使用具有可变MCS和可变TTI长度的灵活帧结构的移动通信传输的制作方法

本发明涉及一种在移动通信系统中用于在基站(enb)和用户设备(ue)之间传输数据的帧结构。
背景技术：
：移动无线电通信系统必须应对无线电信道变化的影响。因此，应用了若干措施。这些措施之一通常称为链路适配或自适应调制和编码。使用这种技术要解决的问题是找到高数据速率和稳健传输之间的折衷。具有低阶调制方案和高信道编码率的稳健传输适合于差的信道条件。具有低信道编码率的更高阶调制方案导致高数据速率，但不适于应对差的信道条件。由于在传输期间无线电条件可能改变，因此需要周期性地监测信道条件并且在需要时相应地适配调制和编码方案(mcs)。现在，以固定周期性进行适配，即，基站指示物理信道的每个分组中所使用的mcs，而不管是否需要改变。例如，在umts中这在一时隙中进行一次(0.666ms)，在lte中这在一子帧中进行一次(1ms)。这种周期性对于在规范阶段期间考虑的所有无线电条件和移动场景都是足够的。显然，存在mcs配置信令所需的固定开销，并且移动设备的最大移动速度受到所述固定周期性的限制。此外，在hspa和lte中使用另一种机制来应对在传输期间可能发生的传输错误，称为混合自动重复请求(hybridautomaticrepeatrequest：harq)。为此，每个分组包含一些冗余位，这些冗余位使接收器能够检测错误分组。这些位通常称为循环冗余校验(cyclicredundancycheck：crc)位。如果接收机基于crc检测到所接收的分组中的错误，则将所谓的nack(negativeacknowledgement：否定确认)消息发送回发射机，以请求重传。否则，发送回ack(positiveacknowledgement：肯定确认)消息，并且发射机将继续缓冲器中的下一个分组的传输。包括相关联crc位的数据传输的持续时间称为传输时间间隔(transmittimeinterval：tti)。tti长度与传输时延密切相关。较长的tti导致较长的时延。lte中的tti长度是1ms并且是固定的。这个tti长度导致10到20ms的用户面时延。在umts中，tti长度可在10和80ms之间配置，这将导致300到400ms的用户面时延。当前，第五代移动通信正由3gpp规定。新系统的一个要求是无线电接口的更大灵活性。它应是可扩展的，以便对于需要超低时延(例如1ms用户面时延)的服务以及对于具有非常低的数据速率和/或非常低的移动性的服务(例如智能仪表)是高效的，其中，所述服务的电池应持续长达10年。超低时延要求需要短得多的tti长度。超长电池寿命要求需要在非常低的数据速率和非常低的移动性的情况下减少信令开销的措施。通常，较长的tti节省了用于配置反馈过程的开销要求，并且节省了发送反馈所需的资源，以较长的时延为代价。它们非常适合于低成本和功率效率高的低数据速率通信。较短的tti能够实现例如超低时延通信所需的较短时延，代价是较高的信令开销。较长的mcs重新配置周期将节省用于配置phy参数的开销，代价是快速适于快速变化无线电信道的能力。它们非常适合于例如低移动性装置。较短的mcs重新配置周期将使系统能够以较高信令开销为代价使传输适于快速变化无线电信道，例如在高速列车中。ep2015601a1描述了一种用于基于以下至少任意一个来从用于上行链路共享信道和下行链路共享信道或两者的多个tti长度中选择一个的方法：移动终端的移动速度、移动终端在小区中的位置、提供的吞吐量值、平均重传次数。该文献没有描述如何进行用于可变tti长度的配置的信令或者在具有不同tti长度的同时传输分组的情况下如何布置资源网格。wo2016/069378a1描述了提供多个帧长度的帧结构。它没有描述用于mcs重新配置的可配置长度，因此对于不同信道条件的mcs适配是不可能的。此外，crc位的距离是不可配置的，因此反馈周期不能根据服务需要进行调整。目前不可能调整mcs重新配置信令的速率。因此，该信令所需的开销是固定的。