CN101188480A - 传输确认信号的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在使用自动重复请求(ARQ)方案的移动无线通信***中控制功率的方法，尤其涉及一种根据***所要求的接收错误容许概率，以不同功率传输ACK/NACK信号的响应(ACK/NACK)信号功率控制方法。当在自动重复请求(ARQ)***中发送和接收ACK/NACK信号时，因为可以根据每个ACK/NACK信号区分开信号的发射功率，根据满足每个信号所需错误率的发射功率而传输ACK/NACK信号，所以能减少传输NACK信号所需的功率消耗。

Description

传输确认信号的方法和设备
本申请是发明专利申请03100226.9的分案申请。
技术领域
本发明涉及确认信号，尤其涉及移动通信中的确认信号。
背景技术
移动无线信道经常以信道的不可预测性为特征，尤其是瑞利(Rayleigh)衰减和长期屏蔽衰减而导致的信道的不可预测性。由于诸如同信道干扰、相邻信道干扰、传播路径损耗和多路径传播(即瑞利衰减)等几个因素的作用，信道质量降低。当衰减引起信号电平低于噪声或干扰电平时，则典型情况下将突发产生传输错误。因此，需要经常采取确切措施，以保持无线信道的传输质量处于可接受水平。
可由接收机接收所传输数据的可靠性来衡量无线信道连接的传输质量。例如，可以根据接收机出现的比特错误率(BER)来定义该信道的可靠性。
尤其是，向前纠错(FEC)和自动重复请求(ARQ)是通常用于有噪声和衰减的信道的两种众所周知的错误控制技术。例如，在使用FEC进行错误控制的***中，发射机使用给定的冗余码对数据进行编码，同时已知所用编码的接收机在接收端对数据进行解码。已经研究和/或使用了许多这种使用现有模块或卷积码的***。
在使用ARQ的***中，接收机返回(即回传给发射机)一个确认信号，该确认信号显示了给定的传输分组是否被无错误地接收(该情况下，发送确认信号或″ACK″)，或是否被错误地接收(该情况下，发送否认信号或″NACK″)。如果分组没有被无错误地接收(即，如果发射机接收到返回的″NACK″信号)，则发射机重新传输同一分组，预期该分组在本次传输(或者在后续传输)中被成功接收。
例如，诸如高质量音频、图像和实时视频的多媒体应用的传输要求很低的比特错误率，一般为10-6或更小。即使在使用了很低比率的向前纠错编码的情况下，在无线环境中要获得这种低BER还是一种挑战。
虽然缺点是可变且有时很大的延迟，但ARQ技术提供了非常可靠的通信。同时使用FEC和ARQ技术的混合ARQ方案特别吸引人，其原因在于它们结合了基本ARQ方案的低BER和FEC技术的固定延迟纠错能力。
尽管使用了几个ARQ方案，仍然应该从接收机向发射机传输ACK或NACK信号。通常，ACK信号或NACK信号仅使用一个比特的信号。换句话说，当接收机传输一比特的ACK信号(例如，1)时，发射机认为接收机已经正确接收到了所传输的分组，当接收机传输一比特NACK信号(例如，-1)时，接收机认为该分组没有被接收机正确接收，并重传输相应分组。
使用IMT-2000欧洲标准的UMTS的高速下行链路分组数据接入(下文中称为HSDPA)的***定义了用户设备为基站(节点B)的下行链路数据分组传输发送1比特的上行链路ACK/NACK信号。
在使用如同上述***的分组型数据传输方案的移动无线通信***中，为了快速识别确认信号，接收机发送的ACK/NACK信号将以高功率和能量传输，而不进行任何专门保护，诸如信道编码。例如，目前已标准化的HSDPA***定义了用户设备通过上行链路来传输1比特无信道编码的ACK/NACK信号，从而可通知发射机相应分组是否被接收到。
附图1显示了现有技术的接收机怎样使用一比特来传输响应信号。在接收到来自接收机的确认信号的发射机中，门限功率电平从0-向ACK确定区域方向移动，使发射机确定(DTX：不连续传输，即，未发送确认信号)为NACK。然而，在接收机中，在绝对功率电平(ΔA)上，NACK信号的实际发射功率大体上和ACK信号的实际发射功率相同。
因为接收机(例如，使用高速下行链路分组接入方案(以下简称为HSDPA)的用户设备)使用一比特传输ACK/NACK信号，所以有意地把这个1比特地实际发射功率设定为大功率和能量，其目的在于快速识别数据分组的确认信号。
