无线通信系统中提供随机接入信道快速反馈信息的方法 分案申请说明
本申请是申请人于2003年9月26日提出的申请号为03822782.7的专利申请“无线通信系统中提供随机存取频道快速反馈信息的方法”的分案申请。
【技术领域】
本发明有关提供快速反馈信息给在无线电信通信系统中展开的无线传输/接收单元(WTRU)的方法。更具体地说，本发明有关提供用于由多个WTRU随机接入的公共信道的快速反馈信息的方法。
背景技术
目前的无线通信系统通常包括一核心网络，例如远程网络控制器(RNC)，其被耦合至一或多个基站，例如节点B，其接着与数个WTRU耦合。
图1表示第三代系统中时分双工(TDD)模式中RACH/PRACH逻辑信道的映射。熟悉本领域的人士应了解图1的映射方案并非TDD中的映射方案，因为在TDD中有其他的映射方案来映射信道至DCH/DPCH。诸如在公共信道(CCCH)以及专用控制信道(DCCH)上传输的信息的控制信息被映射至RACH。这些逻辑信道被使用于射频资源控制(RRC)连接要求、小区信息更新、UTRAN注册区域(URA)更新以及射频承载的建立以及重新配置。此外，来自专用业务信道(DTCH)以及共享共同控制信道(SHCCH)的非实时(NRT)业务也被映射至RACH。此RACH随后被映射至物理信道且变成物理RACH(PRACH)信道。
许多目前的通信系统具有上行链路公共信道(亦即处理从WTRU传输至节点B的通信的信道)，其可由所有WTRU接入。这些信道被用以建立并维持WTRU与节点B之间传输控制信息及数据的无线连结。处于TDD模式中的3G系统的随机接入信道是此种信道。此RACH被定义为基于上行链路竞争的公共传输信道。当两个或更多WTRU尝试同时在RACH信道上传输各自的信息时，可能发生竞争。为减轻竞争问题，每一个WTRU在重新传输信息至节点B之前等待不同随机数量的时间。
具有需要在RACH上传输的信息的WTRU执行随机补偿处理(back-offprocess)。当WTRU具有在RACH上传输的数据区块时，其执行随机补偿处理以接入RACH。具体而言，在一帧开始之前，WTRU随机产生一数字，均匀分布于0与1之间。其随后比较此数字与称为动态持续准位(DPL)的临界值，该临界值亦为一个0与1之间的值(例如0.5)。如果所产生的随机数字小于DPL，则WTRU在RACH上传输数据区块。如果所产生的随机数字大于DPL，此WTRU等待直到下一帧，此时其产生一新的随机数目且重复此流程。此WTRU将等待接入直到该随机数字与DPL之间的成功比较之后再接入RACH。
在某些目前的系统中，此RNC作为中央控制器使用，并通过改变DPL控制WTRU接入RACH的速率(且因此控制补偿处理的持续时间及出现冲突的可能性)。中央控制器通常先前并不知道，哪个WTRU，如果有的话，已经在RACH/PRACH上传输。为了使得WTRU难以接入RACH，RNC降低动态持续准位，例如从0.5至0.25，使得WTRU在一预定帧中所产生的随机数字较不可能小于DPL。通过使其较难以接入RACH，多个WTRU发生冲突的可能性降低。
另一方面，DPL可被增加(例如从0.5至0.75)以便使得WTRU较容易接入RACH。通过增加DPL，由WTRU在一预定帧产生的随机数字更可能小于DPL。这造成较短的补偿处理，但WTRU之间的发生冲突的可能性较高。
此RACH被映射至传输用的PRACH。被传输的PRACH码的侦测在节点B通过训练序列(midamble)侦测及码查找而被执行。当PRACH码被侦测时，在节点B执行循环冗余校验(CRC)以侦测所接收的传输中的错误。传输错误可能由于多个WTRU使用相同的PRACH码而造成码冲突所产生，或来由于传输功率不足而产生。此PRACH通常被定义为时隙内的码中的一个码。通常，多个PRACH在相同时隙内被定义，或整个时隙被保留用于PRACH码。节点B分别监视每一PRACH(亦即为PRACH的每一码/时隙组合)的能量准位。在此方式中，节点B为每一PRACH分别侦测，是否有尝试或其是否成功。因此，在节点B每一帧所发生的成功及失败传输的PRACH码是已知的。