当无线电条件缓慢改变时不可能分配较长的mcs重新配置周期来减少开销，或者不可能分配较短的mcs重新配置周期来允许对快速变化无线电条件的更精确适配。此外，在当前的基于ofdm的通信系统(例如lte)中，不可能将tti长度调整到当前的时延要求。因此，对于第五代移动通信系统的一些使用情况(例如，安全相关的车辆到车辆通信)所需的较低时延不能用lte资源网格/帧结构来实现。另一方面，如果服务的时延要求允许较长的时延，则harq机制所需的信令开销不能减少。来自wg1会议#86bis的3gpp文献r1-1608634描述了用于短tti的两级下行链路控制信息dci方案。对于慢dci方案，包括mcs信息的dci在传统pdcch区域中发送，而对于快速dci方案，信息在spdcch或传统pdcch上发送。tti长度总是等于mcs重新配置周期长度。关于短tti操作的其他3gpp文档包括r1-11609323(也来自会议#86bis)和r1-1612210(会议#87)。调制和编码方案的聚合在结合文献ieee802.11-04/945r0中的ieee802.11标准的提议中描述。技术实现要素：在一个方面，本发明提供了一种在移动通信系统中发送数据的方法，其中，使用调制和编码方案mcs来发送数据，该调制和编码方案mcs在mcs重新配置周期长度上是可重新配置的，其中，使用可重新配置的发送时间间隔tti长度来发送数据，mcs重新配置周期长度和tti长度彼此不同。此外，本发明提供一种通信系统，所述通信系统包括基站和多个用户设备装置，其中，所述系统布置成在所述基站与所述用户设备装置中的至少一者之间提供多个同时数据信道，其中，所述系统能够以单独的调制和编码方案适配速率来配置每一数据信道。本发明提供了一种用于移动通信系统的帧结构和传输方法，其将能够实现mcs重新配置周期(即适于无线电信道变化的能力)和tti长度的灵活配置，这对于传输时延是重要的。在又一方面，本发明提供了一种移动通信设备，所述移动通信设备布置成接收由基站借助可变调制和编码方案mcs适配速率发送的数据，所述数据还以发送时间间隔tti长度来发送，其中，所述mcs适配速率和tti长度不耦合。灵活的tti长度使系统能够使无线电链路适于宽范围的服务质量(qos)要求，例如从具有超低功耗的低数据速率(智能仪表)到高数据速率(例如移动交互式游戏)和超可靠的低时延连接(例如安全相关的车辆到车辆通信)，并且mcs重新配置周期的可变长度使系统能够使无线电链路适于宽范围的无线电信道条件，例如从静态条件(智能仪表)到高速场景(对于飞机连接性而言高达1000km/h)。本发明的一个重要方面是tti长度和mcs重新配置周期的解耦，而已知的通信系统将mcs重新配置周期部署成与tti相同，即，每个tti(对于lte)发送一条phy配置数据，或者mcs重新配置周期是固定的而仅tti长度是可变的(对于umts)。本发明使移动通信系统能够为每个连接独立地和单独地配置到当前业务需求和到当前无线电信道条件的无线电链路。因此，帧结构设计成提供mcs重新配置周期的各种长度和各种tti长度。在连接建立之前，由控制实体(其可以位于核心网络(cn)或基站(enb)中)选择这两个参数，以匹配当前服务需求和当前无线电信道条件。此外，控制实体周期性地评估服务需求和无线电信道条件，并且在某些情况已经改变的情况下将重新配置长度。这使得能够以针对每个连接的优化信令开销提供更宽范围的qos、移动性状态和数据速率。所述帧结构提供以下特性：mcs重新配置周期长度可以在连接建立时进行配置，并且当下一mcs重新配置开始时进行重新配置。这是有利的，因为它使系统能够连续地将mcs重新配置能力调整到低开销和适于快速变化无线电条件的能力之间的最佳折衷。tti长度可以在连接建立时进行配置，并且在下一个tti开始时进行重新配置。这是有利的，因为它使系统能够在服务需求已经改变的情况下将tti长度连续地调整到低开销和低时延之间的最佳折衷。可以彼此独立地选择tti长度和mcs重新配置周期长度。