CN102932128B - 用于无线通信中小区范围扩展的装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的系统和方法允许空口(OTA)延迟超过与穿过100km距离的传输相关的延迟(大于约0.667ms)，而仍然负担得起UE和eNodeB(基站)设备所需的全部处理时间。

Description

用于无线通信中小区范围扩展的装置、系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年4月27日提交的第61/639707号美国临时专利申请的优先权，在此通过参考详细引入其全部内容，并不放弃。

技术领域

本发明一般涉及无线通信，更具体地，涉及用于无线通信中小区范围扩展的装置、系统和方法。

背景技术

如LTE、WiMAX和HSPA的无线通信标准中包括有快速重传的需求，以提高系统性能。例如，LTE中重传的等候时间是8ms。这意味着LTE系统中发射机侧与接收机侧的全部处理时间加上空口(OTA)延迟应当小于8ms。LET标准规定的支持的小区范围高达100km，其被解释为约0.667ms的来回OTA延迟。对于特定的应用，例如将LTE用作飞行中Wi-Fi服务的回程线路接入方式，LTE用户设备(UE)与基站(eNodeB)之间的距离可以是200km或更远。因而传统的LTE系统无法用于该应用，因为OTA延迟会超过指定的0.667ms，其将限制UE和eNodeB设备的可用处理时间。其他的限制包括LTE标准中限定的LTE前序信号的设计和LTE标准下限定的UE装置中支持的最大上行高级时间。

在某些系统中，来自不同UE的上行信号同时到达eNodeB。这可以用于保持来自不同UE的信号之间的正交性很有用，并且可以用于通过例如分享同一快速傅里叶变换(FFT)引擎简化eNodeB设计。通常的LTE系统中，利用随机接入信道(PRACH)进程得到初始上行同步。即使建立上行同步时，其也可能由于多种原因而最终丢失，包括UE的移动或者UE或eNodeB中本地振荡器的不精确。因此，需要保持上行定时，并且在如LTE标准的一些通信标准中说明了用于上行定时保持的机构。

一般说来，UE接收到来自eNodeB的信号时，定时同步和保持的过程开始。该信号可以包括定时信息，UE使用该定时信息确定下行定时。UE可以随后返回符合其下行接收定时的前序信号。eNodeB而后检测该前序信号，估计等候时间，随后指示UE在两倍的单向等候时间推进其后续的上行传输。利用定时优势同步UE的后续的上行传输。如果UE移动到等候时间不同的位置，定时可能会丧失。因而，eNodeB通常被设置为检测定时偏离并发送周期性的定时更新给UE。

快速重传用于许多基于包的无线通信标准，例如CDMA、EVDO、HSPA和LTE以改进性能。在这些系统中，如果接收器能够编码包，则其发回ACK信号。否则，接收器回复NACK信号。如果发送器接收到NACK，则其重传包。为了支持延迟敏感应用，重传间隔通常非常小。例如，LTE系统仅使用8个子帧(8ms)的重传。UE和eNodeB都需要用于处理上行和下行信号的最小时间量。任意空口(OTA)延迟使用至多一部分的处理时间。因而在很多系统中，设置OTA限制，其有效地限制了eNodeB与UE之间可能的通信范围。例如，在LTE中，典型的OTA限制是68ms，粗略相当于从eNodeB的100km的半径。

发明内容

本发明涉及的系统和方法允许OTA延迟超过与穿过100km距离的传输相关的延迟(大于约0.667ms)，而仍然负担得起UE和eNodeB设备所需的全部处理时间。在一个实施方式中，通过UE从eNodeB的范围限定多个传输状态。例如，状态可以包括“常规状态”、“过渡状态”和“扩展状态”。这种实施方式可以消除或显著减小由eNodeB从位于100km传输区以内的UE接收的信号(常规状态)和从位于100km传输区以外的UE接收的信号(过渡状态和/或扩展状态)的冲突。此外，本实施方式可以减小传输区的错误检测。

在一个实施方式中，一种用于小区范围扩展的方法是无线通信，包括接收来自无线通信网络中的基站的通信。例如，在如移动智能手机中的无线接收器可以接收通信。此外，该方法可以包括响应通信确定从基站的距离。该距离可以利用载有可执行代码的数据处理器确定，该可执行代码包括促使该处理器确定距离的指令。此外，该方法可以包括根据从基站的估计距离和内部传输时间提前能力设定通信定时状态。也可以通过处理器完成设定。最后，该方法可以包括根据由通信定时状态限定的定时方案发送响应给基站。

在一个实施方式中，该方法还可以包括当到基站的距离在第一预定阈值距离之内时设定第一通信定时状态。设定第一通信定时状态时，定时方案不改变响应基站的定时。此外，该方法可以包括当距离大于第一预定阈值距离时设定第二通信定时状态。定时方案将响应基站的定时缩短一个子帧的长度，而后在设定第二通信定时状态时，增加过渡补偿延迟。