在这种特殊情况中，ACK信号的实际发射功率大体上等于所需功率，从而存在相对于0的ΔA功率差。同样，NACK信号的实际发射功率在相反极性上大体等于相对于0的ΔA功率差。功率电平是根据信道状态而浮动的相对无线信道基准值的相对值。
尽管发射机向接收机传输分组，但可能发生这种情况：因为接收机没有检测到要接收的数据分组，所以接收机不发送任何确认信号(ACK/NACK信号)。
在该情况下(DTX：不连续的传输)，如果对***这样设计：假设发射机传输分组之后，不管在特定时间周期内该分组被接收与否，接收机在该时间周期内没有发送任何确认信号(ACK或NACK信号)，同时，如果发射机的门限功率电平是0，则发射机必须确定这里缺少的确认信号是ACK信号或NACK信号中的一个。
如果把无响应(DTX)确定为ACK信号，则发射机认为接收机已正确接收了相应分组，传输下一个分组，从而发生了数据丢失。为防止数据丢失，发射机应该把DTX情况看作为接收到了NACK信号。如图1所示，为达到该目的，确定是否接收到ACK/NACK信号的门限可向ACK信号的方向移动。
在无线通信***的衰减无线信道环境中，确认信号的确定错误可能性，即把从接收机传输的ACK信号确定为NACK信号(ACK_NACK错误)或把NACK信号(NACK_ACK错误)确定为ACK信号，可能大于有线通信***的有线信道环境中的确认信号的确定错误可能性。这两种错误对***性能的影响并不相同。所以在HSDPA的标准化过程中，对确定错误的可接受概率进行了定义。令人遗憾地是，现有***对ACK信号和NACK信号使用相同的发射功率，其功率使用效率很低。
发明内容
本发明的目的在于至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供了下文所描述的优点。
因此，本发明克服了现有技术的缺点，并在使用自动重复请求(ARQ)方案的***中有效地执行了功率控制，本发明的目的在于提供一种根据***所许可的接收错误而以不同功率传输ACK/NACK信号的响应(ACK/NACK)信号功率控制方法。
因此，为了由数据接收部分降低在ACK/NACK信号传输中所需的功率消耗，本发明提出了一种当传输确认信号时，使NACK信号的发射功率与ACK信号的发射功率不同的方法。
根据本发明的一个方面，响应信号包含：收到信息(ACK)和未收到信息(NACK)，以及未收到信息的信号发射功率是小于还是大于收到信息的信号发射功率。
根据本本发明的另一个方面，未收到信息的信号发射功率对应于该***所需错误率极限的发射功率。
根据本发明的另一个方面，未收到信息的信号发射功率小于收到信息的信号发射功率的一半。
由使用自动重复请求(ARQ)传输至少一个确认信号的方法可以完全或部分地达到本发明的目的和优点，该方法包括：用距基准功率电平的第一规定功率电平差来传输第一确认信号，以及用距基准功率电平的第二规定功率电平差来传输第二确认信号，其中，第一规定功率电平差和第二规定功率电平差相互不同。
由包括以下装置的设备可以完全或部分地达到本发明目的和优点，该设备包括：用于接收数据的装置，用于传输具有第一功率电平的ACK信号的装置，以及用于传输具有第二功率电平的NACK信号的装置，其中，第二电平并不是以第一电平为基础。
通过一种基于自动重复请求，在使用ACK信号和NACK信号的设备中避免错误的方法可以完全或部分地达到本发明的目的和优点，该方法包括：确定所需的ACK信号功率电平，避免把ACK信号错误地确定为NACK信号；根据所需的ACK功率电平而确定该设备的实际ACK发射功率；确定所需的NACK信号功率电平，避免把NACK信号错误地确定为ACK信号；以及确定设备的实际NACK发射功率，其中，实际NACK发射功率不取决于实际ACK发射功率。
本发明的其它优点、目的和特征有一部分将在以下的说明书中进行阐述，有一部分则对于本领域的技术人员经过对以下内容的检验后会变得明了，或者通过本发明的实践而体验到。所附的权利要求书具体指出了本发明的目的和优点。
附图说明
以下参考附图详细描述本发明，其中，相同数字指代相同部件，图中：
图1是示意视图，显示了背景技术的信号电平和ACK/NACK信号的门限确定；
图2是示意视图，显示了根据本发明优选实施例的信号电平和ACK/NACK信号的门限确定；以及
