载波分配方法和移动站的制作方法
【专利摘要】一种载波分配方法和移动站。本发明提出一种载波分配方法，包含：(a)由移动站传送多载波能力信息传送给该基站，该多载波能力信息包含该移动站同时支持的至少一部分载波；以及(b)由该移动站接收载波分配信息，该载波分配信息包含该基站的一组分配载波，其中，该组分配载波至少一部分是基于该多载波能力信息确定的。
【专利说明】载波分配方法和移动站
[0001]本申请是申请日为2010年4月23日，申请号为201080001032.3，发明名称为“载
波分配方法、基站和移动站”的申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]所揭露的实施例是关于无线网络通信，更具体的，是关于多载波OFDM系统的载波分配。
【背景技术】
[0003]为满足下一代无线系统的需求，多载波OFDM系统已成为IEEE802.16m(用于WiMAX2.0系统)和3GPP第10版本(用于先进LTE系统)标准草案中的基线(baseline)系统架构。举例而言，多载波OFDM技术可用于实现国际无线通信咨询委员会(ITU-R)对下一代移动通信系统(称之为MT-Advanced，亦即“4G”移动通信系统)所要求的IGbps峰值传输率。基于多载波OFDM发展出例如OFDMA、OFDM/CDMA、0FDM/TDMA等多种不同的存取方案，并已应用于多载波OFDM无线系统。但是，网络布署的升级通常是演进式而非革命式改变。例如，在4G网络升级的第一阶段(也称为“4G热点布署”)，4G空中接口可能只会选择性的被布署在例如城市区域、公交站等热点地区，而其余地区只能继续由现存的3G空中接口服务。在4G网络升级的第二阶段(也称为“4G重叠布署”)，所有区域既可由3G也可由4G空中接口服务。在4G网络升级的第三阶段(也称为“4G绿场布署”)，所有区域将直接由4G空中接口服务。因此，系统设计需要确保多载波OFDM系统在不同网络布署阶段均能良好运作。
[0004]为支持多载波数据传输，在基站(BS)与移动站(MS)之间需要分配并启动一或多个次要(secondary)载波。所以BS需要知道MS可支持的多载波能力。但由于不同厂商所设计的RF收发器架构的硬件实现方法有差异，BS很难精确得知MS能支持哪些载波及载波聚合组合以用于多载波数据传输。例如在IEEE802.16m标准制定时的一些技术提案中定义了 AAI_MC-REQ消息(多载波请求消息)，MS用AAI_MC_REQ消息将其支持的多载波能力信息告知服务BS。例如，AAI_MC-REQ消息可包括MS的最大处理带宽(例如20MHz)以及MS可同时支持RF载波的最大数目(例如4)。但得知以上信息后，服务BS仍无法精确知道MS利用聚合的20MHz带宽可同时处理哪些载波组合(例如10+10、5+10+5、5+5+5+5等)。因此，如何在BS与MS之间传递多载波能力信息、使得多载波OFDM系统能有效支持多载波数据传输仍然是一个挑战。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种载波分配方法、基站和移动站。
[0006]在MS初始化接入多载波OFDM网络时，会实施两阶段入网步骤。第一阶段为所有设备共享入网步骤，MS选择其中一个支持的RF载波作为主要载波，用主要载波与服务BS实施入网。第二阶段为多载波设备延伸入网步骤，MS实施与服务BS的载波分配和载波启动步骤，然后准备好在多个RF载波上进行聚合数据传输。在一个新颖方面，载波分配步骤中，MS和服务BS交换并协商载波布署和多载波能力信息，并基于协商结果作出良好沟通的载波分配决定。上述的载波分配步骤可保证分配的次要载波不仅得到服务BS及MS支持，也是基于网络条件的其他要求所需要的。
