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CN104967500B - 多址通信系统中的设备和用于在其中发射与接收信令的方法 - Google Patents

多址通信系统中的设备和用于在其中发射与接收信令的方法 Download PDF

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CN104967500B CN201510404413.0A CN201510404413A CN104967500B CN 104967500 B CN104967500 B CN 104967500B CN 201510404413 A CN201510404413 A CN 201510404413A CN 104967500 B CN104967500 B CN 104967500B
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Abstract

共享信令信道具有多段，可以事先将该信道的参数发送给用户或者不发送。例如，可以通过系统开销信道将段数、每一段的大小和速率等等广播给用户。不将给每一段的发射功率广播给这些用户，并且这些功率的大小可以从零变到总的发射功率。基站获得给其覆盖范围内所有终端的信令，并且将给每一终端的信令映射到该终端使用的至少一段，可以动态地选择该段。基站处理映射到每一段的信令(例如联合或单独编码)，并且产生给该段的输出数据。将给每一段的输出数据多路复用到分配给该段的系统资源上去，并且以所选功率发射。

Description

多址通信系统中的设备和用于在其中发射与接收信令的方法
本申请是申请号为200580031676.6(PCT/US2005/011237)，申请日为2005年4月4日，发明名称为“通信系统的共享信令信道”的中国专利申请的分案申请。
本申请要求2004年7月21日递交的，标题为“Signaling Channel(SCH)Design”的第60/590,125号临时美国申请的优先权。
技术领域
总的来说，本发明涉及通信，具体而言，涉及通信系统中的信令发射。
背景技术
多址通信系统能够支持正向链路和反向链路上多个终端的通信。正向链路(或下行链路)指的是从基站到终端的通信链路，反向链路(或上行链路)指的是从终端到基站的通信链路。
多址系统通常都在系统内分配一些系统资源用于在正向链路上向终端发射信令。如同下面将介绍的一样，这些信令可能是针对系统正常工作所需的各种类型的信息的。信令常常是在信令信道里发送的，也可以将这种信令信道叫做系统开销信道、控制信道或广播信道。
信令信道常常是单播信道或广播信道。对于单播信令信道，每则信令消息(或者简称为“消息”)都是给一个特定终端的，都是分开编码，然后在信令信道上发送给这个终端。对每一则消息单独编码导致编码效率低，性能差。对于广播信令信道，给所有终端的消息可以一起编码，然后在信令信道上发送给这些终端。对所有消息一起编码能够提高编码效率和性能。但是，广播信令信道的工作方式是所有终端，包括具有最差信道状况的最差情形终端，都能够对这一信令信道解码。这一点可以通过针对广播信令信道使用低代码速率和/或高发射功率来做到。让广播信令信道满足最差情形终端的需要常常导致分配给信令信道的系统资源使用效率不高。
因此，在这一领域需要技术在多址通信系统里更加有效地发射信令。
发明内容
一方面，描述了多址通信系统中的一种共享信令信道，这种信道能够有效地承载给终端的各种信令。该共享信令信道具有多“段”，也可以将它叫做子信道。可以也可以不事先将共享信令信道的参数发送给用户。例如，可以通过分开的广播/系统开销信道将段数、每段的大小、每段的速率等等广播给用户。不把每段的发射功率广播给用户，这些发射功率可以从零功率到可以用于发射的总功率。在一段或多段上发送给每个终端的信令，这些段可以基于该终端的信道状况、这些段的工作点等等动态地加以选择。这些终端的信令可以包括资源分配消息、确认信号(ACK)、接入许可消息、功率控制命令等等。
另一方面，为了在共享信令信道上发送信令，基站获得给其覆盖区内所有终端的信令，并且将给每个终端的信令映射到该终端使用的一段或多段。然后，基站处理映射到每一段的信令，产生该段的输出数据。对于具有联合编码信令的段，为映射到该段的所有信令产生一个差错检测码值(CRC值)，然后对该信令和CRC值进行编码、调制和放大，产生该段的输出数据包。对于具有单独编码信令的段，将每一终端的信令映射到码字，然后将码字映射到分配给该终端的发射区间(例如一组子频带或时间间隔)。在任何情况下，将每一段的输出数据多路复用到分配给该段的系统资源上去，以给该段选择的功率发射。
再一方面，终端进行补充接收机处理，从共享信令信道的一段或多段恢复其信令。下面更加详细地描述各个方面和实施例。
附图说明
图1说明无线多址通信系统；
图2A、2B和2C说明用于共享信令信道的多段的三个多路复用方案；
图3说明用于具有联合编码消息的段，在基站处的发射(TX)信令信道处理器；
图4说明用于具有单独编码消息的段的TX信令信道处理器；
图5说明单独编码消息的发射；
图6说明用于具有联合编码消息的多段，以及具有单独编码消息的一段的TX信令信道处理器；
图7说明终端处的接收机(RX)信令信道处理器；
图8说明共享信令信道的四段的发射；
图9说明在共享信令信道上发送信令的过程；
图10说明从共享信令信道接收信令的过程；
图11画出了基站和终端的框图。
具体实施方式
在这里将“示例性的”这个词用于表示“充当实例、例子或说明”。不必将在这里描述成“示例性的”的任何实施例或设计理解为相对于其它实施例或设计是优选的或更具有优势的。
这里描述的共享信令信道可以用于各种通信系统，例如正交频分多址(OFDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、码分多址(CDMA)系统等等。OFDMA系统采用正交频分复用(OFDM)技术，它是一种多载波调制技术。OFDM将整个系统带宽有效地划分成多(K)个正交子带，它们也叫做单载频(tone)、子载波、频点、频道等等。每个子带都与可能调制了数据的一个对应的子载波相联系。
