CN1250291A

CN1250291A - 通信系统

Info

Publication number: CN1250291A
Application number: CN99120560A
Authority: CN
Inventors: 曹强; 洛伦佐·弗莱德·弗莱伯格; 林孝先; 杰·林; 戴维·约奈特罕·里得; 詹姆斯·莱斯利·斯坦顿
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2000-04-12
Also published as: DE69832878D1; KR100373376B1; EP0993137B1; KR20000028791A; AU5266699A; BR9904390A; AU727121B2; EP0993137A1; DE69832878T2; JP2000115861A; CA2281384A1

Abstract

公开一种在码分多址系统中发射数据的方法,包括的步骤有:在多个数据流中输出对应于多个用户的数据块,每个数据流中的数据块安排成顺序时帧,该时帧有恒定的预定长度;和对于每个给定的时帧,多路复用所有数据流上的数据块。还公开一种通信系统,该系统包含利用这种方法的电路。

Description

通信系统

本发明涉及通信系统，具体涉及通用移动电信服务(UMTS)宽带码分多址(W-CDMA)系统。

按照惯例，CDMA系统中的用户通信业务是电路交换的，且基于‘每个代码一个用户’。一旦建立起呼叫，在请求服务的全部时间内保持联系。专用业务信道(DTCH)分配给上行链路和下行链路的每个占线用户。每个DTCH的特征是唯一的扩展代码，即，分配每个用户一个代码(‘每个代码一个用户’)。在整个对话期间，DTCH被占线用户专用。

这个电路交换方法是健壮的，并通过支持宏分集(软越区切换)，功率控制，和有限的额外开销导致高的系统容量。然而，在宽带多种业务的CDMA系统中，需要支持突发性通信业务。通过调整数据速率，因而调整扩展因子和扩展代码，支持突发性通信业务。需要快速调整扩展代码导致高度复杂的代码分配算法。

另一个适应突发性通信业务的通用方法是通过分组交换数据。ETSI(欧洲电信标准学会)UMTS W-CDMA和ARIB(无线电工业企业协会)W-CDMA建议采用随机存取信道(RACH)/正向存取信道(FACH)以发射偶尔发生的突发性分组数据。这种方案的优点是快速的建立时间，且不需要专用信道。然而，传输机构只采用开环功率控制，并不支持宏分集。

UMTS W-CDMA空中接口一个众所周知的问题是缺乏下行链路代码。在现有技术中，只使用一个下行链路扰码。与每个扰码相联系的是信道化代码树。一组代码，即，代码树的一个分支，分配给每个用户(分配代码组以促成峰值数据速率)。每个用户所用的诸代码组是互相正交的。只要每个用户代码(来自该代码组)的定时是严格地受到控制，干扰电平(或互相关性质)不会增大。由于只有一个下行链路扰码和代码组分配给每个用户的峰值数据速率，出现代码匮乏的问题。增大扰码的数目(该扰码是不正交的)并不能缓解该问题。然而，它却使互相关性质变坏，并影响该系统的容量。而且，它不能提高代码使用效率。

对于代码信道分配给突发性分组数据用户的数据传输而言，这个问题就特别地严重；由于分组交换服务的突发性，低效率地使用该代码。

数据速率的每次跳跃要求改变物理信道，因而改变了代码。所以，在一段时间内使用许多不同的代码。若数据速率太高，单个物理信道不能适应，则需要同时使用多个代码。

在上行链路中，给每个用户分配唯一的扰码，每个扰码与信道化代码树相联系。因此，不存在代码匮乏的问题。

有人建议引入另一个代码层，从而增大每个小区的扰码数目，以缓解该问题。然而，增大每个小区的扰码数目无助于提高代码效率，而且还增加接收机的复杂性。

为了简化代码分配和提高代码利用效率，有人建议，在单个物理的专用业务信道上多路复用许多突发性分组数据以发射分组数据。这个多路复用方案采用两个现有的分组数据传输技术：多个分组数据用户使用一个公共控制信道；和给每个分组数据用户分配单个专用物理信道。