这是有益的，因为对于不同的无线电信道属性和不同的时延要求两者都能够实现最佳配置。同时连接可以使用不同的mcs重新配置周期长度和不同的tti长度。这是有利的，因为它使系统能够同时服务于具有不同无线电信道属性和时延要求的多个设备。单个ue可以同时被分配不同的tti长度。使控制实体(其是核心网络的或基站的或两者的一部分)能够：同时分配具有不同mcs重新配置周期(mrp)长度的资源；基于相关的无线电信道条件选择每个连接的mrp长度；同时分配具有不同tti长度的资源；基于相关的传输延迟/时延需求(这对于基于ofdm的系统是新的，但对于基于cdma的umts是已知的)选择每个连接的tti长度；将mrp长度和tti长度彼此独立地分配给特定连接；为每个连接独立于其他连接地分配mrp长度和tti长度；经由sib发送用于资源分配消息和用于帧布局配置消息的资源位置。使移动设备能够以可变的mrp和tti长度进行接收和发送；检测多mrp资源网格中的资源分配消息；经由sib接收用于资源分配消息和用于帧布局配置消息的资源位置。术语“系统信息广播”或sib用于一般性地描述已知的控制资源。在传统系统中，对于所有ue的所有或更大子集相关的通用配置信息通常由基站经由sib发送。然而，本发明的一般性不要求在sib上传送ra和fl消息的资源位置，只要相关ue可以接收ue已知的固定资源上的信息。因此，系统信息广播应当理解为用于控制数据传输的资源(简称为“控制资源”)的同义词。未来的5g系统将设计用于较大范围的不同使用情况，一方面包括较高速度的设备(例如，具有高达1000km/h的地面到飞机通信)和较高可靠性和较低时延的服务(安全相关的车辆到车辆通信)，另一方面包括固定设备和超低能耗模式(例如，电池驱动的智能仪表，其电池应持续长达10年)。这些新的使用情况需要灵活得多的无线电接口，例如，因为当在超低能量模式中为ue服务时，当前帧结构不能支持新的时延要求，并且将导致低效率的传输。本发明解决的问题是提供一种用于移动通信系统的灵活帧结构，其可以提供较低的时延、对更宽范围的ue移动性状态(从静态到高达1000km/h)和用户数据速率(从低能量模式到超高数据速率)的灵活适配。本发明的益处在于，所述帧结构使得能够有效地提供更宽范围的qos要求(尤其是时延和数据速率)和ue移动性状态，同时每个连接可以配置成以反馈机制和调制和编码方案(mcs)的配置的最低信令开销来提供所需的qos。本发明的帧结构提供了同时提供适于服务的时延需要的不同tti长度和适应无线电信道状况的不同mcs重新配置周期的能力。所述帧结构分成一些通用帧块(gfb)。通用帧控制字段(gfcf)位于每个gfb的开始处。该字段包含资源分配(ra)和帧布局(fl)。这些字段的资源位置通过系统信息广播来宣告，因此每个ue将快速找到其自己的资源分配，即使帧持续时间可能从一个gfb到下一个gfb发生变化。在gfcf之后，定位可变数量的通用帧子块(gfsb)，每个通用帧子块包含多个数据信道(dch)。每个gfsb可配置有单独的带宽、单独的mcs字段数量(以使每个dch的调制和编码适于无线电信道持续性)以及一个或多个单独的tti长度(以使每个连接适于其时延要求)。这使得能够以针对每个连接的优化信令开销提供更宽范围的qos、移动性状态和数据速率。enb导出每个ue的无线电信道持续时间(radiochannelpersistencyduration：rcpd)，并且将来自相同gfb的资源分配给具有类似rcpd的ue。因此，gfsb的数量小于对每个ue的各个gfsb的分配，并且减少了相关的配置信令。对于每个连接，enb周期性地检查无线电条件或qos要求是否已经改变，并且在需要时执行重新配置(即，选择在fl和mcs字段中用信号通知的相关参数的不同值)。因此，用于配置mcs和用于提供harq反馈的信令开销总是最小。