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CN101404636A - 无线通信系统 - Google Patents

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CN101404636A
CN101404636A CNA2008101660003A CN200810166000A CN101404636A CN 101404636 A CN101404636 A CN 101404636A CN A2008101660003 A CNA2008101660003 A CN A2008101660003A CN 200810166000 A CN200810166000 A CN 200810166000A CN 101404636 A CN101404636 A CN 101404636A
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凯文·鲍尔
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Fujitsu Ltd
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Abstract

本发明提供了一种基于OFDMA的无线通信系统中的信令机制，其中，每个帧中用于表示2－D资源分配的比特数减小了，并且针对特定帧构成而得到了最优化。根针对关联了DL_MAP_IE的区的帧持续时间和子载波分配方案，对每个帧的至少DL_MAP中并且可选地还有UL_MAP中的MAP－IE内的用于表示符号偏置和符号数的比特数进行缩放。同样，将可变比特数用于子信道偏置和子信道数，其可以基于选定的FFT尺寸和子载波分配方案而最优化。使用中的比特数可以被TLV编码并且在DL_MAP和UL_MAP之后的下行链路信道描述符内发送。因此，在后续帧中，每个用户站都获知了用于表示这些参数的比特数，由此获知了MAP_IE中的字段尺寸，直到诸如DCD的时间被更新为止。这样，缩减了对于大量用户以及某些帧和FFT尺寸来说可能显著的、因MAP_IE招致的信令开销。

Description

无线通信系统
技术领域
本发明涉及其中基站(BS)与多个固定或移动用户站(MS)进行通信的类型的无线通信系统，更具体地涉及这种系统内的资源分配所需的控制信令。
背景技术
近来，已经开发出了用于通过宽带无线链路进行数据通信的各种标准。在IEEE 802.16规范中陈述了一种这种标准并且公知为WiMAX。该规范包括主要希望用于具有固定用户站的系统的IEEE 802.16-2004，和格外为移动用户站设置的IEEE 802.16e-2005。在下面的描述中，将缩写MS用作移动和固定用户站的简写，而且，将术语“用户”等同地用于移动或固定用户站。
通过引用将IEEE标准802.16-2004“Air Interface for Fixed BroadbandWireless Access Systems”和针对IEEE标准802.16-2004的IEEE标准802.16e-2005校正(Amendment)2与勘误(Corrigendum)1的全部内容并入于此。IEEE 802.16定义了其中移动站与某一范围内的基站进行通信的无线通信系统，基站的范围限定了至少一个“小区”。通过将基站部署在指定地理区域内的恰当位置处，和/或通过在同一基站中设置多个天线，可以创建毗邻的小区组，以形成广域网。在这个规范中，术语“网络”和“系统”被等同地使用。
在上述类型的系统中，通过在移动站与基站之间交换数据包来传送数据，同时保持它们之间的连接(管理连接或传输连接)。从用户站向基站发送数据包的方向是上行链路(UL)，而从基站到用户站的方向是下行链路(DL)。数据包具有遵循应用至该系统及其组件无线电装置的分层协议的限定格式。这样与数据包相关的协议层是所谓的物理层(PHY)和介质接入层(MAC)。
介质接入层负责处理包括网络接入、带宽分配以及维持连接在内的各种功能。这包括基于“帧”来控制BS和SS对无线电介质的接入，帧是该系统中的预定时间单位并且按时域和频域被分成多个“时隙”(见下文)，并且当利用多个发送天线时还可以被空间地分成多个流。
基站与用户站之间(更准确地说，这些装置中的MAC层-所谓的对等实体之间)的连接被指配了连接ID(CID)，并且基站记住用于管理其活动连接或服务流的CID。服务流例如可以表示由MS的用户进行的话音呼叫。另外，基站和移动站具有它们自己的标识码(BS的BSID、MS的MS MAC地址或基本CID)。
根据可用频率范围和应用，可以在IEEE 802.16网络中实现各种物理层；例如，如下所述的时分双工(TDD)模式和频分双工(FDD)模式。PHY层还限定了诸如OFDM(正交频分复用)或OFDMA(正交频分多址)的发送技术，下面对这些技术进行简要概述。
在OFDM中，将单个数据流调制成N个并行子载波，每个子载波信号都有其自身的频率范围。这允许将总带宽(即，要在指定时间间隔内发送的数据量)分到多个子载波上，由此增加每个数据符号的持续时间。因为每个子载波都有较低的信息速率，所以与单个载波系统相比，多载波系统受益于针对信道感应畸变的增强抗扰度(immunity)。这通过确保发送速率而成为可能，因此每个子载波的带宽都小于信道的相干带宽。结果，在信号子载波上经历的信道畸变与频率无关，由此可以通过简单相位和振幅校正因子来校正。因而，当系统带宽超过信道的相干带宽时，多载波接收器内的信道畸变校正实体可以具有比单载波接收器内的对应信道畸变校正实体的低得多的复杂度。