图3是使用本发明优选实施例的***的示意视图。
优选实施例说明
为了提高效率，设计***所要求的ACK_NACK错误率，使该错误率与NACK_ACK错误率不同。还应该限制虽然接收机没有发送ACK或NACK信号，但是发射机却确定ACK信号已被传输的错误(DTX_ACK错误)。另外，应该根据容许错误概率来调节确认信号的发射功率。还需要基本上不降低通信信道的总吞吐量而提高无线传输的质量。
在发射机向接收机传输分组之后，当接收机向发射机传输ACK/NACK信号时，可能发生以下三种错误：
1.在接收机接收到分组之后，即使接收机发出ACK信号作为响应信号，发射机还是确定为接收到了NACK信号(下文中称为ACK_NACK错误)；
2.在接收机接收到分组之后，即使接收机发出NACK信号作为响应信号，发射机还是确定为接收到了ACK信号(下文中称为NACK_ACK错误)；或
3.即使接收机没有发出响应信号，但由于信道错误致使发射机把接收机的无响应(DTX)确定为ACK信号(下文中称为DTX_ACK错误)。
当发生ACK_NACK错误时，发射机重新传输数据分组，接收机简单地抛弃重传分组。因此，ACK_NACK错误对***的影响是相对较小的。
然而，当发生NACK_ACK错误时，虽然接收机没有接收到先前发送的数据分组，发射机也确定为分组被正确传输，并且传输下一个分组。当下一个分组被接收时，接收机发出NACK信号，因为先前分组没有被正确接收，并且发射机没有重传输先前分组，所以会发生数据丢失。因此，发生NACK_ACK错误的概率必须被限制为低概率。
当发生DTX_ACK错误时，即使接收机没有发现发射机已经发送了分组，发射机也确定接收机已完全接收到所传输的分组。因此，该数据被丢失，这类似于NACK_ACK错误。因此，如果没有发出响应信号(NACK)，则发射机必须把无响应确定为NACK信号，以重传该分组。然而，因为DTX_ACK错误是接收机无法检测到数据分组传输时的综合情况，所以***所需限制是变化的。
例如，如果***限制ACK_NACK错误的出现概率低于10-3，NACK_ACK错误的出现概率低于10-4，以及DTX ACK错误的出现概率低于10-3，则根据以下过程可获得响应信号是ACK信号时所需的响应信号发射功率，响应信号是NACK信号时所需的响应信号发射功率，以及用于确定响应信号(响应信号是落入ACK确定区域还是NACK确定区域)的门限功率，该过程：
1.获得决定ACK和NACK之间的响应信号的门限功率，其中，DTX_ACK错误的概率低于10-3。
2.获得ACK所需发射功率，即PACK(所需)，其中，根据上述(1)所获得的用于确定响应信号的门限功率电平，ACK_NACK错误的概率低于10-3。
3.获得NACK所需发射功率，即PNACK(所需)，其中，根据上述(1)中获得的用于确定响应信号的门限功率电平，NACK_ACK错误的概率低于10-4。
门限功率电平和发射功率电平是关于接收机和发射机之间无线信道的基准发射功率的相对功率。并且，无线信道的基准发射功率根据信道状态而浮动。因此，功率电平最好用单位dB表示。
正如本发明的优选实施例中所提出的，如图2所示，根据响应信号是ACK信号还是NACK信号而分别调节响应信号的发射功率。在响应信号的实际传输中，当响应信号是ACK时，根据在上述(2)中所获得的发射功率PACK，通过调节响应信号的发射功率而传输响应信号，或当响应信号是NACK时，根据在上述(3)中所获得的发射功率PACK，通过调节响应信号的发射功率而传输响应信号。
参考图2，下文将更详细地描述本发明的优选实施例。为满足实际无线分组通信***中DTX_ACK错误概率的要求，对ACK/NACK确定门限相对于0调节ΔO。此后，根据ACK_NACK错误的概率，确定ACK信号的所需功率PACK(所需)，其具有相对ΔO或相对门限功率电平的功率差值ΔB。同样，确定所需功率PNACK(所需)，其具有相对ΔO或相对门限功率电平的功率差值ΔC。在这个具体实例中，实际DTX发生在0功率电平上。
此后，把实际ACK发射功率PACK(实际)设置为大体等于ACK信号的所需功率，并且相对于0或相对于DTX事件具有ΔD。如该实例所示，ΔB小于ΔD。