附图说明现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：图1示出了示例性帧结构的示意图；图2更详细地示出了图1的帧结构；图3示出了包含在帧布局字段中的信息；图4示出了包含在资源分配字段中的信息；图5示出了mcs字段中包含的信息；图6示出了典型的帧结构配置；图7示出了用于接收数据的消息流程图；图8示出了用于配置帧结构的消息流程图；而且图9示出了具有mcs重新配置周期和tti长度的通用帧块。具体实施方式图1示出了根据本发明的帧结构10的示例。帧结构10分成通用帧块(gfb)12、14。通用帧控制字段16位于每个块的开始。图1中的示例示出，该字段16跨越全部带宽。资源网格内的其他位置也是可能的，例如，仅使用频谱的部分，并且该字段分成两个或更多个子字段。通用帧块12的其余部分由可配置数量的通用帧子块18a、18b、18c组成，它们分布在可用频谱中。每个通用帧子块具有与通用帧块相同的持续时间和单独可配置带宽。下面将更详细地解释通用帧块的内容。为了简化起见，在图2中示出了具有用于两个移动设备(ue1和ue2)的仅仅一个通用帧子块的配置。通用帧块由五种不同类型的元素组成：位于通用帧控制字段中的帧布局(framelayout：fl)和资源分配(resourceassignment：ra)，以及作为通用帧子块的一部分的调制和编码方案(modulationandcodingscheme：mcs)、循环冗余校验(crc)和数据信道(datachannel：dch)。这些字段的内容在下面列出。通用帧块长度以及fl和ra字段(其配置通用帧块)的资源位置由基站例如经由系统信息半静态地配置。因此，所有ue在连接建立之前知道在哪里找到fl和ra字段，并且它们可以快速找到其自己的资源分配，即使帧持续时间可能从一个gfb到下一个gfb发生改变。所使用的ra和fl字段的调制和编码方案是静态地(例如，总是使用qpsk)或半静态地例如经由一个或多个sib来配置。fl(帧布局)字段配置当前通用帧块。它包含接收机找到并且解码与接收ue相关的mcs字段所需的所有信息，即资源位置(例如，第一子载波的索引)和该字段的大小(带宽)以及两个mcs字段之间的距离(即，在表示时间的图形表示中的距离)(＝mrp长度，如图3所示)。mcs字段本身的所使用的调制和编码方案是静态的和接收机预先已知的(例如，总是使用qpsk)，或者例如经由sib半静态地配置的(在该实施例的另一变型中，mcs字段本身的所使用的调制和编码方案是fl字段的一部分)。对于每个当前配置的通用帧子块，包含该信息三元组(或者，如果包括mcs字段的mcs，则为四元组)。图2中的示例只示出了一个通用帧子块。因此，在那里仅包含一个三元组。本发明的优选变型方案不是用信号通知fl字段内mcs字段的所使用的mcs。图3说明性地示出了所包含的信息与哪些字段相关。表1中给出了图2所示的示例的fl字段内容的示例。表1ra字段包含ue-id的映射表，该ue-id被调度用于在当前通用帧块中传输到每个被调度ue的相关mcs字段。图4说明性地示出了所包含的信息与哪些字段相关。表2中给出了图2中所描述的示例的ra字段内容的示例。表2被调度的ue通用帧子块mcs字段ue111ue212mcs(调制和编码方案)字段可以包含以下信息：调制和编码方案应用于随后的数据信道字段。这些参数由基站配置以使传输适于当前无线电信道属性。接收器使用信号发送的参数来解码数据信道的数据。tti长度。该字段指示tti的长度(参见图5)，即数据信道加上crc位的长度。(可选的)在一个实施例中，包括crc与数据的比率。利用该参数可以调整传输的可靠性。在另一个实施例中，该比值不包括在该字段中。crc与数据的比率或者是静态的并且被ue知道或者是经由系统信息进行配置的。图5说明性地示出了所包含的信息与哪些字段相关。表3中给出图2中描述的示例中的mcs字段的内容。表3crc字段包含循环冗余校验位，harq机制需要该循环冗余校验位来确定所接收数据的正确性，以便导出反馈信息。dch(数据信道)字段包含在相关mcs字段中指示的ue的用户数据或更高层数据。