OFDM系统使用多个子载波频率(子载波)，它们在数学意义上是正交的，从而因为它们相互独立的事实所以子载波的频谱可以交叠而不会干扰。OFDM系统的正交性去除了对防护带(guard band)频率的需要，并由此增加了系统的频谱效率。已经针对许多无线系统提出并采用了OFDM。在OFDM系统中，利用逆离散或快速傅立叶变换算法(IDFT/IFFT)将N个调制并行数据源信号的块映射到N个正交子载波，以在发送器处在时域中形成被称为“OFDM符号”的信号。因而，“OFDM符号”是所有N个子载波信号的复合信号。在接收器处，通过应用离散傅里叶变换(DFT)或快速傅里叶变换(FFT)算法将接收到的时域信号变换回频域。并不是所有的子载波都可用于运送数据；例如，在采用256个子载波的IEEE 802.16-2004固定WiMAX系统中，192个子载波可用于数据，8个子载波用作用于信道估计和同步的导频子载波，而剩余子载波用作防护带子载波。
OFDMA(正交频分多址)是OFDM的一种多址变形。它通过向各个用户指配子载波的子集来工作。这允许从几个用户同时进行发送，从而得到更好的频谱效率。然而，仍然有在没有干扰的情况下允许双向(即，在上行链路和下行链路方向上)通信的问题。为了能够在两个节点之间进行双向通信，存在两种公知的用于双工两个(前向或下行链路，和反向或上行链路)通信链路的不同方法，以克服装置不能在同一资源介质上同时发送和接收的物理限制。第一种是频分双工(FDD)，它涉及通过将发送介质再分成两个不同频带(一个用于DL通信，另一个用于UL通信)同时但在不同频带上操作两个链路。第二种是时分双工(TDD)，它涉及在同一频带上操作两个链路，但按时间来再分对于介质的接入，使得在任意时间点仅DL或UL在利用该介质。尽管这两种方法都有它们的优点，并且IEEE 802.16标准并入了FDD和TDD模式两者，但本说明书的剩余部分主要参照TDD模式。
OFDMA的、本发明与其特别有关的变型例是可扩展(scaleable)OFDMA或SOFDMA。在SOFDMA中，基于系统要占用的信道的带宽来扩展FFT尺寸或所用的子载波数。IEEE 802.16e规范限定了FFF尺寸为128、512、1024以及2048，从而可以在从1.25MHz到20MHz范围内的信道中使用SOFDMA PHY，而不必显著改变子载波间距，其可以基于传播信道条件(即，移动性和衰落)而优化。另外，OFDMA提供了限定如何将物理子载波分组为逻辑子信道的多种“子载波分配”方案。一种子载波分配方法被称为频率分集(diverse)发送，其中，逻辑子信道包括分布在整个频率范围上(称为子载波的完全使用或FUSC)或者分布在子载波的一些子集内(称为子载波的部分使用或PUSC)的子载波。另一种子载波分配方法-频带自适应调制和编码，或MAC，通过对物理相邻的子载波进行分组来形成子信道。同一帧可以在时间维上的分离“区”中采用这两种技术。OFDMA系统中的资源如上所述以时隙为单位进行分配。根据使用的子载波分配方案，每个时隙都由一个、两个或三个OFDM符号上的一个子信道构成。
OFDMAPHY还涵盖了在各种突发中使用的调制和前向纠错(FEC)编码技术。通常来讲，调制和编码速率的类型将取决于用户相对于小区地点的范围和信号传播环境，即，取决于在MS处接收到了来自BS的多强的信号，因为这决定了可在BS与MS之间实现的数据速率。这种技术的一个量度是每个用户所经历的信号与噪声加干扰比。对于具有高SINR的用户来说，可以使用具有高速率卷积turbo码(例如，5/6)的64级电平正交振幅调制(64QAM)。对于具有较低SINR的用户来说，BS可以采用更鲁棒的QAM(16QAM)和/或码率，而对于具有更低SINR的用户来说，进一步转到QPSK和/或更低的码率。针对每个用户的下行链路和上行链路突发，BS可以使用不同的调制技术。通过选择恰当的调制技术，可以最小化发送中的差错并且最优化链路效率。图1例示了在IEEE802.16e-2005标准(WiMAX)的OFDMA物理层模式中使用的TDD帧结构。OFDMA物理层利用上述子载波分配技术将可用OFDM符号和组成子载波(参见图1)分成不同的逻辑和物理子信道，从而允许多个突发在每个时间间隔中共存。每个帧都被分成DL和UL子帧，DL和UL子帧都是离散发送间隔。在下行链路DL上，单个突发可以被几个用户(用户站)共享，但在上行链路UL上，每个突发通常都对应于单个用户。在WiMAX系统中，DL子帧可以包含用于FUSC、PUSC以及AMC的区，而UL子帧可以包含用于PUSC或AMC的区。在图1中，该帧可以被视为占用了指定时间长度和指定频带，图1中用“OFDMA符号数”来表示时间维度，而用“子信道逻辑数”来表示频率维度(每个子信道都是一组上述子载波)。子帧通过发送/接收以及接收/发送转换防护间隔或间隙(分别为TTG和RTG)来分离。TTG和RTG使BS和MS有时间在接收和发送模式之间进行切换。每个DL子帧都以前导码开始，跟着是帧控制报头(FCH)、DL-MAP以及(如果有的话)UL-MAP。FCH包含用于指定突发配置文件和DL-MAP的长度的DL帧前缀(DLFP)。DLFP是在每一帧开始时发送的数据结构并且包含与当前帧有关的信息；它被映射至FCH。DL分配可以是广播、多播以及单播，并且它们还可以包括针对除了服务BS以外的另一BS的分配。