[0007]载波分配步骤中，BS首先将载波布署信息告知MS。载波布署信息包含BS支持的一组可用RF载波的物理信息。该物理信息包括每个可用RF载波的带宽和中心频率。基于载波布署信息，MS将多载波能力信息告知BS。多载波能力信息可包含MS能同时支持的RF载波。接着，BS分配一组次要载波至MS用于多载波数据传输。分配的次要载波是由BS基于MS的多载波能力信息以及信道质量测量结果、网络流量负荷状况等其他考虑来确定。最后，MS回复以确认分配的次要载波，或者请求BS重分配一组更新的次要载波。更新的载波分配决定可由BS以未经MS请求(unsolicited)的方式作出，也可基于来自MS的载波重分配请求来作出。
[0008]本发明还提供一种基站，包含:一射频收发器，用于传送载波布署信息，并相应的从一移动站接收多载波能力信息，其中，该载波布署信息包含该基站支持的一组可用载波，该多载波能力信息可包含该移动站能同时支持的载波；以及一多载波能力协商模块，用于基于该移动站能同时支持的载波的至少一部分来确定一组分配载波。
[0009]本发明还提供一种移动站，包含:射频收发器，用于接收载波布署信息，并相应的传送多载波能力信息至基站，其中，该载波布署信息包含该基站支持的一组可用载波，该多载波能力信息包含该移动站同时支持的至少一部分可用载波；以及多载波能力协商模块，用于基于该载波布署信息来确定该多载波能力信息。
[0010]本发明的优点之一是能有效支持不同基站载波布署下的多载波数据传输。
[0011]以下详细描述了本发明的其他实施例和优点。“
【发明内容】
”部分并不用于定义本发明。本发明是由权利要求来定义。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]所附图示展示了本发明的实施例，其中相似标号指示相似的组件。
[0013]图1是根据一个新颖方面，无线多载波OFDM网络中MS的概略初始化运作流程。
[0014]图2是多载波OFDM网络BS与MS之间载波分配步骤的运作流程示意图。
[0015]图3是服务BS广播的多载波广播(MC-ADV)消息的一个实施例的示意图，MC-ADV消息用于告知服务BS的载波布署信息。
[0016]图4是GL0BAL-C0NFIG消息的一个实施例的示意图。
[0017]图5是支持20MHz聚合带宽的MS设备不同载波聚合情形的示意图。
[0018]图6A是MS支持多载波能力的RF收发器的第一种硬件实现的示意图。
[0019]图6B是MS支持多载波能力的RF收发器的第二种硬件实现的示意图。
[0020]图7是MS发送的多载波请求(MC-REQ)消息一个实施例的示意图，MC-REQ消息用于告知MS的多载波能力信息。
[0021]图8是BS发送的多载波回复(MC-RSP)消息的一个实施例的示意图，该消息用于为MS分配次要载波。
[0022]图9是载波分配步骤中定义交换信息的解空间的数学表示示意图。[0023]图10是BS和MS之间载波分配步骤的特定举例。
【具体实施方式】
[0024]以下将参考多个实施例的细节，用所附图示描述本发明。
[0025]图1是根据一个新颖方面，无线多载波OFDM网络10中MS的概略初始化运作流程。无线OFDM网络10包含单载波多载波混合的BS、MS，例如:单载波BS11、多载波BS12、单载波MS13和多载波MS14。MS开始初始化并接入无线网络时，会实施两阶段入网步骤。无论BS和MS是单载波或是多载波，该两阶段入网步骤均可在BS与MS之间实施。
[0026]图1展示了用于WiMAX系统和先进LTE系统的两阶段入网步骤。对于WiMAX系统，第一阶段为所有设备共享入网步骤，MS选择其中一个支持的RF载波作为主要(primary)载波，用主要载波与服务BS实施入网。第二阶段为多载波设备延伸入网步骤，MS与服务BS实施载波分配和载波启动步骤，然后准备好在多个RF载波上进行聚合数据传输。对于两阶段入网步骤的更多细节，请参考申请序列号为12/387，633、题为“Method of Network Entryin OFDM Mult1-Carrier Wireless Communications Systems” 的美国专利申请(申请日2009/05/04，发明人傅宜康，在此以引用形式并入该专利申请的全部内容)。