然而，目前没有简单及快速的从节点B至WTRU的应答机制以确认成功或不成功的PRACH/RACH尝试。WTRU必须等待较高的层来处理信号并决定一已传输的分帧(burst)是否成功地被接收。当一PRACH传输失败时，射频链路控制(RLC)实体，RRC或一些其它的较高层实体通常在重新传输之前观察到在一段时间周期内没有响应。在某些实施中，一定时器指出再传输之前地持续时间。对于成功RACH传输所产生的延迟被传输错误的事件中发生的潜伏期严重影响。因此，由于重新传输会使得对于成功的数据传输观察到过渡的延迟。
因此希望具有能使用PRACH/RACH码来通知WTRU成功或失败传输的快速反馈机制。此反馈机制应该极快速，具有逆向兼容性及低复杂度。
【发明内容】
本发明是一种提供在基于竞争的信道上通知WTRU传输成功或失败快速反馈机制的系统。此系统明显地降低在获得基于竞争的信道接入时的延迟，且因此，降低WTRU电池的消耗，因为WTRU不需要在传输之后监视接入信道一段延展的时间。
【附图说明】
图1是现有技术中在RACH/PRACH上传输逻辑映射的代示意图。
图2是依据本发明的TDD帧的实例。
图3A及图3B是依据本发明提供快速反馈的方法的流程图。
图4是依据本发明的一AICH分帧。
图5及图6是依据本发明的信息元素。
图7是依据本发明的PICH分帧。
图8是没有本发明情况下，TDD系统中成功的RACH传输的平均延迟及最大延迟做为每一PRACH接入机会的给予负载的函数的图表。
图9是依据本发明快速反馈机制，TDD系统中成功的RACH传输的平均延迟及最大延迟做为每一PRACH接入机会的给予负载的函数的图表。
【具体实施方式】
本发明将参照附图被描述，其中相似的标号始终代表相似的元件。
本发明提供一种在基于竞争的信道上的用于传输成功及失败的快速反馈机制。应该注意的是，在本发明后续的描述中，当其被使用于3G系统的TDD模式中时参考特定的响应机制。但是，这仅是为说明的目的且不应被视为限制，当本发明也可被应用于其它时隙及无线通信系统。
本发明提供三个反馈机制的实施例，通过这些反馈机制PRACH码或时隙接收信息可被传递至WTRU。第一实施例引入新的下行链路物理信号以提供来自节点B的反馈信息至WTRU。
参照图2，表示依据本发明的一TDD帧10。应该说明的是帧的特定结构可以在不脱离本发明范围的情况下被修改。本发明引入一种获取指示信道(acquisition indicator channel，AIHC)，其保证快速反馈机制。TDD帧10具有15个时隙(TS)，(在水平轴被编号为0-14)，以及16个资源单元(RU)，表示为对于每个时隙，在垂直轴上的RU0-RU15。TS0及TS 8-14是下行链路(DL)时隙而TS1-7是上行链路(UL)时隙。应该注意的是图2是简化图。熟悉本技术的人士应该了解有许多其它可能的结构可被使用而不脱离本发明的范围。
TS0被保留用于承载系统信息区块(SIB)的广播信道(BCH)。SIB是经过BCH上的小区的广播以便提供基本信息给WTRU(例如当一WTRU开启时，其接入BCH上的系统信息以便初始化与此网络的通信)。在3G系统的TDD模式中，SIB 5及6包含用于公共信道的整个配置，无论上行链路还是下行链路，包括在哪一个时隙中的哪一个码是专用于PRACH。RU0及RU1是用以传输BCH，而所有其它TS0的RU被保留。因此，TS0专门为BCH所使用。
一时隙为PRACH专用，其中将存在最多16个不同的码。如图2所示，所有TS 1的RU为UL PRACH传输而使用。
在TS8，RU 0及1被用以传输获取指示信道(AICH)。所有剩余UL及DL时隙中所有其它的RU被专用信道(DPCH)使用。
如图2所示，每一AICH包括单一时隙内的单一信道化码。虽然在本例中，此AICH是单一码(即单一RU)，有可能使用两个或更多的RU。例如在图2所示的实施例，有两个AICH(如AICH1及AICH2)。每一AICH包括一单一RU。
如以下将解释的更多细节，例如，第一AICH可能在TS1传输前8个PRACH用的信息，其中第二AICH可以传输后8个PRACH用的信息。