在现有技术中，把实际NACK发射功率设置为相对0或相对DTX事件具有ΔD。在该优选实施例中，实际NACK发射功率PNACK具有相对0或相对DTX事件的ΔE。如图2所示，在该情况下，当响应信号是NACK时，根据所需发射功率PNACK来传输响应信号，从而使传输NACK信号的功率消耗大大减少。功率减小量是ΔF。
具体以IMT-2000 HSDPA***为例，如果***需要限制ACK_NACK错误的出现概率低于10-2(Prob{ACK到NACK的错误解码}＜10-2)，NACK_ACK错误的出现概率低于10-4(Prob{NACK到ACK的错误解码}10-4)，以及DTX_ACK错误的出现概率低于特定值(Prob{DTX到ACK的错误解码}＜TBD)，则通过如下过程可获得响应信号是ACK时的响应信号发射功率、响应信号是NACK时的响应信号发射功率、以及确定响应信号的门限，该过程如下：
1.确定能够满足Prob{DTX到ACK的错误解码}要求的ACK/NACK判决/确定门限。
2.根据该判决/确定门限，确定满足Prob{ACK到NACK的错误解码}要求的ACK发射功率。
3.根据该判决/确定门限，确定满足Prob{NACK到ACK的错误解码}要求的NACK发射功率。
表1显示了ACK和NACK信号的所需功率，其中满足Prob{ACK到NACK的错误解码}＜10-2，Prob{NACK到ACK的错误解码}＜10-4，以及各种对Prob{DTX到ACK的错误解码}的限制。为获得上述结果，假设如下：
1.2GHz载波频率；
2.瑞利衰减，2个等增益路径；
3.理想的UL SIR及信道预测；
4.UE速度是3km/hr；
5.DL TPC命令4％的错误率；
6.控制UL DPCCH的功率，满足UL TPC命令4％的错误率；
7.功率控制步长是1dB；以及
8.UL干扰具有AWGN属性。
表1 ACK/NACK传输中的功率要求
  Prob{DTX到ACK的错误解码}     ＜10-1     ＜10-2     ＜10-3
  相对平均ULDPCCH功率的干扰比率门限     -0.5dB     4.5dB     7dB
  相对UL DPCCH的ACK发射功率     -0.5dB     2dB     3dB
  相对UL DPCCH的NACK发射功率     -4dB     -9dB     -16.5dB
  ACK发射功率-NACK发射功率     3.5dB     11dB     19.5dB
如表1所示，根据Prob{DTX到ACK的错误解码}的要求，所需功率中的差值从3.5dB极大地变化到19.5dB。注意随着Prob{DTX到ACK的错误解码}减小，ACK发射功率和NACK发射功率之间的差距显著增大。因为判决/确定门限偏离ACK位置，以满足对Prob{DTX到ACK的错误解码}的限制，所以所需NACK发射功率很小。
表2显示了UE处于软切换时ACK和NACK信号之间所需功率的差值。因为要考虑DTX情况，门限值与上行链路干扰有关，所以使用了与非切换情况中相同的门限值。
表2 SHO中ACK/NACK传输的功率要求
  Prob{DTX到ACK的错误解码}     ＜10-1     ＜10-2     ＜10-3
  相对UL DPCCH的ACK发射功率     6dB     9.5dB     11dB
  相对UL DPCCH的NACK发射功率     3.5dB     -4.5dB     -14.5dB
  ACK发射功率1-NACK发射功率     2.5dB     14dB     25.5dB
如表2所示，当服务于HSDPA的发射机(例如，节点B)不控制响应信道(例如，上行链路DPCCH)的功率时，因为上行链路ACK/NACK信号可能遭受深度衰减，所以在软切换情况中增加了用于ACK和NACK的所需功率。
也应该注意，所增加的ACK功率大大地多于所增加的NACK功率，从而在ACK和NACK之间所需功率的差值比非切换情况中的要大的多。其原因在于判决门限向ACK区域偏移。深度衰减仅仅是不能使所接收的NACK信号越过门限，但是通过深度衰减，所接收的ACK信号能无相位误差或干扰地越过门限。因此，在软切换情况下，ACK解码的性能比NACK解码的性能下降的多。
IMT-2000标准化委员会已经接受了本发明，这已经在3GPP TS25.214 v5.1.0(2002 06)技术规范中公布，其全部在此并入作为参考。