[0027]类似的，对于先进LTE系统，第一阶段为所有设备共享待接(camp on)步骤，使用者设备(UE)选择其中一个支持的RF载波作为主要载波，用主要载波与服务BS实施入网。第二阶段为多载波设备扩展入网步骤，UE与服务BS实施载波配置和载波启动步骤，然后准备好在多个RF载波上进行聚合数据传输。以下实施例/例子仅以WiMAX OFDM网络为例进行描述，但应注意，两阶段入网步骤既可应用于WiMAX也可用于先进LTE无线系统。
[0028]在一个新颖方面，载波分配步骤中，MS和服务BS交换并协商载波布署和多载波能力信息，并基于协商结果作出良好的载波分配决定。另外，载波分配决定可基于其他考虑进行更新。更新的载波分配决定可由BS以未经MS请求的方式作出，也可由BS基于来自MS的载波重分配请求来作出。
[0029]在另一新颖方面，载波分配步骤中，MS可只将能同时支持的一部分载波告知BS。例如，MS可同时支持BS布署的四个载波。但MS只告知BS自己的多载波能力为一个载波，间接指引BS仅分配一个载波给MS,以减少监视分配载波所引起的中断(disruption)。另一例子中，MS起初不告知任何载波作为其多载波能力。之后，MS再请求载波重分配，以设定更多MS可支持的分配载波。
[0030]图2是多载波OFDM网络10BS与MS之间载波分配步骤的运作流程示意图。BS12包含存储器21、处理器22、多载波能力协商模块23、以及耦接于天线25的RF发射器/接收器24。类似的，MS14包含存储器31、处理器32、多载波能力协商模块33、以及耦接于天线35的RF发射器/接收器34。在一个例子中，多载波能力协商模块也可在处理器内部实现。多载波能力协商模块处理BS12与MS14交换的多载波能力协商相关消息，作为响应，多载波能力协商模块基于协商结果并基于连接测量结果、数据流量负荷等其他考虑，作出载波分配或重分配决定。
[0031]如图2所示，BS12首先将载波布署信息告知MS14(步骤15)。载波布署信息包含BS12支持的一组可用RF载波的物理信息。该物理信息包括每个可用RF载波的带宽和中心频率。基于载波布署信息，MS14将多载波能力信息告知BS12 (步骤16)。多载波能力信息包含MS14可同时支持的RF载波。接着，BS12分配一组次要载波至MS14用于多载波数据传输(步骤17)。分配的次要载波是由BS12基于MS的多载波能力信息以及信道质量测量结果、网络流量负荷状况等其他考虑来确定。最后，MS14回复以确认分配的次要载波，或者请求BS12重分配一组更新的次要载波(步骤18)。
[0032]为作出良好的载波分配决定，BS、MS对相应载波布署和多载波能力信息进行完整准确的交换和协商是至关重要的。从MS角度，MS需知道服务BS支持哪些载波，由此确定MS可同时支持用于载波分配的载波子集。从BS角度，BS需要知道MS可同时支持哪些载波，由此分配次要载波子集用于多载波数据传输。由于多载波网络环境的复杂性，上述的载波分配步骤可保证分配的次要载波不仅得到服务BS及MS支持，也是网络其他要求所需要的。以下不同实施例及例子将以更多细节描述载波分配步骤的每一步。
[0033]图3 是服务 BS 广播的多载波广播(Mult1-Carrier ADVertisement, MC-ADV)消息的一个实施例的示意图，MC-ADV消息用于告知服务BS的载波布署信息(图2步骤15)。通过周期性广播MC-ADV消息，服务BS将支持的所有可用载波的基本RF载波配置告知附属MS。在图3的例子中，MC-ADV消息包括服务BS载波数目、服务BS —致性旗标(例如“O”表示服务BS支持的所有载波具有相同的协议版本，否则旗标为“ I”)、广播MC-ADV的当前RF载波的物理载波索引(index)、以及MAC协议版本。此外，MC-ADV消息也包括每个所支持RF载波的物理载波索引。每个物理载波索引与特定载波的带宽和中心频率相关联，每个索引与一个可用载波唯一相关。若服务BS —致性旗标等于“ 1”，则MC-ADV消息中也包括每个所支持RF载波的MAC协议版本。