图1画出了无线多址通信系统100，它有多个基站110，这些基站支持多个无线终端120进行通信。基站通常是用于与终端通信的固定台，也可以叫做接入点、节点B等等。终端120通常都分散在整个系统内，每个终端都可以是固定式的或移动式的。终端也可以叫做移动台、用户设备(UE)、无线通信装置等等。在任意给定时刻，每个终端都可以在正向链路和反向链路上与一个或者有可能多个基站通信。每个终端还都可以在正向链路上从任意数量的基站接收信令，具体情况依赖于系统设计。对于集中式体系，系统控制器130为基站提供协调和控制。
如图1所示，具有不同信道状况的终端可能分布在整个系统内。每个终端的信道状况都依赖于各种因素，比如衰落、多径和干扰影响。每个终端的信道状况都可以用一个信号质量度量来衡量，比如信号-干扰和噪声比(SNR)、收到的导频信号强度等等。在下面的描述中，用SNR来衡量终端的信道状况。
给定基站可以有多个终端在它的覆盖区内，这些终端通常包括弱终端和强终端。弱终端从基站收到的导频信号较弱，对于基站的给定标称发射功率SNR较低。SNR较低可能是因为终端和基站之间信道增益较低，和/或来自其它基站的强干扰。弱终端可能位于基站覆盖区内的任意位置，但通常位于覆盖区边缘。弱终端通常都需要基站发射高功率来获得给定的目标SNR。相反，强终端从基站收到的导频信号较强，对于来自基站的同样的标称发射功率，能够获得较高的SNR。强终端通常都只需要来自基站较小的功率来获得同样的目标SNR。
基站可以使用共享信令信道将信令有效地发射给具有大范围信道状况的终端。共享信令信道具有多(N)段。每一段都是共享信令信道的一部分，也可以叫做信道、子信道等等。这些段可以用各种方式来定义和工作。例如，每一段都可以承载这样的信令，这些信令是给SNR落入(或超过)这一段覆盖的SNR范围的终端的。每一段中的信令都可以按照有效的方式来处理和发射，如同下面所介绍的一样。可以在共享信令信道的每一次发射中发送任意数量的段。
将每个终端映射到一段或多段，在这些段上发送给终端的信令消息。终端到段的映射可以是动态的，可能将这一映射告诉终端，也可能不这样做。基站可以基于各种判据(比如信道状况、终端的SNR、服务质量(QoS)要求、终端表明的对段的偏好、段的可用度或负载等等)将终端映射到可用段。如果每个终端都尝试对所有段解码，那么基站就可以动态地将这些终端映射到这些段而不必通知终端。
共享信令信道的多段可以以各种方式多路复用。根据系统设计，分配给每一段的系统资源可以按照时间、频率、代码和/或发射功率单位来给出。下面介绍几个示例性的多路复用方案。
图2A说明共享信令信道的频分复用(FDM)方案210。对于这一FDM方案，将分配给共享信令信道的整个频率范围划分成多个频率子范围，每一段一个频率子范围。这些频率子范围的大小可能相同也可能不同。每个频率子范围的大小可以根据要在这个段内发送的信令的实际量或预期量来加以选择。根据信令需要，频率子范围可以固定，低速率改变，或者动态调整。
对于OFDMA系统，可以定义多(P)个端口，并且分配端口号1～P。可以将这P个端口映射到由总共K个子带形成的P个不同的子带组。这P个端口可以互相正交，从而在同一码元周期内不会有两个端口使用同一个子带。端口映射到子带组可以是静态的，也可以随时间改变(例如采用跳频方式)以实现频率分集。可以为每一段分配不同的一组端口，可以将这一组端口映射到跨越整个系统带宽的子带，以实现频率分集。可以给这多段分配相同或不同数量的端口。为每一段分配的端口的数量可以是静态的、缓慢改变的或动态调整的。
图2B说明共享信令信道的时分复用(TDM)方案220。对于这一TDM方案，将分配给共享信令信道的全部时间划分成多个时间间隔，每一段一个时间间隔。这些段的时间间隔大小可以相同或不同。这些时间间隔的大小可以固定、缓慢改变或者动态调整。每一段都在它的时间间隔内发送。可以以预定顺序发送多段。例如，可以按照SNR下降的顺序发送这些段，具有最高SNR的段最先发送，接下来发送SNR其次的段，如此下去，具有最低SNR的段最后发送。这一发射顺序允许首先发射的段(它们可以被所有终端解码)承载后续段的信息(例如表明随后是否发送一段)。也可以按照SNR上升的顺序发送这些段，具有最低SNR的段最先发送，接下来发送SNR略高的段，如此下去，最后发送具有最高SNR的段。对于这种发射顺序，在任意段碰到解码差错的时候，终端将中止共享信令信道的处理，因为后面的段需要更高的SNR。一般而言，可以按照任意顺序发送这些段。
图2C说明共享信令信道的码分复用(CDM)方案230。对于这一CDM方案，给每一段分配一个不同的正交码(例如沃尔什码)。这些段可以用它们的正交码来处理(或遮盖)并且同时发射。
也可以使用分级或分层编码来发送多段(通常是两段)。一段用较高发射功率和/或较低速率发送，另一段用较低发射功率和/或较高速率发送。要在两段中发送的信令可以(1)分开映射到调制码元，然后合并，或者(2)基于联合信号星座联合映射到调制码元。以较高发射功率和/或较低速率发送的段可以首先解码并取消，然后对以较低发射功率和/或较高速率发送的段解码。
共享信令信道的多段还可以用TDM、FDM、CDM和/或一些其它多路复用方案的组合来多路复用。例如，在OFDMA系统中，可以给共享信令信道分配专用的一组子带或端口，并且可以在分配的子带或端口上利用TDM发射多段。
对于所有的多路复用方案，都可以周期性地(例如在预定时间长度的每一帧中)发送共享信令信道。也可以在固定或可变时间间隔中发送共享信令信道，这可以依赖于要发送的信令的量。
共享信令信道与各种参数有关，例如信道的段数，每一段的大小，为每一段使用的系统资源，每一段的速率，以及每一段的发射功率。可以用这些参数的不同值来形成共享信令信道的各实施例。