与RACH/FACH和‘每个代码一个用户’分组数据传输的传输方案比较，这个方案确实具有优点：所建议的方案简化了正交扩展代码的分配，而保持每个代码一个用户传输(即，闭环功率控制)的优点。这个方法的缺点是：要求使用不必要的大量额外开销以达到高效代码的目的，并且比确实需要提供不必要的灵活性以实现这个目的。所以，本发明的目的是提供这样一种发射分组数据的技术，它最大限度地减小与常规系统中下行链路代码匮乏相联系的问题，且在最小的附加额外开销程度下，要求最少地改动物理层结构。

按照本发明，提出一种在码分多址系统中发射数据的方法，包括的步骤有：在多个对应的数据流中输出涉及多个相应用户的数据块，每个数据流中的数据块安排成顺序时帧；以及对于每个给定的时帧，多路复用所有数据流上的数据块。顺序时帧可以有变化的长度。

本发明还提出一种码分多址通信系统，在该系统中数据是以多个数据流发射，每个数据流与多个用户终端之一相联系，每个包括与每个用户相关的数据块的用户数据流被安排成时帧，其中在对应于每个用户数据流的时帧中的数据块在单个信道上被多路复用。

因此，提出了一种在单个下行链路共用信道上多路复用许多分组数据用户的方案，为的是缓解UTMS W-CDMA系统中代码分配算法复杂性和下行链路代码匮乏的问题。在进行多路复用时，利用复合传输块的概念。

图1概略地表示部分的UMTS层结构；

图2说明示范性三用户系统中提供给物理层的传输块；

图3是一种常规的物理层结构示意图，用于处理图2中的传输块；

图4表示按照本发明在示范性三用户系统中传输块处理的示意图；和

图5表示一种常规的物理层结构示意图，按照本发明处理图4中的传输块。

参照图1，画出移动用户与基站之间接口两端上产生的诸层。最低层2(第一层)是物理层，下一层4(第二层)是数据层，再下一层6(第三层)是网络层。图1中还画出另外一些较高层，便于说明用参考数字8表示。如图1所示，数据层4还包含媒体访问控制(MAC)子层4a，和网络层6还包含无线电资源控制(RRC)子层6a。

RRC子层6a负责分配无线电资源，例如，代码，时隙，频带。在MAC子层4a中，来自各个用户的数据流被转变成传输块，以便在物理层中作进一步处理。物理层还通过编码，交错，多路复用等，处理传输块，用于通过空中接口传输。专业人员熟悉图1所示标准的已知诸层结构。

图2表示从MAC子层4进入物理层2的数据分组标准格式。为了便于以下的说明，我们描述有三个用户的W-CDMA系统，但是可以理解，实际上的W-CDMA系统包含极其大量的用户。

参照图2，每个用户与包括来自那个用户发射数据的数据流相联系，其中有用户1，用户2，用户3。箭头10a，10b，10c代表每个用户数据流的方向。从图2可以看出，每个用户的数据被分成若干个固定长度的时帧TF1，TF2，和TF3等。每个用户的时帧长度是相同的。在这个具体例子中，每个时帧的长度为10ms。顺序时帧的长度可以变化。

对于用户1的数据流，时帧TF1包括：用户1的传输块U1_TB1和U1_TB2；时帧TF2包括：用户1的传输块U1_TB3；和时帧TF3包括：用户1的传输块U1_TB4，U1_TB5，和U1_TB6。对于用户2的数据流，时帧TF1包括：用户2的传输块U2_TB1；时帧TF2包括：用户2的传输块U2_TB2和U2_TB3；和时帧TF3包括：用户2的传输块U2_TB4。对于用户3的数据流，时帧TF1包括：用户3的传输块U3_TB1和U3_TB2；时帧TF2包括：用户3的传输块U3_TB3；和时帧TF3包括：用户3的传输块U3_TB4。