[0034]MC-ADV消息中使用的物理载波索引与通用载波配置(GL0BAL-C0NFIG)消息所定义的物理载波索引相同，GL0BAL-C0NFIG消息是在入网完成后立刻由服务BS发送至MS。在IEEE802.16m系统中，GL0BAL-C0NFIG消息由服务BS发送至MS，用于指示每个载波的物理参数和相关物理载波索引。图4是GL0BAL-C0NFIG消息的一个实施例的示意图。对于GL0BAL-C0NFIG消息的更多细节，请参考申请序列号12/660，441、题为“Methodand Apparatus for Communicating Carrier Configuration in Mult1-Carrier OFDMSystems”的美国专利申请(申请日为2010/02/26，发明人傅宜康，在此以引用形式并入该专利申请的全部内容)。
[0035]当MS经由MC-ADV消息从服务BS收到载波布署信息时，MS就准备好将多载波能力信息回复给服务BS以请求分配载波列表(图2步骤16)。但对于多载波MS，很难定义一组能完整准确描述多载波能力的参数。这是由于除每个RF载波的载波带宽和中心频率信息等基本物理参数之外，多载波MS还可支持多种不同的载波聚合组合。取决于不同硬件实现方法，多载波MS可支持具有相邻或不相邻RF载波的载波聚合情形，以及具有频带内或跨频带RF载波的载波聚合情形。
[0036]图5是支持20MHz聚合带宽MS设备的不同载波聚合情形示意图。在图5左侧描述的第一例子中，MS支持两个相邻IOMHz RF载波。这称为相邻且频带内载波聚合。在图5右侧描述的第二例子中，MS在一个频带(band class)内支持两个相邻5MHz RF载波，在另一频带内支持一个IOMHz RF载波。这称为不相邻且跨频带载波聚合。不同载波聚合情形是MS所用硬件实现不同所造成的。
[0037]图6A是MS支持多载波能力的RF收发器的第一种硬件实现的示意图。此收发器架构中，MS利用单一 FFT和RF模块在多个RF载波收发无线电信号波形。这是利用OFDM信号的特性、用数字处理技术产生多个波形来实现的。虽然这种收发器架构硬件复杂度低、成本低、功耗也低，但在支持不相邻RF载波方面不太灵活。这种架构可能支持同一频带内的非相邻载波(频带内情形)，但肯定不能同时支持不同频带(跨频带情形)的载波。
[0038]图6B是MS支持多载波能力的RF收发器的第二种硬件实现的示意图。此收发器架构中，MS利用多个FFT模块分别产生OFDMA波形。此外，MS还可利用不同的RF组件(例如功率放大器、天线)来传送OFDMA波形。这种架构在支持不同多载波聚合情形时灵活性更高，无论载波相邻与否、是频带内或是跨频带均可支持。但这种架构的硬件复杂度、成本及功耗都更闻。
[0039]大体而言，不同收发器架构设计要在性能、复杂度及灵活性之间取得所需平衡。此夕卜，第6A、6B图所示的收发器架构可以互为补充，在不同情形下可集成、组合。因此，依赖于硬件实现，不同MS可支持不同载波聚合组合。所以当MS将多载波能力告知服务BS时，包括上述的载波聚合资源和每个载波的物理参数非常重要。
[0040]图7是MS发送的多载波请求(MC-REQ)消息一个实施例的示意图，MC-REQ消息用于告知MS的多载波能力信息(图2步骤16)。基于收到的MC-ADV消息，MC-REQ消息所包括的载波会属于BS支持的可用载波子集。在图7的例子中，MC-REQ消息包括Global_Support比特，该比特(有时也称为一致性指标)指示MS能否处理BS同时支持的所有可用载波。若该比特等于“0”，则MC-REQ消息无须包括与多载波能力相关的其他信息。另一方面，若该比特等于“ I ”，则MC-REQ消息包括候选组合数目(N)，N指示MS可支持载波组合的数目。对于每个候选组合，MC-REQ消息进一步包括候选分配载波数目(Ne)，Ne指示MS在该候选组合中可支持载波的数目，MC-REQ消息还包括MS可同时在该候选组合中支持的每个载波的物理载波索引。
