送帧内的映射消息，在所分配的分配集中选择的分配被激活用于连接。对于每个传送的帧优选地执行步骤2-5。对于特定的连接，可以激活所分配的分配集中的一个或多个分配。然而，也可能对于特定的连接，帧不包含激活的分配。在帧中激活的分配彼此不重叠。

现在参考图3，通过例子图示出根据本解决方案的一个实施方式的方法。在图3中，“水平”时隙索引0、1、2表示时隙/帧的时间维度，并且“垂直”子信道索引0、1、2、3示出时隙/帧的频率维度。在该例子中，分配如下定义：

分配A1：MCS＝X，位置＝{(1，1)，(1，2)，(2，1)，(2，2)}

分配A2：MCS＝Y，位置＝{(0，2)，(1，2)}

....

分配An：MCS＝Z，位置＝{(2，0)，(2，1)，(3，0)，(3，1)}

接着形成分配集：

分配集S1：{A1，A2，A3}

分配集S2：{A2，A3，A4}

....

分配集Sm：{An-2，An}

接着分配集被分配用于连接：

分配：S2用于连接C1

分配：Sm-3用于连接C2

选择的分配如下在映射消息中激活：

激活：用于连接C1的第一和第三分配(来自分配集S2)

激活：用于连接C2的第一分配(来自分配集Sm-3)。

本发明解决方案涉及传输信道的分配，意味着对特定的任务分配/预留信道资源。分配映射表示包含关于系统资源的使用的描述的阵列。分配映射例如可以包括关于预留的(或空闲的)存储块的信息和/或关于谁做出预留的指示。本解决方案涉及优化映射消息。将被优化的映射消息的一部分包括下面的分配信息：1)位置和大小；2)CID(＝分配所专用的连接的标识)，以及3)MCS(＝调制和编码方案)，例如具有CC编码(卷积编码)的QPSK1/2。根据IEEE802.16e标准，在规则的映射消息中，上行链路中的32个比特和下行链路中的57个比特将用于上述的分配信息。在下行链路中，分配(也称为“突发”)具有矩形的形状，表达为符号偏移(8比特)、子信道偏移(6比特)、子信道的数目(6比特)和时间方向上的时隙数目(7比特)。在上行链路中，分配彼此跟随，并且时隙的位置被表达为持续期(10比特)。在下行链路和上行链路二者中，CID(16比特)、MCS(4比特)和重复(2比特)被包括在映射消息中。

基本上，预定义的分配集仅在其中有许多小的分配的情形中才需要。实际中，小的分配在其中MCS(即，当时隙携带大数目的字节时)是高的并且其中仅存在小量待发送的非延迟敏感数据(即，不能被长时间段缓冲的数据)的情形中需要。在这种情形中，预定义的分配集的数目可以被最小化。此类情形的例子是VoIP业务。对于典型的语音编解码器，分组间到达时间是20ms并且分组大小大致是60个字节(包括UDP(用户数据报协议)，RTP(实时传输协议)，和IP的开销和净荷)。话音业务具有很小的延迟容忍(<100ms)，并且优选的是预留用于重传的时间，因此可以假设对于每个VoIP用户，不得不每40ms发送至少120个字节。

在下文中，将参考VoIP情形通过例子来讨论本解决方案，在VoIP情形中，分配大小从100个字节到140个字节并且时隙数目从1到15。当使用WiMAX CC(卷积编码)时，在下表1中示出这些情形。

表1 分配大小/字节

在表1中，具有100...140个字节分配大小的VoIP情形被加下划线。在这种情形下，仅14个情形匹配要求。因此4个比特将足以覆盖分配大小和MCS的信息。取决于对于分配的位置需要多大的自由度，例如利用4个比特，可以具有16个可选的位置，这在大多数的情形下是足够的，因为不同的位图(和位置)可以在到不同终端的连接开始处分配。因此一个字节的位图将足以定义分配的位置、大小和MCS。此外，另一个位图需要用于指定用于特定连接的分配位图是否存在。