共享信令信道可以有任意数量的段，这一数量可以通过各因素(例如发射效率和编码效率)之间的折中来加以选择。更多的段支持瞄准若干较小终端组的发射，这通常能够提高发射效率。较少数量的段能够获得更高的编码效率，以及统计意义上多路复用的更多好处。段数可以固定(例如两个、四个、六个等等)，也可以是可变的(例如根据终端数量和它们的SNR分布来加以确定)。在一个实施例中，定义一个固定数量的段，但是在共享信令信道的每一次发射中可以发送可变数量的段。
每一段的大小都可以用信息比特单位来给出。在一个实施例中，所有段都具有同样的大小，能够承载同样数量的信息比特。在另一个实施例中，这些段具有不同的大小，能够承载不同数量的信息比特。每一段的大小可以固定(例如根据段的预期负载来确定)，也可以是可变的(例如根据段的实际负载来确定)。
每一段都用分配给这一段的系统资源来发送。每一段的系统资源都可以有一组子带或端口，时间间隔，正交码，等等。分配给每一段的系统资源的量通常由段大小和用于这一段的速率来确定。
每一段都按照为这一段选择的速率来发送。所选择的速率表明特定的编码方案或代码速率，以及用于这一段的特定调制方案。所选择的速率还与特定的频谱效率以及对利用这个速率发送的发射进行可靠解码所需要的特定的最小SNR相关。频谱效率的单位通常是比特每秒每赫兹(bps/Hz)。系统可以支持一组特定的速率，每一段的速率都可以从所支持的速率中挑选。
每一段都按照为这一段选择的功率发射。如果同时发射多段(例如为FDM和CDM方案)，那么在同时发射的所有段中分配能够用于发射的总发射功率。如果在不同时刻发送多段(例如为TDM方案)，那么每一段都可以用峰值发射功率发射，以便使SNR最大，或者以较低功率发送，以便减少干扰。
共享信令信道的每一个参数都可以固定或者可以改变。每一段采用固定参数(例如固定段大小、固定速率和固定资源分配)会简化终端对段的处理。可变参数(例如可变发射功率)可以提供灵活性来满足信令要求。可以将共享信令信道设计成具有一个或多个固定参数(例如固定段大小、速率和资源分配)和一个或多个可变参数(例如可变发射功率)。共享信令信道的配置或参数可以例如通过分开的广播/系统开销信道发送给所有终端。用于共享信令信道的发射功率不必发送给终端，因为只有解码结果而不是接收机处理依赖于发射功率。在一个实施例中，基于每一段的消息组成和所需要的SNR，在最后一刻确定这一段的发射功率。对于FDM和CDM方案，将所有段的发射功率之和控制为小于或等于最大发射功率。这一实施例允许将系统资源(发射功率)分配给这些段而不通知任何用户。这一动态功率分配允许非常快速地适应用户的信道，而不需要向用户发送分开的信令消息来说明资源的变化，这样做是可能的，原因是接收机不需要根据发射功率来改变其工作方式。如果不发送共享信令信道的任何配置参数，那么这些终端可以对能够改变的每个参数(例如速率、段大小等等)进行“盲检测”，尝试针对参数的每一个可能值对每一段解码。
为每一段选择发射功率和速率来获得这一段所需要的性能。在一个实施例中，所有段都以同样的速率但不同的功率发送，以允许具有不同信道状况的终端可靠地接收它们的信令。这一实施例非常适合于FDM和CDM方案，其中多段同时发射，并且共享总的发射功率。在另一实施例中，所有段都以相同功率但不同速率发射。这一实施例非常适合于TDM方案，其中每次只发射一段，并且这一段可以使用全部发射功率。在另一个实施例中，以不同的速率和不同的功率来发射多段。总而言之，以一个功率和速率来发射每一段，以便让映射到这一段上的所有终端都可靠地对这一段解码。对于OFDMA系统，可以给每一段分配静态或频繁改变的特殊的一组子带或端口，但是每一段的发射功率可以每一帧都动态地改变。
可以将每一段看作有一个工作点，这个工作点就是对这一段进行可靠解码(例如以1％的数据包差错率)所需要的最小SNR。给定段具有最小或更高SNR的所有终端能够可靠地对这一段进行解码。每一段的工作点由这一段使用的发射功率和速率来确定。可以以不同的工作点发送多段。例如，可以用以下工作点来发送四段：-5.0、-2.5、0.0和2.5dB。可以通过调整发射功率和/或速率来改变段的工作点。
在共享信令信道的一个实施例中，定义固定数量(N)的段，这些段具有不同大小，每一段都有固定大小、固定速率和固定的系统资源分配以及可变的发射功率。可以在共享信令信道的每一次发射中发射N段中任意数量的任何段。无论何时可行，都可以用单独一段来为所有终端发送信令。如果只发送一段，那么可以使用具有最少数量的信息比特的最小的段，以便使共享信令信道的覆盖最大。可以使用多段来增加能够得到服务的终端的数量和/或增加能够发送给强终端的信息比特的数量。基站可以基于要发送的信令的量和信令的接收方终端选择要使用哪些段，并且以一种动态方式(例如在每一帧中)将总的发射功率分配给所选段。
总之，基站可以动态地调整发射功率和/或每一段的速率，专门只为映射到这一段的终端服务，而不是为这个基站覆盖区的所有终端服务。因此，共享信令信道可以比广播信令信道更加有效地工作，其中的广播信道使得这个系统内的最差情形终端能够在所有时刻都对这个信道解码。利用这一共享信令信道，每一段只需要为映射到这一段的最差情形终端服务，它们可能比系统内的最差情形终端的信道状况好得多。
可以用各种方式来处理共享信令信道的信令。在第一编码实施例中，将一段中的所有信令消息联合编码，然后联合调制，以产生这一段的输出数据包。每一消息都可以为一个或多个终端承载信令。每一段中的消息可以是给一种或多种信令的。
图3说明第一编码实施例的共享信令信道处理器300的一个实施例。信道处理器300包括消息到段映射器310，共享信令信道N段的N个TX段处理器320a～320n，以及段多路复用器330。映射器310接收要在共享信令信道上发送的消息，将它们表示为m1、m2、m3等等。对于每一则消息，映射器310标识消息的接收方终端，基于接收方终端确定要在其中发送这一消息的段，将这一消息转发给这一段的TX段处理器320。
