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DE20302241U1 - Benutzervorrichtung mit Transportblocksatz-Segmentierung - Google Patents

Benutzervorrichtung mit Transportblocksatz-Segmentierung

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DE20302241U1
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Description

181472GM
BENUTZERVORRICHTUNG MIT TRANSPORTBLOCKSATZ-SEGMENTIERUNG
HINTERGRUND
Diese Erfindung betrifft allgemein drahtlose Kommunikationssysteme. Im Besonderen betrifft die Erfindung die Übertragung von Daten in solchen Systemen, wo adaptive Modulations- & Kodierungs- (AMC = adaptive modulation & coding) und hybride automatische Wiederholungsanforderungs- (H-ARQ = hybrid automatic repeat request) Techniken angewendet werden.
Bei drahtlosen Kommunikationssystemen, wie etwa den Zeitduplex- (TDD) oder Frequenzduplex- (FDD) Kommunikationssystemen des Partnerschaftsprojektes der dritten Generation (third generation partnership project, 3GPP), welche Codemultiplex-(CDMA) oder Orthogonalfrequenzmultiplex- (OFDM) Systeme verwenden, wird AMC (automatic modulation and coding) verwendet, um die Verwendung von Funkressourcen zu optimieren.
Die Modulations- und Kodierungsschemata (-Sätze), die verwendet werden, um Daten zu übertragen, werden auf Basis der Bedingungen des drahtlosen Kanals variiert. Zur Illustration: Für ein CDMA-System könnte sich die Art der Datenkodierung (Turboversus Faltungskodierung), die Kodierungsrate oder der Spreizfaktor ändern, für ein OFDM-System könnten sich der Modulationstyp (wie etwa Quadraturphasenumtastungsmodulation versus M-ary Quadraturamplitudenmodulation), und/oder die Anzahl der Zwischenträger ändern. Wenn die Kanaleigenschaften sich verbessern, wird ein "weniger robuster" Modulations- und Kodierungssatz bzw. einer mit niedrigerer Datenredundanz verwendet, um die Daten zu übertragen. Als ein Resultat werden für eine gegebene Zuweisung mehr Benutzerdaten übertragen, was in einer höheren effektiven Datenrate resultiert. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Kanaleigenschaften sich verschlechtern, ein "robusterer" Modulations- und Kodierungssatz und/oder einer mit höherer Datenredundanz verwendet, wodurch
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-2-
weniger Benutzerdaten übertragen werden. Durch die Verwendung von AMC kann eine Optimierung zwischen der Ausnützung der Funkressourcen und der Dienstgüte (QOS) besser aufrecht erhalten werden.
Bei solchen Systemen werden Daten zur Übertragung durch die Luftschnittstelle in Übertragungszeitintervallen (TTI = transmission time interval(s)) empfangen. Daten innerhalb eines TTI, die an eine bestimmte Benutzervorrichtung übertragen werden, werden als ein Transportblocksatz (TBS = transport block set) bezeichnet. Für eine bestimmte Zuteilung von Funkressourcen gestattet ein weniger robuster Modulationsund Kodierungssatz größere TBS-Größen, und ein robusterer Modulations- und Kodierungssatz gestattet nur kleinere TBS-Größen. Für eine bestimmte Zuteilung von Funkressourcen gestattet ein weniger robuster Modulations- und Kodierungssatz größere TBS-Größen, und ein robusterer Modulations- und Kodierungssatz gestattet nur kleinere TBS-Größen.