DL子帧包括具有DL-MAP和UL-MAP的广播控制字段，BS借此将帧结构通知给接收装置。MAP是帧中的带宽分配的映射并且还包含其它PHY信令相关消息。它由图1所示的多个信息元(MAP_IE)组成，每一个信息元都包含连接ID。MAP_IE通知它们的连接已经被指配了(多个)突发的移动站来发送和接收信息。因而，在TDD和FDD模式网络中，带宽分配是指在帧内分配资源(时隙)。
每个DL突发都为“2-D”结构，该“2-D”结构在频率和时间维度上都有限定的范围。因而，MAP_IE必须向MS通知不仅关系到频谱(频带)的部分，而且关系到其中发生突发的子帧持续时间的部分。该信息是以相对于第0逻辑子信道的子信道偏置(频率)和相对于子帧开始的符号偏置(时间)的形式来提供的。在图1的示例中，在DL子帧内，每一个MS都被分配了2-D突发，用于在从BS到MS的下行链路上发送数据。至于上行链路，当前WiMAX标准将UL分配定义为横跨相关区的整个持续时间的延伸，如果仅定义了一个区，则它可以是整个子帧，大体如图1所示，但具有蛇形图案(未示出)，使得针对单个连接的分配可以延期至下一个频带。因此通常来讲，因为仅需要持续时间参数，并且对于AMC的情况来说，还有相对于前一分配的时隙偏置，所以UL分配比限定DL分配更简单。各个MAP_IE将突发链接至移动站的相应连接，如该图中箭头所示。对于诸如视频流的服务的情况来说，下行链路上的资源分配量可能需要是上行链路上的资源分配量的许多倍。
图1示出了其中在DL和UL子帧内向七个用户各自分配了一个突发的示例，其中经由MAP_IE的信令已经稍微有点复杂，但实际系统可能需要在同一帧中同时服务更多用户，或者单个用户可能占用更多突发。因而，MAP_IE的数量可以增大，增加了被控制信令占用的DL子帧的比例而减小了可用于数据的比例。
因此，需要改进上述类型的系统中的信令机制，尤其是在它们被扩展以支持更大系统带宽的情况下。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种无线通信方法，其中，基站以帧为单位与多个用户站进行通信，每个帧都被设置成具有：包括多个符号的特定持续时间、包括子载波或子信道总数的特定频率带宽，以及用于将这些子载波分组成多个子信道的至少一个子载波分配方案，每个帧都各自包含被分配给这多个用户站中的每一个的突发，并且每个突发都占用了所述符号和子信道的对应子集。
在该方法中，优选的是，通过从基站发送来的包括一个或更多个字段的相应控制消息向这多个用户站中的每一个通知其被分配的突发的特征；该方法包括以下步骤：根据当前使用的帧构成来改变该控制消息中包括的一个或更多个字段的长度。
每个控制消息都可以包括限定了该突发的符号偏置的第一字段，该字段中的比特数是根据帧持续时间和子载波分配方案而设置的。
除了或者代替上述第一字段，每个控制消息都可以包括限定了该突发中的符号数的第二字段，并且该字段中的比特数是根据该帧持续时间和该子载波分配方案来设置的。
每个控制消息都可以包括或者还包括限定了该突发的子信道偏置的第三字段，并且该字段中的比特数是根据子信道总数来设置的。
每个控制消息都可以包括或者还包括限定了该突发中的子信道数的第四字段，并且该字段中的比特数是根据该子信道总数来设置的。
在优选实施方式中，该帧构成还包括多个区，这多个区使用不同子载波分配方案在该基站与这多个用户站之间进行传输，并且其中，第一字段和第二字段中的比特数取决于用于该突发所属区的子载波分配方案。
另外优选的是，每个帧都包括下行链路子帧和上行链路子帧，并且所述控制消息包含在该下行链路子帧中包含的至少一个下行链路映射的映射信息元中。可以在下行链路子帧的各个区中采用不同的子载波应用方案；这些可以包括子载波区部分使用和自适应调制和编码区。
该方法还可以包括以下步骤：该基站在至少一个所述帧中指定一信息，该信息指定了发生了改变的所述一个或更多个字段的长度。此外，该无线通信方法还包括以下步骤：将当前使用的帧构成改变成具有不同持续时间、频率带宽和/或子载波分配方案的另一种帧构成，并且该基站在下一帧中重新指定指定了所述一个或更多个字段的长度的所述信息。在该实施方式中，优选的是，在一个帧中执行了所述指定步骤后，针对连续多帧省略所述指定步骤，直到当前使用的帧构成发生改变或者达到刷新超时为止。
在其中每个帧都包括下行链路子帧和上行链路子帧的构成中，所述信息优选地包含在一个下行子帧的下行信道标识符中。该信息可以是TLV编码的。
本发明的第二方面提供了一种无线通信系统，其中，基站以帧为单位与多个用户站进行通信，每个帧都具有可变构成，该可变构成包括：包括多个符号的限定持续时间、包括子载波或子信道总数的限定频率范围，以及用于将这多个子载波分组成子信道的至少一个子载波分配方案，每个帧都各自包含被分配给这多个用户站中的每一个的突发，并且每个突发都由所述符号与子信道的对应子集来限定，通过从基站发送来的相应控制消息向这多个用户站中的每一个通知其被分配的突发的特征；其中该基站被设置成，根据当前使用的帧构成来构造具有某一尺寸的每个控制消息。
每个控制消息都包括以下一个或更多：
限定了该突发的符号偏置的第一字段，该字段中的比特数被设置成考虑到该帧持续时间和该子载波分配方案而需要的最小数；
限定了该突发中的符号数的第二字段，该字段中的比特数被设置成考虑到该帧持续时间和该子载波分配方案而需要的最小数；
限定了该突发的子信道偏置的第三字段，该字段中的比特数被设置成考虑到该子信道总数而需要的最小数；以及
限定了该突发中的子信道数第四字段，该字段中的比特数被设置成考虑到该子信道总数而需要的最小数。