每一个TX段处理器320为一段处理消息。在每一个TX段处理器320中，循环冗余校验(CRC)发生器322将这一段中的所有消息串起来，为这些消息产生CRC值，将这个CRC值附在消息后面，并且提供包括这些消息和这个CRC值的格式化的数据包。编码器324利用为这一段选择的编码方案或码速率对这个格式化的数据包进行编码，提供已编码数据包。码元映射器326基于为这一段选择的调制方案将这个已编码数据包中的码比特映射到调制码元。乘法器328用增益Gn来放大来自码元映射器326的调制码元，该增益Gn决定了这一段的发射功率。每个TX段处理器320都提供包含这一段的已放大调制码元的输出数据包。
多路复用器330从全部TX段处理器320a～320n接收输出数据包，并且为每一段将输出数据包多路复用到为这一段分配的系统资源上去。对于这一FDM方案，多路复用器330可以在分配给每一段的子带或端口上提供这一段的输出数据包。对于TDM方案，多路复用器330可以在不同的时间间隔内提供每一输出数据包。对于CDM方案，多路复用器330可以利用分配给每一段的正交码处理(或遮盖)这一段的输出数据包。在任何情况下，多路复用器330都为共享的信令信道提供输出数据。处理这些输出数据(例如进行OFDM调制)，并发射给终端。
对于图3所示的实施例，用CRC值保护每一段中的消息，并且将它们联合编码成为一个数据包。终端能够独立地对每一段的数据包进行解码，并且基于附加的CRC值来检查解码以后的数据包，以确定这一数据包的解码是正确还是错误。对于通过CRC检查的每个数据包，终端可以检验数据包中的消息，来寻找为这个终端发送的任何消息。
每一段中消息的联合编码提供了如下各种好处：
·因为为段使用了更大的数据包尺寸，因此有更高的编码增益；
·因为使用了为段中所有消息计算的CRC值，因此有更强的差错检测能力；以及
·发送给映射到同一段的其它终端的消息的可见性。
看见发送给其它终端的消息的能力可以被用于逻辑差错检测、隐含信令传递和其它目的。对于逻辑差错检测，通过验证其消息的内容与其它消息的内容不兼容，终端检测它的消息中的差错。例如，如果第一终端发现给第二终端的分配与第一终端它自己的分配的当前假设相冲突，第一终端就可以假定系统对第一终端的分配有不同的假设，于是开始纠正操作。对于隐含信令传递，终端通过发送给另一终端的信令以隐含方式接收给它自己的信令。例如，如果给第一终端的消息将端口x分配给这个终端，并且如果已经给第二终端分配了端口x，那么第二终端可以将分配端口x给第一终端解释为隐含从第二终端解除同一端口x的分配。
在第二个编码实施例中，将每一段中的消息单独编码，并且各自发送给接收方终端。可以将每一段划分成被给予独一无二下标的多个发射区间(transmission span)。每个发射区间都可以对应于不同的一组子带或端口，不同的时间间隔，等等。可以将每个发射区间分配给一个或多个终端，然后承载给所分配终端的消息。
图4说明第二编码实施例的共享信令信道处理器400的一个实施例。信道处理器400包括消息到段映射器410，共享信令信道N段的N个TX段处理器420a～420n，以及段多路复用器430。映射器410接收给终端的消息，标识每一消息的接收方终端，基于接收方终端确定给消息的段，并且将消息转发给合适的TX段处理器420。每个TX段处理器420都处理一段的消息。在每个TX段处理器420中，消息到码字映射器422将每一消息映射到码字。每一消息都可以有一个比特或多个比特的固定长度。每个码字也有一个比特或多个比特的固定长度。每一消息的码字都可以选自包含全部有效码字的码书。例如，可以将消息0或1分别映射为码字+1和-1。乘法器424用决定段发射功率的增益值Gn放大来自消息映射器422的每个码字。码字到发射区间(TS)下标映射器426将每个已放大码字映射到分配给这个码字接收方终端的发射区间。多路复用器430从全部TX段处理器420a～420n接收已放大码字，并且将每一段的已放大码字多路复用到为这一段分配的系统资源(例如子带或时间间隔)上去。
图5说明第二编码方案的共享信令信道的示例性发射。对于这一实例，共享信令信道具有三段。将第一段划分成下标为1～S1的S1个发射区间，将第二段划分成下标为1～S2的S2个发射区间，将第三段划分成下标为1～S3的S3个发射区间。第一段为信道状况不良的弱终端提供服务，用高功率发射。第二段为信道状况一般的中等终端提供服务，用中功率发射。第三段为信道状况良好的强终端提供服务，用低功率发射。将给每个终端分配的发射区间下标通知它，并且每个终端处理它的发射区间来接收发送给该终端的消息。总之，这些段可能没有一个发射功率的预先顺序，这些终端通常不知道哪些段将瞄准哪些最低SNR。
可以将第二编码实施例用于有效地发送特定类型的信令，例如具有固定大小的消息的信令，周期性地或者经常发送的信令，能够容错的信令等等。例如，可以将第二编码实施例用于发送确认(ACK)、功率控制(PC)命令等等，下面将对此进行描述。
第一编码实施例对每一段中的所有消息进行联合编码。第二编码实施例对每一段中的消息进行独立编码。共享信令信道可以包括这两种类型的段，也就是具有联合编码消息的一段或多段以及具有独立编码消息的一段或多段。
图6说明两种类型的段的共享信令信道处理器600的一个实施例。信道处理器600包括消息到段映射器610，具有联合编码消息的M段的M个TX段处理器620a～620m，具有单独编码消息的段的TX段处理器630，以及段多路复用器640。映射器610接收要在共享信令信道上发送的消息，基于消息的接收方终端提供这些消息给适当的TX段处理器。每个TX段处理器都处理一段的消息。每个TX段处理器620都按照上面针对图3中的TX段处理器320所描述的方式来实现。TX段处理器630按照上面针对图4中的TX段处理器420所描述的方式来实现。但是，每一发射区间i的码字都用这一发射区间的增益GN,i进行放大。于是，给不同终端的码字/消息可以以分别选择的功率发射。对于FDM和CDM方案，同时发送的所有段的总功率受限于发射可用的总功率。
对于图6所示的实施例，具有联合编码消息的段可以承载特定类型的信令，例如系统资源分配、多个终端的联合编码ACK等等。具有单独编码消息的段可以承载其它类型的信令，例如各终端的ACK、PC命令等等。如同下面所描述的一样，给定类型的信令(例如ACK)可以在两种类型的段上发送。