以下的表一说明传输信道与物理信道之间的映射。因为AICH是物理信道，没有与之映射的传输信道。因为AICH直接由节点B中的物理层映射，AICH对于较高网络层是不可见的。
表一
如同依据本发明将解释的细节，AICH以快速方式响应UL RACH传输的安全接收。
参照图3A及3B，其表示依据本发明提供随机接入信道用的快速反馈信息的程序50。应该说明的是最前面的三个步骤(图3A中所示的步骤52-56，其是关于BCH的读取)与WTRU是否有在PRACH上传送的数据无关。当有能量(energi zed)时，WTRU总是读取BCH。之后，其将在不同的时间间隔周期性地读取BCH的特定部份(例如承载诸如DPL的快速改变系统信息的特定SIB)。因此，虽然步骤52-56已经被包含于本程序50中且被表示及描述为周期性地执行，实际上并不需要周期性地执行所有的这些步骤。它们被引入本发明作为参考是为了清楚的目的。当WTRU具有将被传送的数据时，其简单地使用最近从BCH取得的信息。
程序50由接收BCH的WTRU开始(步骤52)。WTRU读取BCH内的系统信息区块(SIB)(步骤54)。应该注意的是虽然以下提及的TS和RU是参照图2所示的例示传输帧，该分配是随意的且将依据系统实际的实施而定。通常，SIB将列出可用于所有信道的TS及BS；尤其是PRACH及AICH。例如图2所示，SIB宣告：1)所有TS1中的Ru可用于RACH；以及2)AICH位于TS8的Ru 1及2。
如果WTRU在步骤56决定不需要在RACH上传送信息，其回到步骤52以再次重复程序。
如果WTRU在步骤56决定需要在RACH上传送信息，其首先实施前述的补偿处理(步骤57)。一旦补偿程序成功地完成(即产生小于DPL的随机数)，该WTRU随机地从TS1选择传输用的RU。该WTRU使用单一码在PRACH传输数据。如熟悉本技术的人士所知，PRACH码可具有扩散因子(SF)＝16(即一个RU)或SF＝8(即两个RU)。例如在图2，所有的PRACH为SF16。此数据随后在被选择的PRACH上传输(步骤60)且WTRU监视此AICH，其于本实例中包含TS8的RU 0及1，用于对来自节点B的正向响应(步骤62)。
如果AICH指示在预定PRACH上并未接收任何信息，或接收到错误，该WTRU立即知道其必须重新传输数据。如果没有正向的响应，WTRU回到步骤57重新开始将被传输数据的补偿处理。如果如步骤64确定已经在AICH上从节点B接收确认，此传输成功地被接收且程序50终止(步骤66)。
虽然图3A及3B说明单一WTRU的程序，应该了解的是对于基于竞争的信道，多个WTRUs将接入此信道。因此，对于每一PRACH码，有多个可能的方案：1)一单一WTRU已经选择一特定码且此传输是成功的；2)一单一WTRU已经选择一特定码且此传输由于坏信道已经失败；3)多个WTRU已选择传输用的特定码且由于竞争它们的传输已经全部失败；以及4)没有WTRU已经选择一特定码且因此没有传输被接收。
依据系统操作者想要的配置，节点B可以在AICH上提供WTRU以下的反馈信息：
1)仅有用于成功传输的码被接收。
2)仅有用于失败传输的码被接收。
3)对每一码，是否接收成功传输，是否接收失败传输或未接收到任何信息。此外，如果节点B被配置可以决定PRACH错误的原因，例如PRACH码冲突或传输功率不足，则此反馈可能包括传输错误的原因，虽然这不是必需的。具有此种能力的系统被描述于美国第10/329,308号专利申请，名称为DYNAMICFORWARD ERROR CORRECTION IN UTRA SYSTEMS，其被合并于此以供参考。
存在许多关于AICH每一传输有几个PRACH确认的选择。在第一实施例中，每一AICH提供预定数目的PRACH码反馈信息。在最简单的例子中，假设在一帧中有N个PRACH码，每一帧一单一AICH提供此帧内所有N个PRACH用的反馈。在第二实施例中，单一AICH将提供多个帧上的所有N个PRACH码的反馈信息，在该情况中AICH将不在每一帧被传输。在第三实施例中，多个AICH将提供单一帧中的所有N个PRACH的反馈信息，在该情况中多个AICH将在每一帧被传输。