在优选实施方式中，每个帧都包括下行链路子帧和上行链路子帧，至少该下行链路子帧中的帧构成还包括使用不同子载波分配方案从该基站向这多个用户站进行发送的多个区，其中，所述第一字段和所述第二字段都存在于每个控制消息中，并且其中，第一字段和第二字段中的比特数取决于用于该突发所属区的子载波分配方案。
系统中的用户站被设置成，根据所述控制消息的尺寸信息来解码该控制消息，该尺寸信息是从该基站发送来的。这种尺寸信息可以在其下行链路子帧的下行链路信道标识符内发送。
该系统可以使SOFDMA系统，其中当前使用的帧构成可以通过在时域和/或频域上缩放来改变。
本发明的第三方面提供了一种基站，该基站用于在无线通信系统中通过以帧为单位发送和接收数据而与多个用户站进行通信，每个帧都具有这样一种构成，该构成包括：包括多个符号的限定持续时间、包括子信道总数的限定频率范围，以及用于将这多个子载波分组成子信道的至少一个子载波分配方案，该基站被设置成：根据通过网络接收到的构成信息来设置这些帧；构造连续帧以包括被分别分配给这多个用户站中的每一个的突发，每个突发都占用了所述符号和子信道中的一部分；以及通过向这多个用户站中的每一个发送各自的控制消息来向每一个用户站通知其被分配的突发的特征；其特征在于，该基站被设置成，根据当前使用的帧构成来确定每个控制消息的格式，并且将这样确定的控制消息格式通知给这多个用户站。
每个控制消息都包括多个字段，该基站被配置为通过改变下列字段中的任一字段来确定每个控制消息的格式：
限定了该突发的符号偏置的第一字段，该字段中的比特数根据该帧持续时间和该子载波分配方案而改变；
限定了该突发中的符号数的第二字段，该字段中的比特数根据该帧持续时间和该子载波分配方案而改变；
限定了该突发的子信道偏置的第三字段，该字段中的比特数根据子信道总数而改变；以及
限定了该突发中的子信道数的第四字段，该字段中的比特数根据子信道总数而改变。
在优选实施方式中，这些帧是均包括下行链路子帧和上行链路子帧的多个OFDMA帧，为该下行链路子帧和该上行链路子帧中的至少一个提供了所述控制消息，并且该基站被设置成，通过向该下行链路子帧中包括的下行链路信道描述符中添加信息而将该控制消息格式通知给每个用户站。
本发明的第四方面提供了一种用户站，该用户站用于在无线通信系统中通过以帧为单位发送和接收数据而与基站进行通信，每个帧都具有这样一种构成，该构成包括：包括多个符号的限定持续时间、包括子信道总数的限定频率范围，以及用于将这多个子载波分组成子信道的至少一个子载波分配方案，该用户站被设置成在每个帧中接收并解码向该用户站通知该帧内的资源分配的控制消息，其特征在于：
该用户站可根据与该控制消息分离地接收到的该控制消息的尺寸信息来解码该控制消息。
这里，该尺寸信息包括下列至少一个：所述控制消息中用于限定资源分配的符号偏置的比特数、所述控制消息中用于限定被资源分配占用的符号数的比特数、所述控制消息中用于限定资源分配的子信道偏置的比特数，以及所述控制消息中用于限定被资源分配占用的子信道数的比特数。
该用户站适于使用多个OFDMA帧进行通信，每个OFDMA帧都包括下行链路子帧和上行链路子帧，该控制消息涉及至少该下行链路子帧内的资源分配，该用户站被设置成，基于被添加到该下行链路子帧的下行链路信道描述符中的尺寸信息来解码该控制消息。
本发明还包括一种软件，该软件在被无线通信系统中的基站的处理器执行时，分别提供了上述基站或用户站。
本发明还提供了一种在无线通信系统中使用的帧格式，该帧具有可变构成，该可变构成包括：被分成多个符号的限定持续时间、被分成多个子载波的限定带宽，以及用于将这多个子载波分组成子信道的至少一个子载波分配方案，每个帧都各自包含被分配给多个用户站中的每一个的至少一个突发，并且每个突发都由所述符号和子信道的对应子集来限定，其中，该帧格式包括控制消息，通过该控制消息向这多个用户站中的每一个通知其被分配的突发的特征，所述控制消息具有针对当前使用的帧构成而最优化的尺寸。
附图说明
通过举例对附图进行说明，其中：
图1示出了提出的符合IEEE 802.16e-2005的TDD OFDMA无线通信系统中的帧结构；
图2示出了具有用于PUSC和AMC的区的OFDMA帧结构；而
图3是实施本发明的用于确定将被用于表示符号偏置、符号数、子信道偏置以及子信道数的值的方法的流程图。
具体实施方式
如在上述介绍中概述的，在基于OFDMA的通信系统(例如，802.16-2004和802.16e-2005)中，为了向其小区内的每个固定或移动用户站分配资源，基站(BS)首先调度二维(2xD，频率和时间维度)资源分配和相关发送参数，如发送功率、用于与每个MS连接的调制和编码方案。接着，BS利用图1所示的MAP_IE(MAP信息元)将该分配和相关信息发送给每个MS。每个MAP_IE都对应于下行链路中的一个“突发”，但每个MAP_IE/突发都可以被用于多个连接。下面，还将MAP_IE称为“控制消息”。
然而，在当前提出的诸如802.16e-2005的基于OFDMA的无线通信系统中，物理层中因这种控制信令而造成的开销很棘手，尤其是在每帧调度了大量用户时。这种不希望的开销主要源于MAP的结构，其中需要大量比特向MS通知该帧内它的资源。这种开销特别发生在如上所述限定DL分配时。在当前提出的系统中，UL分配的限定很少有问题，尽管这可能在将来的系统中有所改变。这种开销可以造成严重的容量和吞吐量劣化，尤其是在每帧调度了大量用户时。在这种情况下，必须利用DL和UL MAP以及DL和UL MAP_IE向每个用户分配帧内的资源。对这种大开销有所贡献的这些MAP中的每一个内的主要参数是16比特CID和2-D分配比特(包括如下所述的子信道偏置和符号偏置)。每个用户都需要这些实体中的每一个，而在大多数情况下，每帧向一个用户分配一个突发。