[0041]图8是BS发送的多载波回复(MC-RSP)消息的一个实施例的示意图，该消息用于为MS分配次要载波(图2步骤17)。基于收到的MC-REQ消息，MC-RSP消息所包括的分配次要载波会属于MS可同时支持的载波子集。在图8的例子中，MC-RSP消息包括Global_Assign比特，该比特(有时也称为一致性指标)指示BS是否分配了 MS请求的所有载波。若该比特等于“1”，则MC-RSP消息无须包括与分配载波有关的其他信息。另一方面，若该比特等于“0”，则MC-RSP消息要包括分配载波数目(N)以及每个将分配载波的物理载波索弓I。一般而言MC-RSP消息是由BS发出以作为MS发送MC-REQ消息请求载波分配的回复。但MC-RSP消息也可由BS主动发出，用于以未经MS请求方式更新分配载波列表。例如，BS可基于改变的网络流量负荷情况重分配一组新的次要载波。
[0042]收到分配次要载波的载波分配信息之后，MS可回复消息确认载波分配，也可发出载波重分配请求至服务BS (图2步骤18)。载波重分配请求可基于分配载波的测量结果。在一个例子中，MS发现分配载波上接收信号质量低于阈值。另一例子中，特定载波上接收信号质量高于阈值，但BS未分配该特定载波。载波重分配请求也可基于其他特定情形发出。例如，具有单一 RF硬件实现的MS可能偏好分配相邻载波，而非分配不相邻载波。基于测量结果或特定条件，MS可向BS推荐特定载波分配。一个实施例中，MS可明确推荐增加额外的一组载波，或者移除一组现有的分配载波，或以上两者皆有。另一实施例中，MS可经由另一 MC-REQ消息发出更新的多载波能力信息。当BS收到载波重分配请求时，就作出更新的载波分配决定，并将更新的一组分配载波回传给MS。
[0043]上述载波分配步骤中的信息交换可用数学形式更准确地表达。图9是定义解空间的数学表示示意图，该解空间是图2中BS12与MS14交换的载波布署、多载波能力、载波分配及重分配信息的解空间。步骤15中，BS12将支持的所有载波C告知MS14，其中C表示一组解(例如物理载波索引)。步骤16中，MS14告知BS12可同时支持的一组载波S，其中S表示一组解(例如物理载波索引)，且S是C的子集。MS14也可告知多组载波，其中每一组都可由MS14同时支持。步骤17中，BS12告知MS14 —组分配载波A，其中A表示一组解(例如物理载波索引)，且A是S的子集。最后在步骤18中，MS14确认分配或者发出重分配请求。重分配请求可包括指示(indication)或者MS14可同时支持的另一组载波S’，其中S’也是C的子集。基于新一组载波S’，BS12可调整载波分配决定，并发送一组更新的分配载波A’至MS14。在一个例子中，物理载波索引可具有位图(bitmap)格式。
[0044]图10是BS91和MS92之间载波分配步骤的特定举例。首先，经由MC-ADV消息93，BS91将所支持的四个可用载波#1-#4(也就是C = {1，2，3，4})告知MS92。接着，经由MC-REQ消息94，MS92告知BS91:MS92可同时支持四个可用载波中的两个相邻载波。MC-REQ消息可具有不同格式。在第一示例中，MS92可回复多个列表至BS91(例如SI = {1，2}、S2={2，3}、S3 = {3，4})。在第二示例中，MS92可基于其他考虑回复一部分列表(例如SI ={1,2}, S3 = {3，4})。在第三示例中，MS92可仅回复一个列表(例如SI = {1,2})并包括“一致性指标”，以表示MS92也可支持同样载波聚合情形所关联的其他载波组合。例如，若载波#1和载波#2分别为IOMHz和5MHz载波，贝U“S1 = {1,2} + 一致性指标”表示可支持满足“ IOMHz载波+5MHz载波”的其他载波组合作为分配载波。随后，经由MC-RSP消息95，BS91将从S1、S2、S3中选出的两个相邻分配载波(例如A= {3,4})发送至MS92。最后，BS91可以未经请求的方式更新分配载波(例如重传A’ = {1，2})。举例而言，由于载波#4的信道质量测量结果很差，BS91可重分配载波。或者，MS92可发送重分配请求，请BS91作出新的分配。在一个例子中，MS92可明确请求增加一组新的分配载波(例如增加SI = {1，2})，或者移除已分配载波(例如移除S3 = {3，4})。在另一例子中，MS92可发送更新的MC-REQ消息至BS91，更新的MC-REQ消息包括MS92可同时支持的更新的载波列表(例如SI = {1,2},S2 = {2，3})，由此 BS91 不会重分配 S3 = {3，4}。