在一个实施方式中，该方法还可以包括在距离大于第二预定阈值距离时设定第三通信定时状态，第二预定阈值距离大于第一预定阈值距离。在这种实施方式中，定时方案将响应基站的定时缩短一个子帧的长度。

该方法还可以包括保持对基站的响应直到从基站接收到第二通信，而后根据定时方案响应基站。在PDSCH系统中，该方法可以包括响应从基站接收的第一PDSCH通信自动发送NACK，并在发送响应到基站之前等待基站利用第二PDSCH通信进行响应。类似的，在PUSCH系统中，该方法可以包括自动设定发送器响应来自基站的第一命令不发送，并且在发送PUSCH响应给基站之前等待基站重传命令。

前述说明概括地描述本发明的特征和技术优点，从而可以更好地理解一下本发明的详细说明。本发明的其他特征和优点将在下面说明，形成本发明的权利要求的主题。所属领域技术人员应当理解的是，公开的概念和特定实施方式可以容易地用作改变或设计其他结构以执行本发明的相同目的的基础。所属领域技术人员应当知道这种等同的构造不背离随附权利要求中指出本发明的精神和范围。结合附图考虑时，将根据以下说明更好地理解被认为是关于本发明的构成或工作方法的本发明的特征的新特征与其他目的和优点。但应当清楚地理解的是每个附图都仅用于示范和说明的目的，不被认为是对本发明的范围的限定。

附图说明

为了更完全地理解本发明，先结合附图参考以下说明，其中

图1是表示用于无线通信中小区范围扩展的系统的一个实施方式的示意图；

图2是用于无线通信中小区范围扩展的装置的一个实施方式的示意性框图；

图3是UE装置和eNodeB装置之间距离的三个范围的双向无线通信的图形定时图；

图4是表示根据用于无线通信中小区范围扩展的方法的双向无线通信定时的图形定时图；

图5A、5B分别是配置为用于无线通信中小区范围扩展的上行数据信道PUSCH的改进方法的图形表示；

图6A、6B分别是配置为用于无线通信中小区范围扩展的下行数据信道PDSCH的改进方法的图形表示。

具体实施方式

图1是表示用于无线通信中小区范围扩展的系统100的一个实施方式的示意图。在描绘的实施方式中，系统100包括基站(eNodeB)102，其被配置为与一个或多个用户设备(UE)装置104-108无线通信。在一个实施方式中，第一UE装置104可以位于eNodeB102的正常范围内。如上所述，在LTE系统中，从eNodeB102的正常范围110是由LTE标准限定的100km。在其他通信系统中，例如WiMAX中，正常范围110可以与LTE标准中的不同。如图1所示，UE104可以确定其位于eNodeB102的正常范围110内并且在其通信电路内设定常规状态设置。

此外，系统100包括两个UE装置106、108，其位于正常范围110外部。例如，UE108可以位于扩展范围的区域114中，UE106可以位于过渡区域112中。所属领域的技术人员将认识到根据本实施方式可以限定多个范围或区域。在图1的实施方式中，UE106在其通信电路内设定过渡状态设置，UE108在其通信电路内设定扩展状态设置。

图2是用于无线通信中小区范围扩展的装置的一个实施方式的示意性框图。在一个实施方式中，图2表示UE装置104-108的通信电路的至少一部分。在一个实施方式中，装置包括UE芯片上系统(SoC)装置202。在多个实施方式中，SoC202可以是可编程的数据处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、可编程的逻辑芯片(PLC)等等。UESoC202可以产生输出204，该输出204耦合到延迟逻辑装置206和多路器(MUX)210。此外，控制线212可以耦合在UESoC202和MUX210之间，以控制MUX210使用从UESoC202的输出204或使用来自延迟逻辑206的输出208。MUX210随后生成输出，该输出被数字-模拟转换器(DAC)装置214转换以与eNodeB102通信。

此外，UESoC202可以耦合到模拟-数字转换器(ADC)装置216以接收输入线路218上来自eNodeB102的数据和命令。在一个实施方式中，UESoC202可以使用从输入线路218上接收的数据和命令获得的信息，以确定UE104-108是否位于正常范围110、过渡范围112、扩展范围或来自eNodeB102的其他范围。而后，UESoC202可以使用这种信息将UESoC202中的状态设置设定为多个状态中的一个。例如，状态可以包括“常规”状态、“过渡”状态和“扩展”状态。在一个实施方式中，UESoC202的状态可以确定发送回eNodeB102的通信的定时。例如，在常规状态下，UE104可以根据限定的常规定时发送通信给eNodeB102。在扩展状态下，UESoC202可以调整定时以响应早1子帧的时间提前。在特定实施方式中，UESoC202可以促使UE108比其在常规状态下提前1ms响应eNodeB102，但此外，可以利用内部延迟或延迟逻辑206增加一些延迟，从而响应的定时大于正常状态中可能的定时，但小于扩展状态下的定时提前。