在该技术规范中，由于上行链路功率电平是以移动站上的UE距基站(下文中称为″BS″)的相对距离为基准，所以本发明被称为ΔACK和ΔNACK。如图3所示，在BS发送分组之后，UE以相对上行链路功率电平的发射功率电平ΔACK来发送ACK信号，或者以相对上行链路功率电平的发射功率电平ΔNACK来发送NACK信号。如上所述，ΔACK和/或ΔNACK具有本发明优选实施例的新颖特征。如果BS从UE接收数据分组，则本发明可应用于BS。
为HARQ确认信号使用1比特的ACK/NACK指示。把确认信号比特重复编码为10比特，并在一个时隙中传输。当HS-DPCCH有效时，DPCCH和HS-DPCCH时隙之间的相对功率偏移ΔHS-DPCCH如下，以便HS DPCCH时隙承载HARQ确认信号：
1.如果相应HARQ确认信号等于1，则ΔHS-DPCCH＝ΔACK。
2.如果相应HARQ确认信号等于0，则ΔHS-DPCCH＝ΔNACK。
由高层设置ΔACK和ΔNACK的值。
因此，通过根据响应信号的内容而调节响应信号的发射功率，本发明禁止了用大于实际需要的发射功率来传输ACK和NACK，减少了不必要的功率消耗。
如上所述，在自动重复请求(ARQ)***中传输ACK/NACK信号时，如果ACK信号的发射功率与NACK信号的发射功率相同，则当ACK信号所需发射功率和NACK信号的所需发射功率相互不同时，应该用ACK信号所需发射功率和NACK所需发射功率中较大的一个来传输ACK/NACK信号。与此相反，根据本发明，通过不同地调节ACK信号和NACK信号的发射功率，可以根据各个信号所要求的发射功率来传输ACK/NACK信号，所以能够减少传输ACK/NACK信号所需的功率消耗。
上述的实施例和优点仅仅是示例性的，并不对本发明构成限制。本发明可以容易地应用于其它类型的装置。本发明的说明书是用于进行说明，不限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员，很显然可以有很多的替换、改进和变化。在权利要求书中，装置加功能的语句旨在涵盖实现所述功能的结构，其不仅包括结构的等同，也包括等同的结构。

Claims (7)

1.一种在通信***中发送ACK/NACK信号的方法，该方法包括：
如果成功接收到数据，则发送确认(ACK)信号；以及
如果没有成功收到数据，则发送否认(NACK)信号，其特征在于
当成功地接收到分组数据时，以利用第一值确定的功率(PACK(ACTUAL))发送确认(ACK)信号，其中，所述第一值表示在HS-DPCCH和专用物理控制信道(DPCCH)之间的传输功率关系；以及
当没有成功地接收到所述分组数据时，以利用第二值确定的功率(PNACK(ACTUAL))发送否认(NACK)信号，其中，所述第二值表示在所述HS-DPCCH和所述专用物理控制信道(DPCCH)之间的传输功率关系。
2.根据权利要求1所述的用在自动重复请求(ARQ)***中的方法，该***在接收来自接收机的所述ACK/NACK信号的发送机处使用门限功率电平，其中，用于确定所述ACK和NACK信号的所述传输功率的所述第一值和第二值是基于所述门限功率电平确定的，所述门限功率电平从基准功率电平向ACK确定区域的方向偏移，在所述ACK确定区域中，接收到的信号被确定为ACK信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，用于确定ACK信号的所述传输功率的所述功率偏移值是基于发生所述ACK信号的错误确定的概率的。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，用于确定NACK信号的所述传输功率的所述功率偏移值是基于发生所述NACK信号的错误确定的概率的。
5.根据权利要求1到4的任何一项所述的方法，其中，所述第一值和所述第二值是彼此不同的。
6.根据权利要求1到5的任何一项所述的方法，其中，NACK信号的绝对功率小于ACK信号的绝对功率的一半。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一值和所述第二值是由较高层设置的。
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