图7说明终端处两种类型的段的共享信令信道处理器700的一个实施例。信道处理器700包括段多路分离器(Demux)710，具有联合编码消息的M段的M个RX段处理器720a～720m，具有单独编码消息的段的RX段处理器730，以及消息检测器740。映射器710获得共享信令信道的N段的收到的码元，并且将每个收到的段的收到的码元提供给适当的RX段处理器。
每个RX段处理器为一段进行处理。在每个RX段处理器720中，码元去映射器722基于为其段所使用的调制方案对该段的收到的码元进行解调。解调器724基于用于这一段的编码方案或码速率对解调过的数据进行解码，并且提供段的已解码数据包。CRC检验器726利用附在数据包后面的CRC值检查已解码数据包，并且如果通过CRC就提供这个数据包给消息检测器740。消息检测器740从所有RX段处理器720接收已解码数据包，检验这些数据包中的消息，来寻找发送给该终端的消息，并且为该终端提供已恢复的消息。消息检测器740还可以进行其它处理，例如，为隐含信令传递进行处理。在RX段处理器730内，码字提取器732从该终端分配的发射区间获得码字，如果有的话。码字到消息去映射器734提供是提取的码字的最好猜测的消息。
下面描述示例性OFDMA系统的共享信令信道的一个具体设计。这个示例性的共享信令信道具有四段，它们是SCH1、SCH2、SCH3和SCH4。SCH1为具有不良信道状况的弱终端提供服务，SCH2为具有一般信道状况的中等终端提供服务，SCH3为具有良好信道状况的强终端提供服务。SCH4为特殊终端提供单播发射。SCH1、SCH2和SCH3承载联合编码消息，而SCH4则承载单独编码消息。
SCH1、SCH2、SCH3和SCH4分别具有固定的L1、L2、L3和L4信息比特。每一段的大小都是基于这一段的预期负荷选择的。这些段可以具有相同的大小，从而使L1、L2、L3和L4都相等。也可以有两段或更多的段大小不同，从而使L1、L2、L3和L4不相等。
SCH1、SCH2、SCH3和SCH4分别以固定的速率R1、R2、R3和R4发送。每一段的速率可以基于该段的标称工作点来选择。这些段可以用相同的速率发送，从而使R1、R2、R3和R4相同。这些段也可以以不同的速率发送，从而使R1、R2、R3和R4不相同。
SCH1、SCH2和SCH3分别以功率P1、P2和P3发射。选择每一段的发射功率，以获得该段所需要的性能。这些段可以用相同的功率来发射，从而使P1、P2和P3相等。这些段也可以用不同的功率来发射，从而使P1、P2和P3不相等。任何段都可以用发射功率0来略去这一段的发射。
作为一个具体实例，SCH1、SCH2、SCH3和SCH4可以具有以下大小：L1＝100，L2＝200，L3＝300，L4＝20信息比特。SCH1、SCH2和SCH3用对应于1/3的码速率的相同速率和四相移键控(QPSK)调制来发送。SCH4以对应于1/8的码速率的较低速率和二相移键控(BPSK)调制来发送。
对于SCH1、SCH2和SCH3，对每个信息比特进行编码，以产生三个码比特，将每一对码比特映射到一个QPSK调制码元。在150个调制码元中发送SCH1的100个信息比特，在300个调制码元中发送SCH2的200个信息比特，在450个调制码元中发送SCH3的300个信息比特。对于CH4，对每个信息比特进行编码，以产生八个码比特，将每个码比特映射到一个BPSK调制码元。在160个调制码元中发送SCH4的20个信息比特。为SCH1、SCH2、SCH3和SCH4的总共620个信息比特产生和发送总共1060个调制码元。
示例性的OFDMA系统具有OFDM结构，总共有K＝2048个子带。由于可以在给定的码元周期内，在每个子带发送一个调制码元，因此可以为SCH1、SCH2、SCH3和SCH4分别分配150、300、450和160个子带。可以在一个码元周期的1060个子带中发送四段的1060个调制码元。剩余988个子带可以用于业务数据、导频信号、其它系统开销信息、空数据(或者保护子带)等等。也可以选择四段的1060个子带来减少对相邻基站的干扰。
图8说明针对示例性共享信令信道，SCH1、SCH2、SCH3和SCH4的发射。每一段都在从总共K个子带中选择出来的一组子带上发送，以实现频率分集。这些段还以不同的功率发射。瞄准弱终端的SCH1以高功率发射，瞄准中等终端的SCH2以中等功率发射，瞄准强终端的SCH3以低功率发射。瞄准各个终端的SCH4以不同的功率发射。
给定的终端对于SCH1、SCH2和SCH3具有不同的接收SNR，因为这些段是以不同的功率发射的。全部以相同速率发送的SCH1、SCH2和SCH3不同的接收SNR导致这三段不同的解码差错概率。强终端能够对所有三段解码，而弱终端则只能对以高功率发射的SCH1解码。
以上描述针对的是具有四段SCH1、SCH2、SCH3和SCH4的一个具体实例。总而言之，这些段的发射功率和这些段的顺序在系统中是未知的。例如，在一个时间实例中可以将共享信令信道的所有发射功率用于SCH1，然后在另一个时间实例中用于SCH3，然后在另一个时间实例中用于SCH1和SCH2，等等。不必让每一段瞄准具有特殊信道状况的用户。
通过为每一段使用合适的发射功率，基站可以控制这一段的覆盖区域。具有高发射功率的SCH1覆盖大，具有低发射功率的SCH3覆盖小。对于给定的发射功率，可以在速率和覆盖之间进行折中，例如较高速率和小覆盖，或者较低速率和大覆盖。对于给定的固定速率，如同在上面的实例中一样，可以通过控制发射功率来确定覆盖。总之，基站可以调整多段的覆盖来与部署相匹配。基站也可以动态或自适应地改变段的覆盖，例如，根据调度算法、信令要求、终端分布等等。基站可以通过简单地改变用于段的发射功率来改变每一段的覆盖。不必告诉终端每一段使用的发射功率。
共享信令信道可以承载各种信令，例如资源/信道分配、接入许可、ACK、T2P、PC命令、信息请求等等。表1列出可以在共享信令信道上发送的一些类型的信令。
表1