UESoC202可以随后根据SoC202的状态设定穿过控制线路212的MUX210上的控制以确定是否使用延迟。在另一实施方式中，UESoC202可以包括另一控制线路(未表示)，用以设定延迟逻辑206中的延迟时间。或者，延迟逻辑206可以被预设为预定的延迟期间。

图3是UE装置104-108与eNodeB102之间的双向无线通信的图形化定时图。具体地，图3表示LTE定时图的一个实施方式。在这种实施方式中，完全往返通信的周转时间在8ms的时间周期内完成。8ms的时间周期可以被分为八个相等的子帧长度(SFL)，其中每个SFL是1ms。

在第一行，eNodeB102可以以间隔K传送命令到UE104。用于ENODEB102和UE104之间的传输的OTA延迟表示为“d”。因此，dms后，UE104接收命令并开始处理命令。通常UE104应当具有三个SFL以处理命令，但是该时间利用2dms的完全往返通信OTA延迟缩短。LTE系统中之前的UE装置被配置为处理时间为2d的完全OTA延迟小于或等于0.667ms。在一个实施方式中，该时间延迟对应于eNodeB与UE104之间100km的全距离。

因此，UE104在K+4-2dms传送响应从而得到用于eNodeB102的正确处理时间的定时，并允许UE104和eNodeB102之间的通信同步。应当理解的是，eNodeB102与UE106、108之间的距离超过正常范围110，OTA延迟2d可以很长以至于处理时间不足以用于UE106、108处理命令和准备响应。

图4表示根据用于无线通信中小区范围扩展的方法的双向无线通信定时的图形定时图。在该实施方式中，当确定UE106、108位于正常范围110外时，可以配置UESoC202为设定“早1子帧”标志。如图5A-5B中进一步说明的，上行数据信道UE106、108上可以保持PUSCH包传输，直到eNodeB102发送重传命令。下行链路上，如图6A-6B中进一步说明的，UE106、108可以被配置为总是传输NACK以响应来自eNodeB104的第一接收的PDSCH包，从而促使eNodeB102重传PDSCH包。这使得UE106、108具有充分的3ms时间周期以处理响应，并且随后从eNodeB102传达对第二命令的及时响应。尽管由于eNodeB必须重传命令，这可能产生一些延迟，但使UE能够有效地增加传输范围到正常范围110的两倍或更多，这是因为即使OTA延迟很长以至于UE106、108一般不具有足够的处理时间，仍允许UE106、108与eNodeB102同步通信。

图5A-5B是配置为用于无线通信中小区范围扩展的上行数据信道PUSCH的改进方法的图形表示。图5A表示正常的上行数据信道PUSCH命令和响应时间表。该时间表可以用于正常范围110范围内的UE104。在一个实施方式中，eNodeB102发送用于新的包传输的命令给UE104。作为响应，UE104可以处理命令并在预定时间帧内生成PUSCH包。如果eNodeB102无法解码包，其可以发送NACK命令给UE104用以重传包。作为响应，UE104可以重传PUSCH包。eNodeB102将继续发送NACK命令直到包被正确解码，此时eNodeB可以发送ACK命令并设置UE104不回复，或者可以为新的包发送另一命令。

图5B表示用于无线通信中小区范围扩展的改进方案。在该实施方式中，由于时间不足以准备PUSCH的新传输，在UESoC202接收到用于新的包传输的命令时，可以设置UE106、108不回复。因此，UE106、108保持其使PUSCH传输直到其接收到来自eNodeB102的重传命令。如果准备了PUSCH包以响应新的包命令，则UE106、108响应来自eNodeB102的重传命令，在规定的时间立即传输PUSCH包。如果PUSCH包被正确解码，则eNodeB102可以发送ACK命令并设置UE104不回复，或者可以为新的包发送另一命令。如果PUSCH包没有被正确解码，则eNodeB102可以发送NACK重传命令给UE106、108，直到解码正确的PUSCH包。

图6A-6B是配置为用于无线通信中小区范围扩展的下行PDSCH包传输的改进方法的图形表示。如图6A所示，为了在eNodeB102和正常范围110内的UE104之间通信，eNodeB102可以将PDSCH包传输给UE104。如果UE104能够正确解码PDSCH，其将发回ACK命令。如果UE104无法正确解码PDSCH，其将发送NACK命令给eNodeB102，用以重传PDSCH包。

如图6B所示，UE106、108可以被配置为响应来自eNodeB102的任意新的PDSCH包传输，总是发送NACK命令，这是因为到需要UE106、108发送ACK/NACK响应时，UE106、108可能没有时间解码PDSCH包。作为重传PDSCH包的响应，UE106、108将根据之前传输的相同PDSCH包的解码结果发送ACK/NACK响应。