Bei solchen Systemen kann ein hybrider automatischer Wiederholungsanforderungs- (H-ARQ-)Mechanismus verwendet werden, um die Dienstgüte (QOS) aufrecht zu erhalten und die Effizienz der Funkressourcen zu verbessern. Ein System, das H-ARQ verwendet, wird in Figur 1 gezeigt. Ein Sender 20 überträgt eine TBS über die Luftschnittstelle unter Verwendung eines bestimmten Modulations- und Kodierungssatzes. Der TBS wird von einem Empfänger 26 empfangen. Ein H-ARQ-Dekodierer 30 dekodiert den empfangenen TBS. Wenn die Qualität der empfangenen Daten unannehmbar ist, fordert ein ARQ-Sender 28 eine erneute Übertragung des TBS an. Ein Ansatz zur Überprüfung der Qualität des empfangenen TBS ist eine zyklische Redundanzprüfung (CRC). Ein ARQ-Empfänger 22 empfängt die Anforderung und eine erneute Übertragung des TBS wird von dem Sender 20 durchgeführt. Um die Wahrscheinlichkeit der erfolgreichen Übertragung zu erhöhen, können erneute Übertragungen einen robusteren Modulationsund Kodierungssatz anwenden. Der H-ARQ-Dekodierer 30 kombiniert die empfangenen TB S-Versionen. Eine Anforderung für die Kombination besteht darin, dass die kombinierten TBS-Größen identisch sind. Wenn die resultierende Qualität noch immer unzureichend ist, wird eine weitere erneute Übertragung angefordert. Wenn die resultierende Qualität ausreichend ist, so dass der kombinierte TBS die CRC-Prüfung besteht, wird der empfangene TBS für die weitere Verarbeitung freigegeben. Der H-
ARQ-Mechanismus gestattet, dass empfangene Daten mit unannehmbarer Qualität möglicherweise mit einem robusteren MCS erneut übertragen werden, um eine erfolgreiche Übertragung sicherzustellen und die gewünschte Dienstgüte (QOS) aufrecht zu erhalten.
Ein weiterer Ansatz besteht darin, den TBS unter Verwendung des alten Modulationsund Kodierungssatzes erneut zu übertragen. Wenn jedoch die Kanalbedingungen die Verwendung eines robusteren Modulations- und Kodierungssatzes zwingend erforderlich machen oder die ursprüngliche Übertragung stark verfälscht wurde, könnte die Kombination der erneut übertragenen TBSs die Prüfung niemals bestehen, was in einem Übertragungsfehler resultiert.
Bei einem System, das sowohl H-ARQ als auch AMC verwendet, kann eine Veränderung in dem Modulations- und Kodierungssatz als notwendig erachtet werden, um die erfolgreiche Übertragung einer angeforderten erneuten Übertragung eines TBS zu erreichen. In dieser Situation variiert die maximale Menge von physikalischen Datenbits, die innerhalb des TTI zulässig sind, mit dem Modulations- und Kodierungssatz.
Da nur ein TBS pro TTI existiert, entspricht die effektive Benutzerdatenrate der TBS-Größe, die auf jedes TTI angewendet wird. Um maximale Datenraten zu erzielen, wird die größte TBS-Größe auf den am wenigsten robusten Modulations- und Kodierungssatz innerhalb des TTI angewendet. Wenn die Bedingungen des drahtlosen Kanals einen robusteren Modulations- und Kodierungssatz für die erfolgreiche Übertragung erfordern, kann eine solche TBS-Größe innerhalb des TTI nicht unterstützt werden. Daher müssen jedesmal, wenn eine Anforderung einer robusteren Modulation und Kodierung realisiert wird, alle ausstehenden Übertragungen in H-ARQ-Prozessen mit von diesem MCS nicht unterstützten TBS-Größen, die noch nicht erfolgreich quittiert wurden, verworfen werden.
In derzeitigen Implementierungen wird, wenn ein TBS nicht erfolgreich durch Verwendung der AMC- & H-ARQ-Mechanismen übertragen werden kann, die Wiederherstellung von dem RLC-Protokoll (RLC = radio link control) (in Schicht zwei)
behandelt. Im Gegensatz zur H-ARQ-Wiederherstellung gescheiterter Übertragungen, führt die RLC-Fehlerdetektion, Datenwiederherstellung und -pufferung eines in dem Node-B anstehenden TBS, zu erhöhten Transportkanal-Blockfehlerraten und Übertragungslatenz, was potentiell darin resultiert, dass QO S-Dienstgüteanforderungen nicht erfüllt werden können.
Dementsprechend ist es wünschenswert, alternative Ansätze zur Wiederherstellung nicht erfolgreicher Übertragungen in solchen Systemen zu besitzen, um die Unterstützung hoher Datenraten zu gestatten, wenn AMC- und H-ARQ-Techniken angewendet werden.