所述系统可以为正向链路(FL物理信道)定义第一组物理信道，为反向链路(RL物理信道)定义第二组物理信道。物理信道是用于发送数据的手段，也可以将它叫做业务信道、数据信道等等。每一链路的物理信道都支持这一链路能够使用的系统资源的分配和使用。可以为任意类型的系统资源(例如子带或端口，时间间隔或时隙，码序列等等)定义物理信道。对于OFDMA系统，可以用总共K个子带或P个端口来定义多个物理信道，每一个物理信道都与不同的一组至少一个子带或端口相联系。可以用相同或不同的方式来定义FL物理信道和RL物理信道。
可以发送访问许可消息来允许系统访问终端。这一消息可以包括例如终端用于对准时序的时序偏移。
给调度成在正向链路上进行数据发射的每个终端分配至少一个FL物理信道。给调度成在反向链路上进行数据发射的每个终端分配至少一个RL物理信道。还可以给调度的每个终端提供其它的相关信息，例如，用于数据发射的速率，最大发射功率，等等。被调度终端所有的有关调度信息可以在资源/信道分配消息中传送。这一消息可以包括例如终端的MAC标识符(ID)，分配的每个物理信道的信道标识符(ChID)，表明用于数据发射的码速率和调制方案的数据包格式，其它信息(例如时间、频率和/或码单元)，以及辅助位。辅助位可以表明当前信道分配是不是用于(1)要与已经分配的系统资源合并的附加系统资源或者(2)要替换当前分配的系统资源(如果有的话)的新的系统资源。
系统可以采用具有反馈的发射方案，来提高数据发射的可靠性。这个发射方案也可以叫做自动重复请求(ARQ)发射方案或者递增冗余(IR)发射方案。对于反向链路上的数据发射，终端发射数据包给基站，如果这个数据包被正确解码，基站就发送回ACK，如果这个数据包解码错误，就发送回否定确认(NAK)。终端接收和使用来自基站的ACK反馈来终止数据包的发射，并且用NAK反馈来重新发射数据包的全部或者一部分。因此，终端能够基于来自基站的反馈，只为每个数据包发射足够的数据。
对于基于ACK的方案，只有在数据包被正确解码，并且不发送任何NAK的情况下，基站才发送ACK。因此，明确地发送ACK，而NAK则是隐含的，通过没有ACK来推断。基站可以为在每一帧中发射的所有终端产生ACK。基站可以为所有ACK形成单个ACK消息，可以在具有最低工作点的段中发送这一ACK消息。基站也可以为每一段形成ACK消息，该消息包括映射到这一段的所有终端的ACK。基站还可以在具有分别编码的消息的段上分别发送ACK给一些终端。
基站可以发送PC命令来控制在反向链路上向基站进行发射的终端的发射功率。每个终端的发射都可能成为从其它终端向同一个基站和/或其它基站进行发射的发射的干扰。可以调整每个终端的发射功率，来获得所需要的性能，同时降低对其它终端的干扰。对于反向链路功率控制，基站测量向基站进行发射的每个终端的SNR，将测量得到的SNR与终端的目标SNR进行比较，并且发送PC命令，让终端提高或降低它的发射功率，让接收SNR处于或接近目标SNR。类似于ACK，PC命令可以在一种或两种类型的段上发送。
也可以按照例如与上面针对资源分配、ACK和PC命令所描述的相似的方式来处理和发送其它类型的信令。
图9说明基站在共享信令信道上发送信令给终端所经历的过程900。接收给一个或多个终端的消息(块910)。基于消息的接收方终端来确定发送消息的段(块912)，并且将消息映射到这一段(块914)。然后确定是否已经将所有消息映射到段(块916)。如果答案是“否”，这一过程就返回块910来映射下一消息。
将所有消息映射到段，并且块916的答案是“是”以后，选择一段进行处理(块918)。如果所选段承载联合编码消息，如同块920所确定的一样，就为段中的这些消息产生CRC值(块922)。然后按照为这一段使用的码速率和调制方案来处理这些消息和CRC值(块924)。用一个增益值来放大这一段的调制码元，以达到这一段所需要的发射功率(块926)。
如果所选段承载单独编码消息，如同块920所确定的一样，就将每个消息映射到码字(块932)，并且用一个增益值来放大，以达到这一消息所需要的发射功率(块934)。将每个已放大码字映射到分配给这个码字的接收方终端的发射区间(块936)。
处理了所选段以后，判断是否已经处理完所有段(块938)。如果答案是“否”，这一过程就返回块918，选择另一段进行处理。否则，如果已经处理了所有段，就将处理过的段多路复用到为这些段分配的系统资源上去(块940)。然后用为这些段选择的发射功率将这些段发射给这些终端(块942)。
图10说明终端执行的，用来从共享信令信道接收信令的过程1000。终端获得共享信令信道的这些段的收到的码元，并且选择一段进行处理(块1010)。然后确定所选段是否承载联合编码消息(块1012)。如果答案是“是”，就按照用于这一段的码速率和调制方案对所选段的收到的码元进行解调和解码，获得已解码数据包(块1014)。然后利用数据包中附加的CRC值检查已解码数据包(块1016)。如果通过CRC，如同块1018中所确定的一样，就检验已解码数据包中的消息，寻找给这个终端的消息(块1020)。如果找到给这个终端的任何消息，如同块1022中所确定的一样，就提取这些消息(块1024)。如果在块1018中CRC失败，或者在块1022中没有找到给终端的消息，这一过程就进入块1030。
如果所选段承载单独编码的消息，如同块1012中所确定的一样，就提取分配了所述终端的发射区间中的码字，如果有的话(块1026)。将提取的码字解除映射，以获得给这个终端的消息(块1028)。然后这一处理进入块1030。总之，按照与基站为所选段所进行的处理互补的方式处理这一段。
在块1030中，确定是否已经恢复了终端的所有信令。如果答案是“否”，就确定是否已经处理了所有段(块1032)。如果答案是“否”，就选择另一个未处理的段进行处理(块1034)。接下来，这一过程返回块1012，处理新选择的段。这一终端可以接收不同的段上不同类型的信令，例如一段上的资源分配消息，另一段上的ACK，等等。如果已经恢复了这一终端的所有信令，如同块1030中所确定的一样，或者已经处理了所有段，如同块1032中所确定的一样，这一过程就终止。