[0045]虽然上文出于说明的目的结合特定实施例来描述本发明，但本发明并不以上述特定实施例为限。例如在先进LTE系统中，载波分配运作也称为载波配置运作。虽然使用术语不同，但WiMAX系统用于载波分配运作的基本概念和思想同样适用于先进LTE系统的载波配置运作。若增强节点B(eNB)在同一载波上支持一或多个小区(cell)，本发明则包括服务小区配置运作。因此，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明之保护范围当视所附之权利要求所界定者为准。
【权利要求】
1.一种载波分配方法，包含: (a)由移动站传送多载波能力信息传送给该基站，该多载波能力信息包含该移动站同时支持的至少一部分载波；以及 (b)由该移动站接收载波分配信息，该载波分配信息包含该基站的一组分配载波，其中，该组分配载波至少一部分是基于该多载波能力信息确定的。
2.如权利要求1所述的载波分配方法，其特征在于，该同时支持的载波属于该组可用载波的子集，且该组分配载波属于该同时支持的载波的子集。
3.如权利要求1所述的载波分配方法，其特征在于，该同时支持的载波是由该移动站基于该载波的信道质量测量结果来决定的。
4.如权利要求1所述的载波分配方法，其特征在于，该同时支持的载波是由一或多组载波索引来指示。
5.如权利要求4所述的载波分配方法，其特征在于，该一或多组载波索引是通过该移动站传送一或多组更新的载波索引至该基站来更新。
6.如权利要求4所述的载波分配方法，其特征在于，该一或多组载波索引具有位图格式。
7.如权利要求1所述的载波分配方法，其特征在于，更包含: 接收更新的载波分配信息，该更新的载波分配信息包含该基站的一组新的分配载波。
8.如权利要求1所述的载波分配方法，其特征在于，更包含: 传送载波重分配请求；以及 接收更新的载波分配信息，该更新的载波分配信息包含由该基站响应该载波重分配请求确定的一组新的分配载波。
9.如权利要求8所述的载波分配方法，其特征在于，该载波重分配请求包含更新的多载波能力信息，该更新的多载波能力信息包含该移动站同时支持的更新的载波。
10.如权利要求8所述的载波分配方法，其特征在于，该载波重分配请求包含关于添加一组偏好载波或者移除一组非偏好载波用于载波重分配的信息。
11.如权利要求1所述的载波分配方法，其特征在于，该多载波能力信息包含一致性指标，该一致性指标指示该基站的所有可用载波。
12.如权利要求1所述的载波分配方法，其特征在于，该多载波能力信息包含第一组同时支持的载波以及一致性指标，该一致性指标指示与该第一组同时支持的载波相关联的所有组合。
13.—种移动站,包含: 射频收发器，用于传送多载波能力信息至基站，其中，该多载波能力信息由该移动站决定，以及包含该移动站同时支持的至少一部分可用载波；以及从该基站接收载波分配信息，该载波分配信息包含该基站的一组分配载波，其中，基于该移动站同时支持的载波的至少一部分来确定该一组分配载波。
14.如权利要求13所述的移动站，其特征在于，该移动站同时支持的载波属于该组可用载波的子集，该基站的一组分配载波属于该移动站同时支持的载波的子集。
15.如权利要求13所述的移动站，其特征在于，该基站的一组分配载波由该移动站传送载波重分配请求来更新，该移动站从该基站接收载波分配信息，该载波分配信息包含该基站的一组分配载波，其中，基于该移动站同时支持的载波的至少一部分来确定该一组分配载波 。
【文档编号】H04L27/26GK103974432SQ201410187957
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2010年4月23日 优先权日:2009年4月24日
【发明者】傅宜康, 卢晓珍, 汤智翔, 林圣崴, 廖婉君 申请人:联发科技股份有限公司, 廖婉君