图6示出了比图2的配置更复杂的配置中的另一示例性通用帧块，以示出配置灵活性。图6中的通用帧块#1群集到三个通用帧子块(gfsb)中。每个gfsb配置有不同的mrp长度(参见图3)：gfsb#2具有非常短的mrp长度，因此能够使mcs适于快速变化无线电条件，但也需要更多的信令数据(即更多的mcs字段)，这增加了信令开销。gfsb#3具有非常长的mrp长度，这导致非常低的信令开销(即，与gfsb#2中的4个mcs字段相比，每个gfsb仅一个mcs字段)。由于相同gfsb内的dch资源具有适于无线电信道处的变化的相同能力的特性，控制实体将相同gfsb的资源分配给具有相似移动性状态(或相似无线电信道持续时间)的移动设备。表4和5分别示出了图6所示的示例gfb的fl和ra字段的内容。表4表5被调度的ue通用帧子块mcs字段ue111ue212ue331ue421,2,3,4另外，图6中的通用帧块#1对于每个ue具有不同配置的tti长度(参见图5)。ue4配置成具有非常短的tti，因此用户时延非常低。另一方面，存在获得较低时延所需的附加反馈信令。与此相反，ue3配置成具有非常长的tti，这将导致非常低的开销和较长的时延。如图6所示，帧结构提供了mrp长度和tti长度的灵活配置，并且同时提供了mrp和tti长度的不同配置。现在将讨论利用上述gfb的方法。首先，将描述ue将如何接收数据。消息流在图7中描绘并且在下面描述。假设这些功能在基站(＝enb)中执行。然而，这些功能也可以完全或部分地在移动网络的其他单元中执行。此外，假设“服务请求”由ue发送到核心网络中的实体，该实体将包括所需时延的qos转发到enb。也有可能ue直接将所请求的时延发送到控制实体(enb或核心网络中的任何其他实体)：ue1需要连接到网络，这或者是因为ue接收到需要连接建立的寻呼消息，或者是因为用户或移动电话上的任何应用需要连接。1.ue1向网络发送服务请求消息，并且监听其自己的ue-id的下一个ra字段。2.核心网络中的实体接收服务请求，并且将包括所需服务质量(qualityofservice：qos)的资源请求转发到enb(仅在步骤2中的消息未被enb直接解码的情况下执行)。3.enb(＝基站)配置用于ue1的连接(如下面结合图8所述)。假定关于图6中的ue1的配置。4.enb向gfb#1中的ue1发送以下配置：ue1的ue-id与ra字段中的通用帧子块#1和mcs字段#1(参见表2)、根据表4的fl字段、根据表3中的mcs#1的gfb#1中的mcs字段#1一起，此外，基站在分配给ue1的数据信道字段中发送用户数据。5.ue解码gfb#1的ra字段，并且找到它自己的ue-id和到gfsb#1中的mcs#1的资源分配。这触发ue1对相关mcs字段进行解码。ue读取gsfb#1中的mcs#1，并且根据所包含的参数对数据信道进行解码。然后，ue通过使用crc位来验证数据的正确性。6.如果数据被正确接收，则ue将“ack”发送回基站，否则它发送“nack”。在图8所示的另一方法中，enb配置gfb。消息流在图8中描绘并且在下面描述。1.核心网络从ue——ue2、ue3和ue4中的每一个接收服务请求。核心网络从服务请求、当前ue上下文、潜在考虑订户信息的当前网络策略导出服务质量(qos)参数。这些qos参数包括期望的时延(例如，最大用户面时延)。在该实施例的另一变型方案中，该步骤由enb执行。2.(仅在步骤1中的消息不是由enb直接解码的情况下执行)核心网络命令无线电接入网络(例如服务enb)考虑所导出的qos参数来建立无线电资源。3.对于每个ue，enb从qos参数中的时延指示导出tti长度。它可以考虑附加信息，如核心网络中的当前时延。enb选择将使期望时延能够将开销减小到最小的最长tti。在该示例中，enb对于ue2选择1.5ms的tti长度，对于ue3选择3ms的tti长度，对于ue4选择0.333ms的tti长度(参见表6和图9)。