尽管已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解的是也可以进行多种改变、替换和变更而不背离由权利要求限定的本发明的精神和范围。此外，本发明的范围并非旨在限于说明书中记载的处理、装置、制造、主题组合、机构、方法和步骤的特定实施方式。根据本发明公开的内容，所属领域技术人员容易理解，可以根据本发明使用现有的或随后发展的、与此处说明的相应实施例进行实质上相同的功能或得到实质上相同的结果的处理、装置、制造、主题组合、机构、方法或步骤。因而，权利要求旨在将这些处理、装置、制造、主题组合、机构、方法或步骤包含在其范围内。

Claims (21)

1.一种用于无线通信中小区范围扩展的方法，包括：

在无线接收器处接收来自无线通信网络中的基站的通信；

响应所述通信，利用处理器确定与基站的距离；以及

利用处理器根据与基站的估计距离和内部传输时间提前能力设定通信定时状态；

根据由通信定时状态限定的定时方案通过无线发送器将对接收的通信的响应发送给基站。

2.根据权利要求1的方法，还包括当与基站的距离在第一预定阈值距离内时，设定第一通信定时状态。

3.根据权利要求1的方法，其中设定第一通信定时状态时，定时方案不改变对基站的响应的定时。

4.根据权利要求2的方法，还包括当该距离大于第一预定阈值距离时，设定第二通信定时状态。

5.根据权利要求4的方法，其中定时方案将响应基站的定时缩短一个子帧的长度，而后在设定第二通信定时状态时，增加过渡补偿延迟。

6.根据权利要求4的方法，还包括在距离大于第二预定阈值距离时设定第三通信定时状态，第二预定阈值距离大于第一预定阈值距离。

7.根据权利要求6的方法，其中定时方案将响应基站的定时缩短一个子帧的长度。

8.根据权利要求1的方法，还包括保持对基站的响应直到从基站接收到第二通信，而后根据定时方案响应基站。

9.根据权利要求1的方法，还包括响应从基站接收的第一PDSCH通信自动发送NACK，并在发送响应到基站之前等待基站利用第二PDSCH通信进行响应。

10.根据权利要求1的方法，还包括自动设定发送器响应来自基站的第一命令不发送，并且在发送PUSCH响应给基站之前等待基站重传命令。

11.一种用于对无线通信中小区范围扩展进行操作的设备，所述设备包括：

用于在无线接收器处接收来自无线通信网络的基站的通信的装置；

用于响应所述通信、利用处理器确定与基站的距离的装置；

用于利用处理器根据与基站的估计距离和内部传输时间提前能力设定通信定时状态的装置；以及

用于根据由通信定时状态限定的定时方案通过无线发送器将对接收的通信的响应发送给基站的装置。

12.一种用于无线通信中小区范围扩展的系统，包括：

基站，该基站被配置为用于无线通信；

UE装置，该UE装置被配置为与基站无线通信，该UE装置包括：

无线接收器，该无线接收器被配置为接收来自无线通信网络中的基站的通信；

耦合到无线接收器的处理器，该处理器被配置为：

响应所述来自无线通信网络中的基站的通信，确定与基站的距离；以及

根据与基站的估计距离和内部传输时间提前能力设定通信定时状态；以及

耦合到处理器的无线发送器，该无线发送器被配置为根据由通信定时状态限定的定时方案将对接收的通信的响应发送给基站。

13.根据权利要求12的系统，其中该处理器还被配置为当与基站的距离在第一预定阈值距离内时，设定第一通信定时状态。

14.根据权利要求12的系统，其中设定第一通信定时状态时，定时方案不改变对基站的响应的定时。

15.根据权利要求13的系统，其中该处理器还被配置为当该距离大于第一预定阈值距离时，设定第二通信定时状态。

16.根据权利要求15的系统，其中定时方案将响应基站的定时缩短一个子帧的长度，而后在设定第二通信定时状态时，增加过渡补偿延迟。

17.根据权利要求15的系统，其中该处理器还被配置为在距离大于第二预定阈值距离时设定第三通信定时状态，第二预定阈值距离大于第一预定阈值距离。

18.根据权利要求17的系统，其中定时方案将响应基站的定时缩短一个子帧的长度。

19.根据权利要求12的系统，其中UE还被配置为保持对基站的响应直到从基站接收到第二通信，而后根据定时方案响应基站。

20.根据权利要求12的系统，其中UE还被配置为响应从基站接收的第一PDSCH通信自动发送NACK，并在发送响应到基站之前等待基站利用第二PDSCH通信进行响应。

21.根据权利要求12的系统，其中UE还被配置为自动设定发送器响应来自基站的第一命令不发送，并且在发送PUSCH响应给基站之前等待基站重传命令。