已经概括地对图1的帧结构进行了描述，而下面将更详细地进行描述，从而可以更清楚地理解上述问题。
在TDD帧结构中，第一符号被主要用于同步目的的前导码(Preamble)所占用。前导码之后的第二和第三符号是FCH。FCH被利用公知的格式发送并且提供足够的信息来解码随后的MAP消息，即，MAP消息长度、编码方案和活动子信道。FCH后面是可以跟着UL-MAP的DL-MAP。这些MAP消息提供了与该帧内针对以外信道的分配资源(时隙)有关的信息。这些MAP包含在帧内限定了突发的DL-MAP_IE和UL-MAP_IE(例如，一个MAP_IE将涉及该帧内的一个突发)。这些控制消息内的信息(如子信道偏置和符号偏置)是至关重要的，因为它们被MS用于分配子帧内的资源。诸如CID(连接标识符)、调制和编码方案以及子信道数的其它信息也是至关重要的，因为它们解决了对突发内的数据的成功解调和解码。可以结合压缩MAP来使用子MAP(用户通过它能够在它们的控制信号被分组到一起时利用同一调制方案)和RCID(缩减CID，其利用比全CID更少的比特来标识这种用户组)，来最小化在发送上述信息时招致的开销。上述消息被广播，即，发送至由BS服务的所有用户，但在每个子MAP上使用的调制和编码基于每个消息中调度的最小用户需求而改变。
DL和UL MAP之后可以存在当前的下行链路信道描述符(DCD)和/或上行链路信道描述符(UCD)。DCD和UCD将被基站(BS)以周期性间隔发送，以限定与下行链路和上行链路突发的构成和格式有关的特定参数。DCD或UCD在可分段广播连接上发送。它不需要每帧发送，通常每几秒钟发送一次DCD就足够了(其可以包含几百或几千帧)并且可以将消息分段并跨越许多帧来发送这些片段。经TLV(类型、长度、值)编码的该信息可以包括诸如TTG和RTG时间、中心频率、BS ID、帧持续时间以及切换类型的参数。而且在DCD和UCD内将包含突发配置文件的描述，该突发配置文件被用于下行链路和上行链路子帧内的突发。该信息还被TLV编码并且可以包括诸如FEC类型、编码率以及调制的信息。一旦被限定，就经由被称为下行链路间隔使用码(DIUC)和上行链路间隔使用码(UIUC)的数字索引将这些配置文件引用在后继帧中的DL和UL MAP_IE中。通过对DL-MAP_IE和UL-MAP_IE(它们分别包含DIUC和UIUC)进行解码，移动站(MS)可以确定其被分配的突发上所使用的突发配置文件(即，调制和编码方案)。如果在针对物理信道的TLV编码信息或突发配置文件内的任何设置发生了改变，则DCD和/或UCD必须被更新并且如前所述(即，在DL和UL MAP之后)被发送。
考虑到每帧已经调度了许多用户的情况，那么，因这种信令机制而招致的开销，更具体地说，MAP_IE控制消息的长度可能对系统的可用容量产生严重影响，从而导致用户吞吐量的劣化。而且，为了提供全小区覆盖，广播MAP(其必须按较慢但鲁棒的QPSK 1/2速率来发送)通常需要一次或更多次重复，以确保所有用户都能成功地解调出和解码出期望的控制信息。在大多数情况下，DL和UL MAP将根据期望的小区覆盖百分比和主要传播环境而重复4或6次。因此，显见的是，重复的广播数据将显著增大帧内的开销，结果，降低了系统的容量。
在当前基于WiMAX的系统中，存在这样的机制，即，降低因必须确保所有用户都接收到该广播控制信息而造成的较大开销的影响，例如，控制信息可以被分离成多达三个子MAP和一个压缩MAP，并且可以针对每个子MAP来改变调制和编码方案。利用多个子MAP消息，可以基于它们各自的SINR按更优化速率来发送针对不同用户的控制信息。而且，可以利用缩减的CID，其使用被截短的3、7或11比特基本CID而非通常的16比特值。然而，在DL中基于2-D分配的介质接入的基本排布结构仍然产生了低效的机制，尤其是对于支持大量用户来说。如前所述，2-D分配元将呈现在每个DL-MAP_IE中。表1强调了用于表示PUSC的子帧内的2-D资源的比特数。
  2-D参数   比特数
  符号偏置   8
  子信道偏置   6
  符号数   7
  子信道数   6
表1.2-D分配比特
如表1所示，通常使用四个参数来限定2-D中的资源分配(突发)，至少对于当前提出的WiMAX系统中的DL资源分配是这样。符号偏置和符号数决定了突发在时间维度上的起点和范围。子信道偏置和子信道数限定了突发在频率维度上的位置和范围。在每个DL-MAP_IE中，这些比特值(即，每个控制信息的相应字段所占用的比特数)是固定的，任何时候都不能改变(注意，在UL-MAP_IE中，2-D分配比特仅对于CDMA测距(ranging)分配(将通过UIUC＝12来表示)是需要的)。然而，本发明人已经认识到将会有益的是，允许用于上述值中的一个或更多个比特数可变，以针对使用中的帧格式来恰当地调整控制信息的尺寸。原则上，上述四个参数中的任一个或更多个的尺寸可以改变，尽管实际上它们可以如下被分组成两对，这种尺寸可变因SOFDMA与可变帧尺寸的组合而成为可能。