4.对于每个ue，enb导出无线电信道持续时间，即无线电信道参数(例如相关子载波的衰减)几乎不变多长时间，使得在该无线电信道持续时间期满之后，所选择的调制和编码方案仍然是最优的。enb可以使用从ue接收的信息，例如，接收的随机接入前导或其他上行链路消息或信号。基于该持续时间，enb选择略低的mrp长度。这确保了资源被最优地使用并且开销尽可能低。在该示例中，enb根据表6选择mrp值。mrp和tti长度的值也在图9中示出。5.enb发送下一个gfb。6.enb周期性地监测无线电信道条件以及所获得和请求的时延值，并且在需要时适配mrp和tti长度。表6下面概述本发明如何不同于已知技术。本发明使得能够根据个体(即，ue特定的)无线电信道持续时间在单个小区中(在单个无线电或频率资源上)同时使用不同的mcs适配速率。在单个ue在其到单个基站的所有连接上具有相同的无线电信道持续时间的情况下，该方面可以限于在小区内使用针对不同ue的多个mcs适配速率。本发明使得能够根据个体服务需要在单个基于ofdm的小区中同时使用不同的tti长度。在单个ue同时提供不同服务(例如文件下载和游戏)的情况下，不同的同时tti可以应用于不同的ue以及相同的ue。本发明特别有益的方面包括以下内容。一种移动通信系统，能够在基站和多个移动通信设备之间提供多个同时连接，然而每个连接可以配置有单独的mcs适配速率(与当前无线电信道持续时间匹配)。可以使所述移动通信系统能够选择单独的mcs适配速率以匹配相关移动设备的当前无线电信道持续时间。可以使所述通信系统能够周期性地检查所连接的设备的无线电状况并且在需要时执行mcs适配速率的重新配置。此外，可以使所述通信系统能够经由预先已知的控制资源来发信号通知用于资源分配和用于帧布局配置的资源。一种控制移动无线电资源的实体，能够导出每个ue的无线电信道持续时间，并且根据无线电信道持续时间来配置mcs适配速率。一种移动通信设备，能够接收以可变mcs适配速率(实际使用的mcs适配速率由控制移动无线电资源的实体进行配置)发送的数据。使所述移动通信设备能够与其他移动通信设备同时以mcs适配速率接收数据，所述其他移动通信设备以不同mcs适配速率接收数据。此外，使移动通信设备能够经由预先已知的控制资源接收用于资源分配消息和用于帧布局配置消息的资源位置。一种基于ofdm的移动通信系统，能够在基站和多个移动通信设备之间提供多个同时连接，而每个连接可以配置有单独的tti长度。可以使基于ofdm的移动通信系统能够选择与相关服务的当前qos需求相匹配的tti长度。此外，使基于ofdm的移动通信系统能够周期性地检查连接的时延要求并且在需要时执行tti长度的重新配置。还可以使基于ofdm的移动通信系统能够经由预先已知的控制资源来发信号通知用于资源分配和用于帧布局配置的资源。此外，可以使基于ofdm的移动通信系统能够在基站和单个移动通信设备之间提供具有不同tti长度(与由单个移动通信设备提供的不同服务的qos需求相匹配)的多个连接。一种控制基于ofdm的移动无线资源的实体，能够导出每个无线电连接的所需tti长度，并且根据所需tti长度对于每个无线电连接配置tti长度。一种基于ofdm的移动通信设备，能够接收以可变tti长度(实际使用的tti长度由控制移动无线电资源的实体进行配置)发送的数据。可以使基于ofdm的移动通信设备能够在相同的无线电资源上接收具有不同tti长度的数据。此外，可以使基于ofdm的移动通信设备能够在无线电资源上接收具有tti长度的数据，在所述无线电资源上其他移动通信设备接收具有不同tti长度的数据。可以使基于ofdm的移动通信设备能够经由预先已知的控制资源接收用于资源分配消息和用于帧布局配置消息的资源位置。在又一方面，本发明提供了一种能够配置数据信道的所使用的调制和编码方案的通信系统，其中，在预先已知的资源上向相关联的移动设备发信号通知用于传输数据信道的调制和编码方案信令的所使用的调制和编码方案。当前第1页12