CN100492945C - 一种在无线通信系统中传输信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在无线通信系统中传输信号的方法和装置，用时帧来表示信号在无线通信系统的一个基站和至少一个用户终端之间的传输，每个时帧包括至少一个表示从基站到至少一个用户终端的下行传输信号的时隙，以及至少一个表示从至少一个用户终端到基站的上行传输信号的时隙，其中所述的用于不同传输方向的时隙被至少一个切换点分隔开，并且与至少一个用户终端和/或基站的功率和/或同步控制有关的那些控制信息可通过信号编码的方式在至少一个用户终端和基站之间传输，其特征在于以信令的方式传输那些与一个时间间隔有关的额外信息，所述的时间间隔介于从至少一个用户终端和/或基站中接收到所述的控制信息到实施这些控制信息之间的一个范围。

Description

一种在无线通信系统中传输信号的方法和装置

(一)技术领域

本发明涉及一种在无线通信系统中，特别是在移动无线通信系统中用于在一个基站和一个用户终端之间传输信号的方法。

(二)背景技术

在无线通信系统中，信号是通过一个所谓的无线接口或空中接口而在无线终端和基站之间交换的。无线终端一般来说可以是移动的或固定的用户终端(即用户设备，UE)，而基站(即NB，Node B)为那些与陆地通信网络相连的接入站。已知的无线通信系统例如可以是第二代数字移动无线通信系统，例如一种其数据传输率可达100k bit/s的、基于时分多址技术(TDMA)的全球通移动通信系统(GSM)，也可以是第三代数据移动通信系统，例如一种基于数据传输率可达2M bit/s的码分多址(CDM)技术的通用移动通信系统(UMTS)。

国际电信联盟(ITU)已发布了多个用于规范第三代移动无线网络的无线界面标准。其中的一些标准包括被第三代移动通信伙伴计划(3GPP)命名为UTRA-FDD和UTRA-TDD的两个标准，及被第三代移动通信伙伴计划2(3GPP2)命名为CDMA2000的一个标准。UTRA-TDD标准又分为一个所谓的3.84Mcps高码片速率的方案(HCR)和一个1.28Mcps的低码片速率的方案(LCR)，这两个方案又都是基于标准化的通用移动电信系统(UMTS)网络架构。LCR方案的空中接口配置又近乎与TD-SCDMA标准相同。所述的TD-SCDMA标准基于GSM(也称为TSM)网络架构，并且在中国被中国通信标准化工作委员会(CCSA)定为标准。

TDD-LCR和TD-SCDMA标准都基于时分双工技术(TDD)，即每个时帧(timeframe，tf)由两类时隙构成，一类为时隙(TS0，DwPTS，TS4......TS6)，用于表示从一个基站到该基站所覆盖的小区(C1，C2，C3)中一个或多个用户终端(UE)的下行传输方式；另一类为时隙(UpPTS，TS1......TS3)，表示从所述的用户终端到所述的基站的上行信号传输。这两类时隙如图1所示。TS1......TS6中上下行时隙可由网络灵活配置，但至少有一个上行时隙，且至少有一个下行时隙。

在TDD-LCR和TD-SCDMA标准中，一个时帧中的第一个时隙(TS0)被基站用于传输广播信道(BCCH)中的一般系统信息，所用的传输功率较高，以使该信号能到达所述的基站所覆盖的小区(C)中最远的用户终端。一般来说，一个基站的小区由相应的广播信道的范围来限定。第一时隙后继之以一个下行导频时隙(DwPTS)、一个保护时隙(GP)和一个上行导频时隙(UpPTS)，所述的下行导频时隙用于同步用户终端的信号就是在该时隙中传输，所述的保护时隙表示介于下行传输方向和上行传输方向之间的一个第一切换点(DL/UL-SP)，所述的上行导频时隙(UpPTS)也被称为上行接入时隙(UATS)，用于表示用户终端向所述的基站发出的一个第一接入请求。上行导频时隙后继之以多个上行时隙，以及在第二切换点(UL/DL-SP)之后的多个下行时隙，用于基站和用户终端之间的数据和信号传输。图2示出了所述的时隙图。

在3GPP LCR和CCSA(中国通信标准委员会)TSM系统中，用户终端执行所述的上行同步控制(ULSC)和上行功率控制(ULPC)命令，该两种命令是从基站发射的下行数据突发中提取出来，并且所述的基站从相应地用户终端上行数据突发中提取下行功率控制(DLPC)命令。

以下，将生成时间(a generation time)定义为介于在例如基站处的上行数据突发的接收时间与下行ULPC命令的传输时间之间的时间间隔。将执行时间定义为从接收上述物理层命令到执行该命令所需的时间间隔。此外，将往返传输路径时延(round trip delay)定义为从接收例如一个上行数据突发到执行基于该上行数据突发产生的ULPC命令之间的一个时间间隔。

图3中示出了在TDD系统中如何形成所述的往返传输路径时延的一个例子。这里假设用户终端和基站各需要一个子帧以处理所接收到的数据突发，以取得用于生成功率控制和/或上行同步命令的测量结果。另外假定生成命令字及数据突发需要2.5个时隙。因此，在图3所示的例子中，往返传输路径时延是3个子帧，即15ms。

在TSM标准中规定，用户终端应在接收到ULPC和ULSC命令后的下一个向基站发送的数据突发时执行这些命令；并且反过来，基站应在收到DLPC命令后的下一个发送到所述的用户终端的数据突发时执行这个DLPC命令。标准中所规定的这些约束条件可能会导致例如下面的情况发生，用户终端无法在一个子帧中响应上述命令而性能不显著下降。基站如果有能力且标准允许其可以在快于一个子帧的时间里响应所述的命令，则可以提高系统性能，。