为允许节点B及WTRU的延迟，最小数目的时隙应该分离AICH与被报告反馈的最后的PRACH码。该最小数目的时隙，通常在1至5的范围中，应该被选择，因此节点B的处理延迟以及WTRU的处理延迟被考虑。如图2所示的实施例，有数个时隙延迟(亦即在TS1与TS8之间)，因为AICH响应相同帧的PRACH码。或者是，有可能一帧的AICH响应前一帧的PRACH。
因为RACH/PRACH结构被描述于BCH中的SIB 5及6，较佳的，该AICH信道结构以及PRACH至AICH对应也在SIB5及6中广播。尤其是，SIB 5及6应该也为每一AICH(如果存在多重AICH)描述以下信息：1)AICH位置(即，和AICH相关的码及时隙)；2)PRACH对AICH映射(即哪一PRACH码由哪一AICH响应)；以及3)PRACH码与AICH之间的时序关系(亦即描述帧N中的AICH是否提供帧N或帧N-1，N-2….(之前的帧)中的PRACH的反馈)。
与此AICH相关的码及时隙被解释如上。相对于对AICH及时序关系的码的映射，例如，在图2，AICH 1(TS8中的码0)响应相同帧的TS1的PRACH 0至7，而AICH 2(TS8中的码1)响应相同帧的TS1的PRACH 8至15。在另一实施例中，AICH 1(TS8中的码0)响应前一帧的TS1的PRACH 0至7，而AICH 2(TS8中的码1)响应前一帧的TS 1的PRACH 8至15。
对于SIB 5及6的扩展和/或修改的一个例子提供1)AICH的位置；2)PRACH对AICH的映射；以及3)PRACH码与AICH之间的时序关系现在将被描述。SIB被分为数个信息组件(IE)。所有关于特定PRACH的信息在IE内被描述。图5表示信息组件的例。如所示，相关的AICH信道信息，包括其位置，映射以及时序被指定。或者是，如图6所示，分离的IE可以在描述AICH信道信息的SIB5及6中产生。
为了在一个AICH(比特或码元)内映射个别的PRACH码与响应指示符，较佳的是实施预定的映射规则。例如，在一实施例中，所述映射规则将由AICH服务的第一PRACH码的第一码与第一响应指示符相关，将第一PRACH码的第二码与第二响应指示符相关，等等。这样，每一个AICH被依次映射到一PRACH码。例如，如果AICH服务一帧中所有16个PRACH，则AICH指示符1提供用于第一PRACH码的反馈，AICH指示符2提供用于第二PRACH码的反馈，…….，AICH指示符16提供用于第十六个PRACH码的反馈。或者是，非顺序的映射规则可被定义。
该AICH是一物理信号。如果AICH被用于一3G系统，较好使用分帧类型1或分帧类型2传输。如本领域技术人士所了解，在3G系统中的TDD模式中有三个不同型态的物理层分帧。所有三种类型通过为训练序列及导引周期保留的码片的数目而被区别。但是，因为分帧类型3是为UL传输使用，将不太可能依据本发明被AICH所用。
图4中表示TDD模式用的AICH分帧的实例，其中一正指示符提供用于一特定PRACH码的正反馈。在图4的实例中，类型1或2的普通分帧中的NAIB比特被用以承载响应指示符，其中NAIB依据分帧类型而定(亦即，NAIB＝240指示分帧类型1而NAIB＝272指示分帧类型2)。该比特SNAIB+1至SNAIB+4邻近训练序列且被反转以供将来之用。
一个时隙中的每一响应指示符映射至该时隙内的比特{SLai*q+1，….SLai*(q+1)}；其中Lai为响应指示符的比特数目。因为传输是交错的，如图4所示，每一响应指示符的一半的比特在第一数据部份被传输，而另一半的码元在第二数据部传输。例如，如果需要4位以提供用于一特定PRACH码的反馈信息(不管其是否包括前向错误校正)，随后4位中的2位将在第一部被传输，而剩下的2位将在第二部被传输。借此，此分帧对于突然出现的信道错误变得更坚固(亦即，如果在第一部的许多位出现错误，此信息可以从第二部中的信息被重新构建)。