ZUSAMMENFAS SUNG
Eine Benutzervorrichtung empfängt Daten eines Transportblocksatzes. Der Transportblocksatz wird unter Verwendung adaptiver Modulation und Kodierung gesendet. Die Benutzervorrichtung verwendet einen hybriden automatischen Wiederholungsanforderungsmechanismus in der physikalischen Schicht. Die Benutzervorrichtung umfasst einen Empfänger, der an eine Antenne gekoppelt ist. Der Empfänger empfängt einen Transportblocksatz und bestimmt, ob der empfangene Transportblocksatz eine spezifizierte Qualität erreicht. Der Empfänger empfängt Segmente des Transportblocksatzes in nachfolgenden Übertragungen. Die Segmente werden mit einem unterschiedlichen Modulations- und Kodierungssatz als der Transportblocksatz übertragen. Zumindest zwei der Segmente werden separat übertragen. Ein hybrider automatischer Wiederholungsanforderungs-Dekodierer ist an den Empfänger gekoppelt und bestimmt, ob jeder Transportblocksatz eine spezifizierte Qualität erreicht. Ein automatischer Wiederholungsanforderungs-Sender überträgt eine Wiederholungsanforderung, wenn der Transportblocksatz und die Segmente die spezifizierte Qualität nicht erreichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG(EN)
Figur 1 ist eine Ausfuhrungsform eines drahtlosen H-ARQ-Kommunikationssystems.
Figur 2 ist eine Illustration eines segmentierten TBS.
Figur 3A ist eine Illustration eines segmentierten TBS mit einer Steuernachricht, die außerhalb des Bandes gesendet wird.
Figur 3B ist eine Illustration eines segmentierten TBS mit Segmentidentifikatoren.
Figur 3C ist eine Illustration eines segmentierten TBS mit Segmentidentifikatoren, der außerhalb des Bandes gesendet wird.
Figur 4 ist eine Illustration eines segmentierten TBS mit Transportsequenznummern.
Figur 5 ist eine Ausführungsform eines drahtlosen Kommunikationssystems mit segmentierten TBS.
Figur 6 ist ein Flussdiagramm der Segmentierung eines TBS.
Figur 7 ist eine Illustration der Segmentierung eines TBS in drei Segmente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Die Transportblocksatz-Segmentierung kann in einer Reihe von drahtlosen Kommunikationssystemen, wie etwa FDD/CDMA-, TDD/CDMA- und OFDM-Kommunikationssystemen, verwendet werden.
Um hohe Datenraten zu unterstützen, werden große TBS-Größen auf jedes TTI angewendet. Um eine erneute Übertragung großer TBS-Größen mit robusteren Modulations- und Kodierungssätzen zur Sicherstellung einer erfolgreichen Übertragung zu gestatten, werden Segmentierungsinformationen mit der TBS-Übertragung vorgesehen. Figur 2 illustriert einen TBS mit Segmentierungsinformationen (SI) in einem TTI. Die Daten innerhalb des illustrierten TBS wird in mehrere Segmente, Segment 1 bis Segment N, segmentiert. Jedes Segment wird so dimensioniert, dass es eine Datengröße
aufweist, die durch einen robusteren Modulations- und Kodierungssatz unterstützt werden kann. Segmentierungsinformationen (SI) werden mit den TBS-Daten gemultiplext. Obwohl die Segmentierungsinformationen in Figur 2 als Kopfsatz (header) gezeigt werden, können die Segmentierungsinformationen an einer beliebigen Stelle innerhalb der Struktur der TBS-Übertragung (innerhalb des Bandes) angeordnet werden. Die Segmentierungsinformationen können zur Segmentierung des TBS verwendet werden.
Als Alternative illustriert Figur 3A die Verwendung der Steuersignalisierung zum Senden von Segmentierungsinformationen. Das Steuersignal wird auf einem von den Segmentdaten Segment 1 bis Segment N (innerhalb des Bandes) getrennten Kanal (außerhalb des Bandes) gesendet. Die Segmentierungsinformationen zeigen die Art an, wie der TBS segmentiert wurde, zur Verwendung bei der Rekonstruktion des ursprünglichen TBS in dem Empfänger.