第一项措施是使用于符号偏置和符号数的比特数可变，因为它们可以由预定的DL子帧长度来确定。最初，在开发IEEE 802.16标准期间，这些值基于针对OFDMA PHY的2048的FFT和20ms的帧持续时间。然而，众所周知的是，20ms帧不足以支持用户以中到高移动性行进。一般而言，5ms帧被认为是最佳持续时间，因此，表示符号偏置和符号数所需的比特数将分别小于8和7。而且，在TDD系统中，实际DL子帧持续时间在持续时间方面通常会更短，而且在将来的演进中可以被进一步缩减以改进移动性支持。
第二项措施是使用于子信道偏置和子信道数的比特数可变。表1中表示的6比特字段被设置成容纳2048FFT尺寸，但并不是所有的实际WiMAX系统都使用2048FFT。目前在WiMAX论坛配置文件中，仅使用了512和1024FFT尺寸。实际上，可以是这样，一旦建立了系统，就维持相同的FFT尺寸；然而，至少在某些应用中，还可以缩减这些值的比特长度。
因而，表1所示不可缩放值对于最坏情况是固定的(例如，20ms帧、2048FFT)，从而导致不必要且增大的信令开销，尤其是在每帧调度了大量用户时。
因而，本发明提供了一种新颖的信令机制，其中，针对特定的帧构成，缩减了控制信息中使用的用于表示2-D资源分配的比特数，并且进行了优化。通常，帧持续时间和FFT都是可设置的，在这种情况下，多达表1中列举的并且在控制信息中使用的全部四个参数都可以在基站中恰当地调整尺寸。
针对用于关联了DL-MAP_IE的区的帧持续时间和子载波分配方案，符号偏置和符号数是可缩放的。另外可选的或者代替的是，子信道偏置和子信道数可以基于选定的FFT尺寸而优化。这些值中的任何一个或全部(即，每个字段中用于表示上述参数的比特数)可以被TLV编码并且在DCD内发送。如上所述，DCD仅被周期性地发送，由此，用于参数字段长度的值并没有向每个帧添加开销。因此，在后续帧中，MS接着获知用于表示这些参数的比特数，并由此获知DL-MAP IE中的字段尺寸。一个另选但并不是非常优选的可能性是将长度信息置于FCH中；因为在每一帧中都将不必要地发送相同的信息，因此效率并不高。
在某些系统中，一旦确定了恰当的帧持续时间/尺寸，就可能不需要改变帧构成。在这种情况下，MS可以被预先设置，可以在制造期间或在部署之前，设置控制消息中的每个字段的尺寸。在其它系统中(如在SODMA中设置的)，对于帧构成来说，可能希望动态地重设置，从而不同值可以变得适于MAP_IE中的比特长度。如果出于任何理由需要改变这些值，则DCD可以被更新并且利用新的TLV编码参数被发送。
关于缩减开销，这种方法可能潜在地非常有益，尤其是在选择了短帧持续时间(即，2ms)的情况下。在这种情况下，仅需要较少比特数来表示符号偏置和符号数参数。如果这些值可针对帧持续时间和子信道方案来缩放，则与现有IEEE 802.16e-2005系统相比，可以在一定程度上缩减信令开销。
如前所述，本发明的实施方式允许DL-MAP_IE内的2-D分配比特字段尺寸，并且如果需要，UL-MAP_IE可缩放。此外，这些比特还可以针对已经分配了突发的区内所使用的子载波分配方案而缩放。在突发被分配在部分使用子信道(PUSC)区内的情况下，可以进一步缩减用于表示符号偏置和符号数的比特数。这其中的原因在于PUSC时隙被定义为一个子信道乘两个OFDMA符号，因此，对于整个区来说，仅需要2的倍数来表示符号偏置和符号数。然而，在突发被分配在自适应调制和编码(AMC)区内的情况下，仍可以再次缩减用于表示符号偏置和符号数的比特数。这是因为，在AMC的构成为2×3的情况下，将时隙定义为三个OFDMA符号上的54个子载波(包括导频)，因此，对于整个区来说，仅需要3的倍数来表示符号偏置和符号数。
图2例示了在此描述的针对下行链路子帧的两种情况。根据图2，显然存在两个区，PUSC和AMC。将通过要被分配资源的那个区的DL区开关IE在DM-MAP内向MS通知。因此，参照图2，AMC符号偏置的值y将根据DL区开关IE来确定。注意，默认情况下，当前OFDMAWiMAX系统中的每一帧中的第一区是PUSC，因此，PUSC符号偏置的值x应为1。
参照图3，需要下列步骤来确定在DL-MAP_IE内表示符号偏置和符号数所需的比特数。注意，由于仅需要2-D元来分配CDMA测距信道，因而UL-MAP_IE未被解决。
(S1)接收广播DCD。如前所述，它将包含有关物理信道的构成的信息和涉及突发配置文件的信息。
(S2和S3)解码出描述物理信道的TLV信息。根据这个信息，MS将被通知许多参数(其中一些先前已经描述过)。具体来说，决定了表示PUSC和AMC这两个区的DL-MAP_IE内的符号偏置、符号数、子信道偏置以及子信道数据所需的最小比特数的物理信道构成参数。
(S4)解码出描述突发配置文件的TLV信息(即，调制和编码方案)。
(S5)在后续中的DCD内使用所有解码出的信息来解释DL-MAP_IE，直到物理信道参数改变或达到刷新超时为止。
下面，对上述方法的一些可能实现进行说明。
表2概括了在使用PUSC时针对由WiMAX论坛配置文件支持的极端帧构成的四个IE字段中的每一个的所需尺寸，以及该标准中使用的当前字段尺寸。该表表示了针对包括10个IE的情况所得的以比特为单位的IE开销和假定利用了一个子MAP的总开销(其需要使用压缩MAP、子MAP指针以及子MAP消息)。
  情况   符号偏置   符号数   子信道偏置   子信道数   IE开销(比特)   总开销(比特)   信令开销的缩减％
  802.16标准   8   7   6   6   510   709   -
  1024FFT与35DL符号(WiMAX论坛TM配置文件)   5   5   5   5   440   639   9.9％