在如何实现分配图的例子中，假设可以支持256个活跃的VoIP连接。假设10ms的帧长度，这将意味着每帧最多64个连接(具有40ms的传输间隔)。连接将被划分成例如8个组(每组64个连接)。利用8比特，将可以定义帧中哪些组是活跃的(或如果仅需要每帧一个活跃组，则3比特将足以)。如果组是活跃的，则另一个位图将(按照组id的顺序)跟随，描述对于该组哪些连接将是活跃的。如果连接是活跃的，则第三位图将(首先，按照组id的顺序；其次，按照在连接建立中分配的半静态分配映射中的连接id的顺序)跟随。第三位图将定义分配id(其定义连接的MCS、位置和大小)。在该简化的例子中，有4个活跃的连接：A和B属于组1(G1)，B和C属于组3。连接A具有分配id＝3，而连接B具有分配id＝1，连接C具有分配id＝3，并且连接D具有分配id＝8。应该注意到即使连接A和C具有相同的分配id，由于它们具有对于分配id的不同解释，它们具有不同的分配。可以在连接建立期间来对分配id的解释进行分配。例如，在规范中，可以有在连接建立中描述的一组不同的解释。

例如，在WiMAX系统中，在下行链路中每扇区中有240个时隙并且在上行链路中每扇区有192个时隙(带宽＝10MHz；PUSC(子信道的部分使用)重用＝1-3-3；TDD(时分双工)UL/DL比＝1；帧＝10ms)。如果用户终端具有强制性的CC编码和64QAM-3/4的MCS(WiMAX中的最高MCS)，这意味着每时隙具有27个字节。因此如果用户是活跃的(在“谈话周期”期间)，则每第四个帧将需要分配5个时隙，当用户不活跃时(在“沉默周期”期间)，将不需要分配。这意味着在最坏的情形下，将在DL帧中有48个分配(假设每用户一个分配)和UL帧中的38个分配。在该情形下，不得不利用QPSK-1/2的MCS(＝6字节/时隙)和可能2、4和6的重复编码来发送DL映射。因此，对于DL映射，这意味着在没有重复编码的情况下DL容量(最大＝(48×57)/(8×6))/240)的23.75％被浪费，重复编码为2的情况下是47.5％，并且在重复编码为4的情况下是95％。重复编码为6甚至将是不可能的。UL映射的大小可以类似地计算(并且其可以被加到映射的开销)。

尽管这是极端的情形(通常，不会有太多的64QAM-3/4用户)，明显的是开销的大小是显著的特征。在该例子中，DL映射的大小在最坏的情形下，在没有重复编码的情况下是DL容量(最大＝((8+64+48×8)/(8×6))/240)的4.17％，在重复编码为2的情况下是8.33％，并且在重复编码为4的情况下是16％，并且在重复编码为6的情况下是25％。因此DL映射的开销将大致6倍小于WiMAX系统的常规DL映射的开销。这将显著地提高VoIP容量。

应该注意到在WiMAX的DL中，也可以对分配进行分组，使得若干个连接具有共同的分配。这可以显著地减小映射开销，但缺陷在于用户终端不得不接收属于其他终端的传输。另外，类似的方法也可以用于半静态映射。在WiMAX的上行链路中，分配必须在时间上彼此跟随并且在下一个子信道上持续。因此需要半静态映射的实现，其稍微不同于下行链路实现。例如，可能有4个比特用于定义大小(即，持续期)，并且MCS和位置将由CID位图的顺序来明确地定义。在这种情形下，例如，8个比特将足以支持256个活跃的半静态连接。额外的6个比特将需要用于定义有多少个分配，假设每帧最多64个连接。因此，UL映射大小将是6+n×12个比特，其中n是每帧活跃连接的数目。这显著地小于(大约3倍)利用WiMAX的常规UL映射(n×32个比特)。

根据一个实施方式，本解决方案也适用于其他系统，例如基于OFDM的系统。

根据一个实施方式，本解决方案也适用于下行链路帧和/或上行链路帧。

在图2和图3中示出的项目和步骤是简化的并且目的仅在描述本发明的思想。可以使用其他的项目和/或在步骤之间实施其他的功能。项目仅用于示例并且它们可以仅包含上面所提到的某些信息。这些项目也可以包括其他信息，并且标题可能偏离于那些上述所给定的。替代于或除了基站以外，上述的操作也可以在蜂窝通信系统的任意其他单元中执行。

除了现有装置以外，实现本发明的功能的系统或系统网络节点包括用于以上述的方式来处理涉及信道分配的信息的装置。现有的网络节点和用户终端包含可以在本发明的操作中使用的处理器和存储器。实现本发明所需的任何改变可以使用包括在专用集成电路(ASIC)和/或可编程电路(例如EPLD(电可编程逻辑器件)或FPGA(现场可编程门阵列))中的软件例程和/或例程的附件或更新来实施。