图11画出了基站110x和终端120x的一个框图，它们是图1中的基站和终端之一。对于正向链路，在基站110x处，TX数据处理器1112接收安排在正向链路上发射的，给所有终端的业务数据，基于为每个终端选择的编码和调制方案，为这个终端处理业务数据，并且为每个终端提供数据码元。TX信令处理器1114接收给基站110x的覆盖范围内所有终端的信令消息，处理这些消息用于在共享信令信道上发射，并且提供输出数据给共享信令信道。TX信令处理器1114可以按照图3、4或6所示的方式实现。多路复用器1116将来自处理器1112的数据码元，来自处理器1114的输出数据和导频码元进行多路复用。发射机单元(TMTR)118为OFDMA系统进行OFDM调制，并进一步进行信号调整(例如模拟转换、滤波、放大和上变频)来产生已调制信号，将已调制信号从天线1120发射给基站110x覆盖区内的终端。
在终端120x处，基站110x发射的已调制信号被天线1152收到。接收机单元(RCVR)1154处理(例如调整和数字化)来自天线1152的接收信号，为OFDMA系统进行OFDM解调，并提供收到的码元。多路分离器1156将业务数据的接收码元提供给RX数据处理器1158，并且将共享信令信道的接收码元提供给RX信令处理器1160。RX数据处理器1158处理它的接收码元，并且为终端120x提供已解码业务数据。RX信令处理器1160处理它的接收码元，并且为终端120x提供信令。RX信令处理器1160可以按照图7所示的方式实现。
对于反向链路，在终端120x处，由TX数据处理器1180处理业务数据来产生数据码元。发射机单元1182处理来自终端120x给反向链路的数据码元、导频码元和信令，进行信号调整，提供已调制信号，从天线1152发射。在基站110x处，天线1120收到终端120x和其它终端发射的已调制信号，接收机单元1122将它们进行调整和数字化，并且由RX数据处理器1124进行处理来获得给每个终端的已解码业务数据和信令。
控制器1130和1170分别控制在基站110x和终端120x中的操作。存储器单元1132和1172分别储存供控制器1130和1170使用的程序代码和数据。调度器1128调度终端在正向和反向链路上发射，给被调度的终端分配系统资源，并且提供信道分配。控制器1130从调度器1128接收信道分配，从RX数据处理器1124接收数据包状态，为终端产生信令消息，确定在每一帧中的哪一个(哪些)段发射，并且将总的发射功率分配给所选段。
这里描述的信令发射和接收技术可以用各种手段来实现。例如，这些技术可以用硬件、软件或者它们的组合来实现。对于硬件实现，基站中用于为共享信令信道处理信令的处理单元可以在一个或多个以下装置中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器，设计成实现这里描述的功能的其它电子单元，或者它们的组合。在终端里用于从共享信令信道接收信令的处理单元也可以在一个或多个ASIC、DSP、处理器等等中实现。
对于软件实现，上述信令发射和接收技术可以利用完成这里描述的功能的模块(例如子程序、函数等等)来实现。软件代码可以储存在存储器单元(例如图11中的存储器单元1132或1172)中，由处理器(例如控制器1130或1170)执行。存储器单元可以在处理器内部或者处理器外部实现，在后一种情况下，它可以通过本领域中公知的各种手段与处理器连接。
提供了所公开的实施例的以上描述以便让本领域技术人员能够实施本发明。对这些实施例的各种修正对于本领域技术人员而言都是显而易见的，并且可以将这里给出的一般原理用于其它实施例而不会偏离本发明的实质和范围。因此，本发明不是要将自己限制于这里给出的实施例，而是与这里公开的原理和新颖特征的最大范围相一致。

Claims (33)

1.一种多址通信系统中的设备，包括：
映射器，用于接收给多个终端的信令，并且将给每个终端的信令映射到信令信道的多段中的至少一段，所述信令信道由所述多个终端共享以分别接收所述给每个终端的信令；
处理器，用于处理映射到每一段的信令，并且产生该段的输出数据；以及
多路复用器，用于将每一段的所述输出数据多路复用到分配给所述每一段的一组频率子带上去。
2.如权利要求1所述的设备，还包括：
控制器，用于将总的发射功率分配给所述多段中的每一段；以及
发射机单元，用于以给每一段分配的发射功率发射该段的输出数据。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述控制器用于分配所述总的发射功率，从而以不同的功率电平发射所述多段。
4.如权利要求1所述的设备，其中对于承载联合编码信令的每一段，所述处理器用于：
为映射到该段的信令产生差错检测码值；以及
对该段的信令和差错检测码值进行编码，产生该段的已编码数据包。
5.如权利要求4所述的设备，其中对于承载联合编码信令的每一段，所述处理器还用于：
将该段的已编码数据包中的码比特映射到调制码元，并且
以给该段选择的增益，放大该段的调制码元。
6.如权利要求1所述的设备，其中对于承载单独编码信令的每一段，所述处理器用于：
将映射到该段给每个终端的信令映射到码字，并且
将给每个终端的所述码字映射到分配给该终端的发射区间上去。
7.如权利要求1所述的设备，还包括：
控制器，用于基于每个终端的信道状况和所述多段的工作点，为该终端选择所述至少一段。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述信道状况包括信噪比。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述多段中的每一段与一个固定的码速率和可变发射功率相联系。
10.如权利要求8所述的设备，其中每一终端的所述信令包括系统资源分配消息、确认(ACK)、功率控制信息或者它们的组合。
11.一种在多址通信系统中发射信令的方法，包括：
获得给多个终端的信令；
将给每个终端的信令映射到信令信道的多段中的至少一段，所述信令信道由所述多个终端共享以分别接收所述给每个终端的信令；
处理映射到每一段的信令，产生该段的输出数据；并且