图2所示每帧中传输块的不同大小代表不同的数据速率。在任何一个用户的信道中，数据速率可以随帧而变化。因此，举例来说，用户3数据流中的数据速率可以在时帧TF1与时帧TF2之间变化。在一个时帧内，例如，时帧TF1，数据速率可以变化；但是，最可能的情况是，数据速率在用户1，用户2和用户3的不同数据流之间变化。

现在参照图3，简要地描述按照一种常规方法的用户数据流中传输块的处理。图3是在物理层中实现主要功能块的简化图，任何具体应用中的全部实施方案是在专业人员预料之中。

来自用户1数据流的传输块是从MAC子层4a送到信号线12a，形成到物理层的一个输入。来自用户2数据流的传输块是从MAC子层4a送到信号线12b，形成到物理层的一个输入。来自用户3数据流的传输块是从MAC子层4a送到信号线12c，形成到物理层的一个输入。来自每个用户数据流的传输块是在各自的信号线12a，12b，和12c上串行地输入到物理层2。

从图3可以看出，与用户1，用户2，和用户3中每个用户数据流相联系的是各自的编码块14a，14b，14c，速率匹配块16a，16b，16c，和交错块18a，18b，18c。按照该应用中实施的编码方案，编码块14a，14b，和14c对从各自用户数据流中接收到的传输块进行编码。不同的信道化代码分配到每个用户数据流中以适应不同的数据速率。因此，在有大量用户的系统中，需要大量的下行链路代码。

速率匹配块16a，16b，和16c把从用户数据流接收到的传输块数据速率改变成适合于空中接口上传输所需的数据速率。专业人员能够理解，这可能涉及静态速率匹配和动态速率匹配(仅仅在上行链路)。

交错块18a，18b，和18c完成来自用户信道的数据分组交错。专业人员也很熟悉，这种交错可以是帧间或帧内的，利用它使空中接口中衰落的不利影响减至最小。

然后，如此处理过的来自每个用户数据流的各个传输块送到多路复用和调制块20。多路复用和调制块20多路复用从三个用户数据流接收到的处理后数据分组成单个信号；且在多路复用的信号发射到空中接口之前，借助于诸如加载频的方式处理这个信号，如在多路复用和调制块22输出处信号20所表示的。

本发明提出一种新的方法，处理图2所示用户数据流中的传输块。本发明的方法最好利用图4来举例说明。图4相当于图2，其中相同的插图说明和参考数字用于表示类似的元件。图4的上半部分与图2完全相同。现在，再结合参照图5，描述用图4举例说明的本发明，图5概略地说明应用本发明的物理层2的结构。

多路复用器26设置在MAC子层4a中，从每条线12a，12b和12c上各自用户数据流接收传输块作为输入。该多路复用器多路复用从相应时帧中所有用户数据流接收的传输块成线28上的单个信号。

因此，在时帧TF1中从三个用户数据流接收的所有传输块U1TB1，U1_TB2，U2_TB1，U3_TB1，和U3_TB2被多路复用器26多路复用到单条信号线上。时帧TF2和TF3有类似的情况，在那些时帧中接收的所有用户数据流的传输块被多路复用到单条信号线上。

如此建立的单条信号线分别地送到编码块14d，速率匹配块16d和交错块18d，该信号线包含给定时帧中所有用户的传输块，每块的作用是处理多路复用的传输块，其工作方式与图3中编码块，速率匹配块和交错块的工作方式完全相同。

然后，处理过的传输块送到调制块24，作为信号20通过空中接口传输。该调制块相当于图3中的多路复用和调制块22，不同的是，图5所示的装置不需要多路复用。不需要多路复用并不改变物理层中编码/多路复用单元(图3中的单元14，16，18和22)的物理结构。本发明降低了这个单元的复杂性，以及不需要每个用户有一个编码/多路复用单元。

在图3所示的常规安排中，给诸用户分配不同的信道化代码。在本发明的方法中，在MAC子层4a上多路复用许多用户成单个数据流，如图4和图5所示，且利用单个信道化代码。因此，消除了下行链路中代码匮乏的问题，并简化信道化代码的管理。