  1024FFT与26DL符号(WiMAX论坛TM配置文件)   4   4   5   5   420   619   12.7％
  512FFT与35DL符号(WiMAX论坛TM配置文件)   5   5   4   4   420   619   12.7％
  512FFT与26DL符号(WiMAX论坛TM配置文件)   4   4   4   4   400   599   15.5％
表2.针对当前WiMAX系统，DL MAP IE中所需信令比特字段尺寸的概览
根据表2，可以理解，如果已经将可变字段长度技术用于IEEE 802.16系统，则对于所考虑的配置文件，可以将开销缩减达9.8％与15.5％之间，而这将在DCD消息中回报额外的2字节(16比特)。注意：16比特是：用于四个变量的字段尺寸的各3比特，而额外4比特的填充符用于舍入到最近字节上。
就将来的演进而言，可以预料，标准和配置文件将扩展成支持较短帧持续时间(大约1或2ms)和可能更大的FFT尺寸(2048和4096)。
与这些潜在帧构成相比，表3中给出了如果维持当前字段尺寸或者至少将它们调节成解决最坏情况，则可能发生的可变性和获得的开销的表示。
  情况   符号偏置   符号数   子信道偏置   子信道数  IE开销(比特)  总开销(比特)   信令开销的缩减％(参照标准)   信令开销的缩减％(参照最坏情况)
  802.16标准   8   7   6   6  510  709   -   -
  具有14个符号和512FFT的2ms帧   3   3   4   4  380  579   18.3％   21.7％
  具有14个符号和1024FFT的2ms帧   3   3   5   5  400  599   15.5％   18.9％
  具有14个符号和2048FFT的2ms帧   3   3   6   6  420  619   12.7％   16.2％
  具有14个符号和4096FFT的2ms帧   3   3   7   7  440  639   9.9％   13.5％
  具有35个符号和4096FFT的5ms帧   5   5   7   7  480  679   4.2％   8.1％
  具有4096FFT的20ms帧   8   8   7   7  540  739 - -
表3.针对未来的WiMAX系统，DL MAP IE中所需信令比特字段尺寸的概览
为了理解这种开销缩减在容量改变时转换为什么，表4给出了一些示例。
Figure A20081016600000221
表4.本发明中的容量增益的例子
在上表中，假定映射被重复6次并且被QPSK 1/2速率编码，缩减CID的长度为7比特，在分段的PUSC区中发送MAP+子MAP指针和子MAP，并且在分段的区中发送用于数据发送的4(对于35符号/5ms的情况)或2(对于14符号/2ms的情况)个其他符号，而将剩余部分用于全部使用子信道区中的数据发送。
根据表4，可以理解，对于第一种情况来说，9％的信令开销中的对应缩减将获得大约9.4％的容量增大(取决于实际的帧构成)。而对于第二和第三种情况来说，两种情况下15.5％的信令开销的缩减将分别获得37.5％和75％的容量增大。
综上，本发明提供了一种OFDMA无线通信系统中的信令机制，其中用于表示每一帧中的2-D资源分配的比特数减小了，并且针对特定帧构成进行了最优化。在帧持续时间可变的系统中，针对关联了DL_MAP_IE的区的帧持续时间和子载波分配方案，对每个帧的至少DL_MAP中并且可选地还有UL_MAP中的MAP-IE内的用于表示符号偏置和符号数的比特数进行缩放。同样，在FFT尺寸(带宽)可变的系统中，将可变比特数用于子信道偏置和子信道数，其可以基于选定的FFT尺寸和子载波分配方案而最优化。使用中的比特数可以被TLV编码并且在DL_MAP和UL_MAP之后的下行链路信道描述符内发送。因此，在后续帧中，每个用户站都获知了用于表示这些参数的比特数，由此获知了MAP_IE中的字段尺寸，直到诸如DCD的时间被更新为止。这样，缩减了对于大量用户以及某些帧和FFT尺寸来说可能显著的、因MAP_IE招致的信令开销。
以上描述假定BS确定了MAP_IE中的最优字段尺寸，但每个BS单独确定该参数不是必须的。可以使用从中央控制发送给该系统中的每个BS的消息来设置帧构成和MAP_IE的结构。
可以预期的是，因为其关键益处之一在于操作员可以基于他们的需要来选择最优化帧构成，所以对于基于SOFDMA(在频域和时域上都可缩放)的系统来说，未来将存在相当大的需求。在这种系统中，本发明将提供允许针对限定了2D突发的IE的动态可变的字段尺寸。即使在不可缩放系统中(其中，这些系统采用了与上述最坏情况(20ms，2048FFT)不同的帧尺寸)，也可以一劳永逸地地应用本发明，以针对所采用的帧尺寸来最优化地设置字段尺寸。
因此，优选实施方式中的特征为：
·使用于描述信令消息(例如，DL-MAP_IE)中的2D分配的字段的尺寸可变；
·利用第一控制信号(例如，DCD)(其可以在无需获知字段尺寸的情况下恢复)来表示第二控制信号(例如，DL-MAP_IE)中的字段尺寸的构成；以及
·利用在第一构成消息中设置的信息来设置第二消息解释机制，使它可以正确地处理和理解第二设置消息。
可以显著有利于确保最小信令开销。
尽管上面针对无线通信系统中的一种新颖信令方法进行了描述，但本发明可以采取新颖的BS或MS的形式，或者用于该方法的硬件模块，并且可以通过替换或修改由BS和/或每个MS的处理器执行的软件来实现。在采用具有基站的至少一些功能的中继站的无线通信系统中，本发明还可以应用至这种中继站。