将每一段的所述输出数据多路复用到分配给所述每一段的一组频率子带上去。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：
将总的发射功率分配给所述多段中的每一段；以及
以给每一段分配的发射功率发射该段的所述输出数据。
13.如权利要求11所述的方法，还包括：
以给所述多段选择的不同功率电平为该多段发射输出数据。
14.如权利要求11所述的方法，其中，映射包括：
根据每个终端的信道状况映射给每个终端的所述信令。
15.如权利要求11所述的方法，其中，所述处理映射到每一段的信令包括：
如果该段承载联合编码信令，那么
为映射到该段的所述信令产生差错检测码值，并且
对该段的所述信令和所述差错检测码值进行编码，产生该段的已编码数据包。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述处理映射到每一段的信令包括：
如果该段承载独立编码信令，那么
将映射到该段给每一终端的信令映射到码字，并且
将给每一终端的所述码字映射到分配给该终端的发射区间上去。
17.一种多址通信系统中的设备，包括：
用于获得给多个终端的信令的模块；
用于将给每个终端的信令映射到信令信道的多段中的至少一段的模块，所述信令信道由所述多个终端共享以分别接收所述给每个终端的信令；
用于处理映射到每一段的信令，产生该段的输出数据的模块；以及
用于将每一段的所述输出数据多路复用到分配给所述每一段的一组频率子带上去的模块。
18.如权利要求17所述的设备，还包括：
用于将总的发射功率分配给所述多段中每一段的模块；以及
用于以给每一段分配的发射功率发射该段的所述输出数据的模块。
19.如权利要求17所述的设备，其中，用于处理映射到每一段的信令的所述模块包括：
用于如果该段承载联合编码信令，为映射到该段的所述信令产生差错检测码值，并且对该段的所述信令和所述差错检测码值进行编码，产生该段的已编码数据包的模块。
20.如权利要求17所述的设备，其中，用于处理映射到每一段的信令的所述模块包括：
用于如果该段承载独立编码信令，将映射到该段给每一终端的信令映射到码字，并且将给每一终端的所述码字映射到分配给该终端的发射区间的模块。
21.如权利要求17所述的设备，其中用于映射的所述模块包括：
用于根据每个终端的信道状况映射给每个终端的所述信令的模块。
22.一种多址通信系统中的设备，包括：
多路分离器，用于接收分配给多段中的每一段的一组频率子带中的每个频率子带上的所述多段，信令信道的所述多段承载给多个终端的信令，其中给终端的信令是在所述多段中的至少一段上发送的，并且其中，所述信令信道由所述多个终端共享以分别接收所述给每个终端的信令；
控制器，用于选择所述多段之一进行恢复；
处理器，用于处理所选择的段，以恢复在该段中发送的信令；以及
检测器，用于确定在所选择的段中是否发送了给所述终端的信令。
23.如权利要求22所述的设备，其中，所述控制器用于每次选择一段进行处理，直到给所述终端的所有信令被恢复，或者已经处理完所有段，或者所有未处理的段需要更高的信号-干扰和噪声比(SNR)进行恢复。
24.如权利要求22所述的设备，其中所述处理器用于基于对所选择的段使用的编码方案对该段进行解码，并且基于所选择的段中包括的差错检测码值确定该段是否被正确解码。
25.如权利要求22所述的设备，其中所述处理器用于从所述终端的发射区间获得收到的码字，并且将该收到的码字进行去映射处理，以获得给该终端的消息。
26.一种在多址通信系统里的终端处接收信令的方法，包括：
接收分配给多段中的每一段的一组频率子带中的每个频率子带上的所述多段，信令信道的所述多段承载给多个终端的信令，其中给所述终端的信令是在所述多段中的至少一段上发送的，并且其中，所述信令信道由所述多个终端共享以分别接收所述给每个终端的信令；
选择所述多段之一进行恢复；
处理所选择的段，以恢复该段中发送的信令；以及
确定在所选择的段中是否发送了给所述终端的信令。
27.如权利要求26所述的方法，还包括：
重复所述选择所述多段之一，处理所选择的段，以及所述确定在所选择的段中是否发送了给所述终端的信令，直到给该终端的所有信令被恢复，或者已经处理完所述多段的全部，或者所有未处理的段需要更高的信号-干扰和噪声比(SNR)进行恢复。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述处理所选段包括：
基于为所选择的段使用的编码方案对该段进行解码，以及
基于所选择的段中包括的差错检测码值确定该段是否被正确解码。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述处理所选段包括：
从所述终端的发射区间获得收到的码字，以及
对收到的所述码字进行去映射处理，以获得给所述终端的消息。
30.一种多址通信系统中的设备，包括：
用于接收分配给多段中的每一段的一组频率子带中的每个频率子带上的所述多段的模块，信令信道的所述多段承载给多个终端的信令，其中给终端的信令是在所述多段中的至少一段上发送的，并且其中，所述信令信道由所述多个终端共享以分别接收所述给每个终端的信令；
用于选择所述多段之一进行恢复的模块；
用于处理所选择的段，以恢复该段中发送的信令的模块；以及
用于确定在所选择的段中是否发送了给所述终端的信令的模块。
31.如权利要求30所述的设备，还包括：
用于每次选择一段进行处理，直到给所述终端的所有信令被恢复，或者已经处理完所有段，或者所有未处理的段需要更高的信号-干扰和噪声比(SNR)进行恢复的模块。
32.如权利要求30所述的设备，其中用于处理所选择的段的模块包括：
用于基于为所选择的段使用的编码方案对该段进行解码的模块，以及
用于基于所选择的段中包括的差错检测码值确定该段是否被正确解码的模块。
33.如权利要求30所述的设备，其中用于处理所选择的段的模块包括：
用于从所述终端的发射区间获得收到的码字的模块，以及
用于对所述收到的码字进行去映射处理，以获得给所述终端的消息的模块。
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