为了使传输对于信道错误更加坚固，比特可以被传输更多次。因为信道错误通常是突然出现的(亦即，多个连续位受到影响)，多余的位被分布在时间中(时间多样性)，或交错。例如，假设相同的响应指示符被传输二次。在图4中，第一比特将在第一半被传输(训练序列的左边)，而剩余的比特将在第二半被传输(训练序列的右边)。如果在时隙的第一半有错误，则至少第二多余比特可被成功接收。
不同的射频资源管理(RRM)策略可以使AICH的效率最大而降低其对整体系统的干扰。例如，QPSK码元可直接被对应至AICH指示。在此情况中，可以传输负指示用的0振幅信号而不是传输全部振幅QPSK码元。此种方法将降低由AICH导入所产生的干扰QPSK由在一同相载波(1)或四分之一相位载波(Q)上的1或-1的传输组成，造成4个不同的可能码元(1，1；1，-1；-1，-1；-1，-1)。为产生较少的干扰，负指示可以0振幅而非+/-1被传输。
依据本发明的第二实施例的反馈机制使用现存的信道/信号，例如呼叫指示信道(PICH)。此PICH分帧结构表示于图7。在此实施例中，PICH分帧结构的反相位(如斜线阴影所示)被用以传递反馈信息。如所示，AICH比特可被放置于训练序列的一侧，在目前被保留的比特中。
应该说明的是反馈信息可以不同的方式被传递，其包括基本分帧结构的信息以便包括额外的承载反馈信息，以及经由训练序列偏移的反馈信息的信号发送。
依据本发明第三实施例的反馈机制使用RRC层广播信息以传递反馈至WTRU。在特定SIB上传输的某些系统信息是动态的，且在SIB上传递的其它信息是静态的(或半静态)。例如，公共信道结构信息(例如PRACH)通常大约每一天改变一次，且因此SIB 5及6的内容很少被更新。相反地，节点B UL接口测量，其为UL功率控制穿过小区广播，每一秒改变数次之多。SIB 7及14是此种经常被更新的SIB之例，因为它们包含“动态”信息。在此实施例中，AICH信息直接经由IE在SIB 7或14中传送，例如图5所示。对照AICH信道信息(亦即位置，对应及时序)在SIB 5及SIB 6中被描述的较佳实施例，以及此实施例中响应指示在AICH上传递，此响应指示符直接在一SIB，例如SIB 7或14中直接被传输。应该说明的是，此AICH信道信息(亦即特定的SIB被使用于传递此反馈)，必须依然在SIB 5或6中广播。
或者是，除了18个存在的TDD SIB，第19个SIB也可被定义。如熟悉本技术的人士所知，SIB的内容是由RRC层(L3)所填入。SIB随后被放置于BCH中(在L3)，传输至MAC-C(L2)，其随后传输它们至L1，其中BCH对应至P-CCPCH。定义第19个的方法包括L1，L2以及L3，而不是严格地是一个物理层程序。
应该注意的是，在前述的任何实施例中，AICH信道信息或AICH响应可借由以下传输：1)修正一存在的IE；2)产生一存在SIB中的新IE；或3)产生一新的SIB。较佳者，最大的传输尝试从一特定WTRU达到最大重新传输数目(Nmax)。Nmax为系统操作这所选定的一个参数，通常在1至5的范围内。例如，如果一WTRU位于小区范围之外且试图在PRACH上传输数据，其很可能失败。如果简单地持续尝试在PRACH上重新传输数据而每次都失败，其将浪费PRACH容量。因此，在WTRU失败之后应该有一最大的数目的重新传输。重新传输的最大数目Nmax较好是和AICH信道信息一起在SIB5或SIB6中被发出信号。上部层可被通知TBSsWTRU接收或表示一正面响应的成功传输。
没有快速反馈的TDD系统中成功PRACH传输的平均延迟的最大延迟表示于图8，做为每PRACH接入机会的被提供负载的一函数。一30帧延迟在传输错误的情况中发生，假设在RLC AM中传输。尤其是，此延迟对应传输器RLC接收来自较低层的传输响应的时间以及决定重新传输PDU的时间。相反地，具有本发明快速反馈机制的TDD系统中，成功PRACH传输的平均延迟的最大延迟表示于图9，做为每PRACH接入机会的被提供负载的一函数。假设反馈信息在后续的帧被传输至WTRU。
虽然本发明已被详细揭示，应该了解的是本发明不应受其限制，且不同的改变可在不脱离本发明的情况下作出，本发明范围由所附权利要求定义。