每个用户数据流的每个时帧中多路复用的传输块称之为复合传输块。利用较高级的信令以区分不同用户的传输块。

在编码块14d中，物理层还添加控制首标(导频信号，功率控制，和速率信息)到用户的传输块上，以保证通过空中的传输质量。正常的UMTS物理层过程也应用于这个阶段。

多路复用器26中被多路复用的用户有共同的传输格式集，它确定下行链路共用传输信道(DSCH)传输信道的有效传输格式集。利用DSCH传输信道，随着每一次用户的添加和删去，DSCH组合集就会更新。经信令链路把有关的变化通知每个共用下行链路信道的用户，该信令链路是在无线电资源控制(RRC)连接装置中建立的。经信令链路在基站与用户之间使用更新的组合集信号交换是同步的。

按照选取的传输格式，采用下行链路共用传输信道的用户是在MAC子层中被多路复用。这种用户多路复用正是不同用户传输块的时间多路复用，且按照传输格式(选自传输格式集)规定的顺序给以安排。

然后，用户多路复用的传输块集被送交共同的编码单元，它是按照经传输格式指示器(TFI)包含在所选传输格式中的信息进行配置。

在接收机处，提取包含在接收的数据流中的TFI，利用来自传输格式的信号配置译码和多路分解单元，该传输格式包含在DSCH组合集中。在接收机MAC子层中，按照包含在传输格式中的信息，多路分解每个用户的传输块集。根据已知传输格式的传输块数目和传输块大小，可以提取属于该用户的传输块集。

根据各个用户对服务要求的质量(例如，延迟，传输速率等)，确定一个时帧中复合传输块的数目。一个传输间隔(时帧)中许多复合传输块意味着，可以利用多个代码通过空中接口传输。当一个传输间隔中有太多的复合传输块时，MAC子层4a可以应用调度功能安排用户通信业务的先后顺序。

可以理解，需要复制图3中编码块，速率匹配块和交错块的次数直接地取决于用户的数目。然而，在按照图5的本发明中，对于增多的用户数目，没有增多的电路额外开销。把多路复用功能合并到MAC子层4a中，对于有许多用户的系统，大大地简化物理层2的复杂性。在实施本发明时，要求部署单个处理单元，而多个处理单元必须用在常规的安排中。

因此，本发明不要求对确定的物理层编码/多路复用单元作任何的结构变化。

在编码单元(14d)之上配置用户多路复用器，导致MAC子层和RRC子层中略微多一些处理的额外开销，因为需要更多的智能来多路复用诸用户和分配资源。然而，此处提出一种比现有方案较简单的方法，具有较少不必要的复杂性，这意味着较少的额外开销。

当一个传输间隔或时帧中有太多的复合传输块时，可以结合本发明利用MAC子层4a安排用户通信业务的先后顺序。这是可能的，因为分组数据具有突发性以及通常对延迟不敏感。

Claims

1.一种在码分多址系统中发射数据的方法，包括的步骤有：

在多个对应的数据流中输出涉及多个相应用户的数据块，每个数据流中的数据块被安排成顺序时帧；和

对于每个给定的时帧，多路复用所有数据流上的数据块。

2.按照权利要求1的方法，其中顺序时帧有可变化的长度。

3.按照权利要求1或2的方法，还包括步骤：编码每个给定时帧的多路复用数据块用于传输。

4.按照权利要求1至3中任一个的方法，其中数据块是传输块。

5.按照以上权利要求中任一个的方法，其中输出步骤和多路复用步骤是在多址子层中执行的。

6.按照权利要求3至5中任一个的方法，其中编码步骤是在物理层中执行的。

7.按照以上权利要求中任一个的方法，其中在每个用户数据流的每个时帧中的传输块有不同的数据速率。

8.一种码分多址通信系统，其中数据是以多个数据流发射，每个数据流与多个用户终端中的一个相联系，每个包括与每个用户相关的数据块的用户数据流被安排成时帧，且其中在每个用户数据流的相应时帧中的数据块被多路复用到单个信道上。

9.按照权利要求8的码分多址通信系统，其中顺序时帧有可变化的长度。