对于本领域技术人员来说明显的是随着技术的发展，可以按各种方式来实现本发明的概念。本发明和其实施方式不限于上述的例子而是可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (26)

1.一种在蜂窝通信系统中信道分配的方法，该系统包括无线接入网络，该无线接入网络进一步包括基站，所述方法包括步骤：

在所述基站和用户终端之间建立连接，以及

从所述基站向所述用户终端传送帧内的映射消息，以及

其中所述方法进一步包括步骤：

预定义一个或多个分配，每个分配指示一个或多个选择的帧时隙的位置；

定义一个或多个分配集，每个集包括至少一个分配；

分配用于连接的分配集；

向相应的用户终端提供关于所分配的分配集的信息；以及

如果需要，通过向所述用户终端传送选择的帧中的映射消息，激活所分配的分配集中的一个或多个分配，所述映射消息标识将被激活的分配。

2.根据权利要求1所述的方法，其中关于分配的分配集的信息包括关于用于所分配的分配集中的分配的调制和编码方案MCS的信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括向用户终端分配半静态分配集。

4.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括在连接建立期间定义所述分配集。

5.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括在系统的规范阶段期间定义所述分配集。

6.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括在连接保持阶段期间定义所述分配集。

7.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括优化帧中分配的时隙的位置。

8.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括：

定义用于定义针对分配的位置、大小和调制和编码方案的第一位图；

定义第二位图，该第二位图用于指定是否使用用于特定连接的第一位图。

9.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括步骤：

将连接划分成组，

定义第一位图，所述第一位图指示了在选择的帧中哪些组是活跃的，

定义针对每个活跃组的第二位图，所述第二位图描述了对于该组哪些连接是活跃的，以及

如果针对该组，连接是活跃的，则按照组身份的顺序以及连接身份的顺序来定义第三位图，其中所述第三位图定义连接的位置、大小和MCS。

10.根据权利要求1所述的方法，其中预定义的分配彼此重叠。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述分配集彼此重叠。

12.根据权利要求1所述的方法，其中激活的分配集是非重叠的。

13.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括优化VoIP系统中的映射消息的大小。

14.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括优化WiMAX系统中的映射消息的大小。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述时隙具有时间维度。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述时隙具有频率维度。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述分配具有时间维度。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述分配具有频率维度。

19.一种蜂窝通信系统，包括：

用户终端，以及

无线接入网络，其进一步包括基站，

其中所述系统被配置成

建立所述基站和所述用户终端之间的连接，以及

从所述基站向所述用户终端传送帧内的映射消息，

其中所述系统进一步配置成

预定义一个或多个分配，每个分配指示一个或多个选择的帧时隙的位置；

定义一个或多个分配集，每个集包括至少一个分配；

分配用于连接的分配集；

向相应的用户终端提供关于所分配的分配集的信息；以及

如果需要，通过向所述用户终端传送选择的帧中的映射消息，激活所分配的分配集中的一个或多个分配，所述映射消息标识将被激活的分配。

20.根据权利要求19所述的系统，其中关于所分配的分配集的信息包括关于用于所分配的分配集中的分配的调制和编码方案MCS的信息。

21.根据权利要求19所述的系统，其中该系统配置成在连接建立期间定义分配集。

22.根据权利要求19所述的系统，其中该系统配置成在系统的规范阶段期间定义所述分配集。

23.根据权利要求19所述的系统，其中该系统配置成在连接保持阶段期间定义所述分配集。

24.根据权利要求19所述的系统，其中该系统使用OFDMA技术。

25.根据权利要求19所述的系统，其中该系统使用OFDM技术。

26.一种用于无线接入网络的基站，网络能够在基站和用户终端之间建立连接，并且从基站向用户终端传送帧内的映射消息，

其中基站配置成：

预定义一个或多个分配，每个分配指示一个或多个选择的帧时隙的位置；

定义一个或多个分配集，每个集包括至少一个分配；

分配用于连接的分配集；

向相应的用户终端提供关于所分配的分配集的信息；以及

如果需要，通过向用户终端传送选择的帧中的映射消息，激活所分配的分配集中的一个或多个分配，所述映射消息标识将被激活的分配。

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