Figur 3B illustriert die Verwendung eines Segmentierungsidentifikators (SID) als Segmentierungsinformationen innerhalb des Bandes. Jedes Segment, Segment 1 bis Segment N, besitzt einen entsprechenden Segmentidentifikator, SID 1 bis SID 2, der mit den Daten dieses Segmentes gemultiplext (innerhalb des Bandes) ist. Figur 3 C illustriert die Verwendung eines SED als Segmentierungsinformationen außerhalb des Bandes.
Figur 4 illustriert einen bevorzugten Segmentierungsidentifikator für einen segmentierten TBS. Die Medienzugangssteuerung (MAC = medium access controller) ordnet jedem potenziellen Segment eine Übertragungssequenznummer (TSN — Transmission sequence number) zu. Wenn die TBS segmentiert wird, werden die Daten eines jeden Segments mit der TSN dieses Segmentes verknüpft. Wie in Figur 4 gezeigt, besitzt jedes Segment seine eigene TSN, TSN 1 bis TSN N. Bei einem drahtlosen Kommunikationssystem, dass HARQ einsetzt, werden jedem TBS TSNs zugeordnet, um eine sequentielle Verarbeitung zu gestatten. Die Verwendung der TSN als Segmentidentifikator reduziert die erforderlichen Modifikationen und minimiert die zusätzliche Komplexität des Systems, um eine Segmentierung zu erreichen.
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Figur 5 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Senders 44 und eines Empfängers 46 zur erneuten Übertragung eines TBS in Segmenten. Der Sender 44 kann entweder an einer Benutzervorrichtung oder an einer Basisstation / einem Node-B angeordnet werden. Der Empfänger 46 kann entweder an einer Basisstation / einem Node-B oder an einer Benutzervorrichtung angeordnet werden. In derzeitigen Systemimplementierungen wird AMC typischerweise in der Abwärtsrichtung verwendet. Dementsprechend dient die bevorzugte Implementierung der Transportblocksegmentierung der Verwendung bei der Unterstützung von AMC für die Abwärtsrichtung. Für andere Systeme, die AMC in der Aufwärtsrichtung verwenden, kann die Transportblocksegmentierung auf die Aufwärtsrichtung angewendet werden.
Ein Sender 30 überträgt eine TBS über die Luftschnittstelle 36. Ein Empfänger 38 empfängt die übertragene TBS. Ein H-ARQ-Dekodierer 42 dekodiert jeden empfangenen TBS. Wenn der TBS den Qualitätstest nicht besteht, wird durch den ARQ-Sender 40 eine Anforderung für eine erneute Übertragung gestellt. Ein ARQ-Empfänger 32 empfängt die Anforderung und leitet die TBS zur erneuten Übertragung. Der erneut übertragene TBS wird durch den H-ARQ-Dekodierer 42 kombiniert und ein weiterer Qualitätstest wird durchgeführt. Sobald der TBS den Qualitätstest besteht, wird er für die weitere Verarbeitung freigegeben.
Eine AMC-Steuerung 34 wird auch in Figur 5 gezeigt. Wenn die Kanalbedingungen sich ändern, kann die AMC-Steuerung eine Änderung in dem Modulations- und Kodierungssatz initiieren, der zum Übertragen der Daten verwendet wird. Figur 6 ist ein Flussdiagramm, das eine solche Veränderung in der AMC illustriert, die zwischen erneuten H-ARQ-Übertragungen auftritt. Ein übertragener TBS besteht den Qualitätstest nicht, und eine erneute Übertragung wird angefordert (Schritt 50). Als Illustration anhand von Fig. 7 wird ein TBS übertragen, und die empfangene Übertragung besteht den Qualitätstest nicht, wie durch ein "X" angezeigt. Es wird bestimmt, dass ein Wechsel auf einen robusteren Modulations- und Kodierungssatz für eine erfolgreiche Übertragung erforderlich ist (Schritt 52). Da ein robusterer Modulations- und Kodierungssatz benötigt wird, ist eine erneute Übertragung des TBS mit derselben Größe nicht möglich. Der H-ARQ-Prozess wird zurückgesetzt, und der TBS wird unter Verwendung der TBS-Segmentierungsvorrichtung 46 segmentiert (Schritt 54). Typischerweise ist bei der
Segmentierung in der physikalischen Schicht ein Zurücksetzen des H-ARQ-Prozesses für die richtige Funktion nicht notwendig. Jedes Segment oder jeder Teilsatz von Segmenten des ursprünglichen TBS hat eine Größe, die mit dem neuen Modulations- und Kodierungssatz kompatibel ist. Als Illustration anhand von Fig. 7 wird die ursprüngliche TBS in drei Segmente SEGl, SEG2 und SEG3 segmentiert. Die Segmente werden mit dem robusteren Modulations- und Kodierungssatz erneut übertragen (Schritt 56).