因而，本发明的实施方式可以实现为硬件，或者运行在一个或更多个处理器上的软件模块或其组合。即，本领域技术人员应该理解，实际上可以使用微处理器或数字信号处理器(DSP)来实现上述子系统的一些或全部功能。本发明还可以实施为用于执行在此描述的任何方法的全部或部分的一个或更多个装置或装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。采用本发明的这种程序可以被存储在计算机可读介质上，或者例如可以采取一个或更多个信号的形式。这种信号可以是可从互联网网站上下载的，或者在载波信号上提供的，或者任何其它形式的数据信号。
尽管以上描述已经通过举例引用了IEEE 802.16e-2005无线通信系统，但本发明可以应用至其它逐帧进行资源分配的基于帧的通信系统。

Claims (15)

1、一种无线通信方法，其中，基站以帧为单位与多个用户站进行通信，每个帧都被设置成具有：包括多个符号的特定持续时间、包括子载波总数的特定频率带宽，以及用于将这些子载波分组成多个子信道的至少一个子载波分配方案，每个帧都各自包含被分配给这多个用户站中的每一个的突发，并且每个突发都占用了所述符号和子信道的对应子集，通过从该基站发送来的包括一个或更多个字段的相应控制消息向这多个用户站中的每一个通知其被分配的突发的特征；该方法包括以下步骤：根据当前使用的帧构成来改变该控制消息中包括的一个或更多个字段的长度。
2、根据权利要求1所述的无线通信方法，其中，每个控制消息都包括限定了该突发的符号偏置的第一字段，并且该字段中的比特数是根据该帧持续时间和该子载波分配方案来设置的。
3、根据权利要求1或2所述的无线通信方法，其中，每个控制消息都包括限定了该突发中的符号数的第二字段，并且该字段中的比特数是根据该帧持续时间和该子载波分配方案来设置的。
4、根据权利要求1、2或3所述的无线通信方法，其中，每个控制消息都包括限定了该突发的子信道偏置的第三字段，并且该字段中的比特数是根据子信道总数来设置的。
5、根据任一前述权利要求所述的无线通信方法，其中，每个控制消息都包括限定了该突发中的子信道数的第四字段，并且该字段中的比特数是根据该子信道总数来设置的。
6、根据权利要求2或3所述的无线通信方法，其中，该帧构成还包括多个区，这多个区使用不同子载波分配方案在该基站与这多个用户站之间进行传输，并且其中，第一字段和第二字段中的比特数取决于用于该突发所属区的子载波分配方案。
7、根据权利要求1所述的无线通信方法，该无线通信方法还包括以下步骤：该基站在至少一个所述帧中指定一信息，该信息指定了发生了改变的所述一个或更多个字段的长度。
8、根据权利要求7所述的无线通信方法，该无线通信方法还包括以下步骤：将当前使用的帧构成改变成具有不同持续时间、频率带宽和/或子载波分配方案的另一种帧构成，并且该基站在下一帧中重新指定指定了所述一个或更多个字段的长度的所述信息。
9、根据权利要求7或8所述的无线通信方法，其中，在一个帧中执行了所述指定步骤后，针对连续多帧省略所述指定步骤，直到当前使用的帧构成发生改变或者达到刷新超时为止。
10、一种无线通信系统，其中，基站以帧为单位与多个用户站进行通信，每个帧都具有可变构成，该可变构成包括：包括多个符号的限定持续时间、包括子载波总数的限定频率范围，以及用于将这多个子载波分组成子信道的至少一个子载波分配方案，每个帧都各自包含被分配给这多个用户站中的每一个的突发，并且每个突发都由所述符号和子信道的对应子集来限定，通过从该基站发送来的相应控制消息向这多个用户站中的每一个通知其被分配的突发的特征；其中该基站被设置成，根据当前使用的帧构成来构造具有某一尺寸的每个控制消息。
11、根据权利要求10所述的无线通信系统，该无线通信系统被构造为执行权利要求1至9中任意一项所述的方法。
12、一种基站，该基站用于在无线通信系统中通过以帧为单位发送和接收数据而与多个用户站进行通信，每个帧都具有这样一种构成，该构成包括：包括多个符号的限定持续时间、包括子载波总数的限定频率范围，以及用于将这多个子载波分组成子信道的至少一个子载波分配方案，该基站被设置成：
根据通过网络接收到的构成信息来设置这些帧；
构造连续帧以包括被分别分配给这多个用户站中的每一个的突发，每个突发都占用了所述符号和子信道的至少一部分；以及
通过向这多个用户站中的每一个发送各自的控制消息来向每一个用户站通知其被分配的突发的特征；
其特征在于，该基站被设置成，根据当前使用的帧构成来确定每个控制消息的格式，并且将这样确定的控制消息格式通知给这多个用户站。
13、根据权利要求12所述的基站，该基站被构造为充当权利要求1至9中任意一项所述的基站。
14、一种用户站，该用户站用于在无线通信系统中通过以帧为单位发送和接收数据而与基站进行通信，每个帧都具有这样一种构成，该构成包括：包括多个符号的限定持续时间、包括子载波总数的限定频率范围，以及用于将这多个子载波分组成子信道的至少一个子载波分配方案，该用户站被设置成在每个帧中接收并解码向该用户站通知该帧内的资源分配的控制消息，其特征在于：
该用户站可根据与该控制消息分离地接收到的该控制消息的尺寸信息来解码该控制消息。
15、根据权利要求14所述的用户站，该用户站被构造为对权利要求1至9中任意一项所述的方法中的控制消息进行解码。
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