Jedes Segment oder jeder Teilsatz von Segmenten wird individuell unter Verwendung des neuen Modulations- und Kodierungssatzes übertragen. Wie in Figur 7 illustriert werden SEG 1, SEG2 und SEG3 separat übertragen und empfangen. Abhängig von der Wahl der Modulation und der Kodierung ist es auch möglich, dass ein beliebiger Teilsatz separat übertragen und empfangen werden kann (SEGl & SEG3, oder SEG2 & SEG3, etc.). Wenn eine Übertragung eines Segmentes oder eines Teilsatzes von Segmente misslingt, fordert der ARQ-Sender 40 eine erneute Übertragung dieses Segmentes oder dieses Teilsatzes von Segmenten an. Die Übertragung des Segmentes oder des Teilsatzes von Segmenten und die erneute(n) Übertragung(en) werden kombiniert, bis das Segment oder der Teilsatz von Segmenten den Qualitätstest besteht.
Um den zusätzlichen Overhead zu reduzieren, der durch die Segmentierungsinformationen erforderlich ist, bestimmt vorzugsweise der Node-B selektiv, wann die Segmentierungsoption verwendet werden soll. Zur Illustration: Wenn die Kanalbedingungen sich verschlechtern oder vorhergesagt wird, dass sich diese verschlechtern, kann die Segmentierungsoption verwendet werden. Diese Bestimmung kann auf Kanalqualitätsmessungen, Erfolgs-ZMisserfolgsraten früherer Übertragungen für bestimmte Modulations- und Kodierungssätze, oder anderen Kriterien basieren. Eine Segmentierungssteuerung 48, vorzugsweise in dem Node-B, wie in Fig. 5 gezeigt, entscheidet, ob eine Segmentierung unterstützt wird. Die Segmentierungssteuerung koordiniert den Betrieb mit der MAC, um die Segmentierungsinformationen zu dem TBS hinzuzufügen. Die Segmentierungsentscheidung kann auf verschiedenen Faktoren basieren, wie etwa Zellbelastung, hinzugefugte Benutzer, Anzahl der vorhergehenden erneuten Übertragungen und gemessene Kanalqualität.
• ·

Claims (1)

  1. Benutzervorrichtung zur Übertragung von Daten eines Transportblocksatzes, der unter Verwendung adaptiver Modulation und Kodierung gesendet wurde und einen hybriden automatischen Wiederholungsanforderungsmechanismus in der physikalischen Schicht besitzt, wobei die Benutzervorrichtung umfasst:
    einen Empfänger, der an eine Antenne gekoppelt ist, zum Empfangen eines Transportblocksatzes und zur Bestimmung, ob der empfangene Transportblocksatz eine spezifizierte Qualität erreicht, und zum Empfangen von Segmenten des Transportblocksatzes in nachfolgenden Übertragungen, wobei die Segmente mit einem anderen Modulations- und Kodierungssatz als der Transportblocksatz übertragen werden und zumindest zwei der Segmente separat übertragen werden.
    einen hybriden automatischen Wiederholungsanforderungs-Dekodierer, der an den Empfänger gekoppelt ist, zur Bestimmung, ob jeder Transportblocksatz und jedes Segment eine spezifizierte Qualität erreicht; und
    einen automatischen Wiederholungsanforderungs-Sender zur Übertragung einer Wiederholungsanforderung, wenn der Transportblocksatz oder die Segmente die spezifizierte Qualität nicht erreichen.
DE20302241U 2002-02-13 2003-02-12 Benutzervorrichtung mit Transportblocksatz-Segmentierung Expired - Lifetime DE20302241U1 (de)

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