因此，本发明的一个目的在于提供一种方法，能够在不使系统的性能变坏的前提下使基站和/或用户终端更灵活地执行上述的工作命令。本发明的这个目的是由本发明文件中所给出的方法、基站用户终端及无线通信系统来实现的

(三)发明内容

本发明的一个方面是提供了一种在一个无线通信系统中传输信号的方法，其中将信号在无线通信系统的一个基站与至少一个用户终端之间的传输安排在多个时帧中，其中每个时帧包括至少一个用于将信号从基站传输到至少一个用户终端的下行时隙，还包括至少一个用于将信号从至少一个用户终端传输到所述基站的上行时隙，其中所述的不同传输方向的时隙由至少一个切换点分隔开，并且将与至少一个用户终端和/或基站的功率和/或同步控制有关的控制信息用信号在所述的至少一个用户终端和所述的基站之间传输，其特征在于以信令的方式发送额外的信息，所述的额外的信息与从至少一个用户终端和/或基站接收到实施所述的控制信息之间的时间间隔有关。

根据本发明的另一个方面，其中由所述的基站以信令形式发送的额外信息与在至少一个用户终端上实施上行同步和/或功率控制控制信息的一个时间间隔有关。

根据本发明的另一个方面，其中由所述的至少一个用户终端以信令形式发送的额外信息与在基站中实施下行功率控制信息的一个时间间隔有关。

根据本发明的另一个方面，其中实施控制信息的时间间隔以系统时隙为步长单位。

根据本发明的另一个方面，其中的额外信息由基站沿下行方向作为系统信息发送出去，或者由至少一个用户终端沿上行方向作为用户终端性能信息发送出去。

根据本发明的另一个方面，其中额外信息被用于无线通信系统中，控制信号通过向至少一个用户终端传输，并且从所述的用户终端所发射，而传输所需资源的分配。

根据本发明的另一个方面，其中额外信息与接收到信号到生成相应的控制信息之间的时间间隔有关。

根据本发明的另一个方面，其中的时间间隔确定了一个从基站接收信号到在至少一个用户终端中生成功率控制信息之间的一个期间。

根据本发明的另一个方面，其中的时间间隔确定了一个从接收至少一个用户终端信号到在基站中生成功率控制和/或上行同步控制信息之间的一个期间。

本发明所公开的一种在无线线系统中传输系统的装置可以是一种无线通信系统中的基站，包括以信令形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置，所述的时间间隔是从至少一个用户终端接收到控制信息到实施这些控制信息之间的时间间隔。

根据本发明的另一方面，上述一个无线通信系统中的基站，包括以信号形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置，所述的时间间隔介于从至少一个用户终端接收到信号到生成控制信息之间。

根据本发明的另一方面，上述基站，包括确定所述的时间间隔的装置。

本发明所公开的一种在无线线系统中传输系统的装置可以是一种用户终端，包括以信号形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置，所述的时间间隔介于从基站接收到控制信号到实施该控制信号之间。

根据本发明的另一方面，上述用户终端，包括以信号形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置，所述的时间间隔是从基站接收到信号到生成控制信号之间的时间间隔。

根据本发明的另一方面，上述用户终端，包括确定所述的时间间隔的装置。

根据本发明的另一方面，本发明所公开的一种在无线线系统中传输系统的装置可以是一种无线通信系统，包括至少一个所述的、以信号形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置的基站，以及至少一个所述的、以信号形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置的用户设备。

根据本发明的另一方面，本发明所公开的一种在无线线系统中传输系统的无线通信系统，包括将资源进行分配的装置，所述的资源用于信号往来于至少一个用户终端的传输过程。这种资源分配考虑了上述的信令。

本发明的第一个方面是实现在基站和用户终端之间传输额外的信息，所述的额外的信息与自接收一个控制信息(如功率控制命令或上行同步控制命令)到在相应的用户终端和/或基站中执行并实现该控制信息所代表的动作之间的一个时间间隔有关。

根据本发明的第二个方面，即在本发明第一个方面之外附加的、或者是可替代第一个方面的另一个方面，所述的额外的信息与一个时间间隔有关，所述的时间间隔确定了自接收特定的信号(例如一个上行或下行数据突发)到在相应地用户终端和/或基站中生成相应的控制信号之间的一个期间。

通过发送这些额外的信息，所涉及的高速用户终端或基站能够很快地响应于所接收的控制信息，从而摆脱现行标准的局限。

本发明的一个实施例给出了下述的技术方案：主控基站可通知受控的用户终端其所需要生成所述控制命令的时间间隔，而另一方面，受控的用户终端可通知主控基站自身所需要执行所接收的控制命令的时间间隔。

在以下对附图的说明部分公开了本发明的其它进一步的技术方案。

(四)附图说明

参照以下的叙述和对附图的说明，可以更清楚的示出本发明的目的、技术手段、对现有技术的贡献和特点。

图1示出了一个无线通信网络的框图；

图2为已有技术的一个时帧的示意图；

图3为本发明的一个时帧的示意图，其中C/I表示载干比；

图4中分别示出了进行和不进行联合检测，用户数为1、4、8六种情况下误比特率这个指标的变化规律，图4中接收端只有一个天线。图中BER表示误码率，PC表示功率控制，JD表示联合检测，VEHA表示车载信道A，UE表示用户设备，即用户终端。

(五)具体实施方式

图1中示出了一个移动无线通信系统(如一个基于TD-SCDMA或TDD-LCR标准的系统)的基本结构示意图。该系统由一个与公众电话交换网络(PSTN)连接的移动交换中心(MSC，图中未示出)和多个其它的移动交换中心构成。多个基站控制器BSC1、BSC2与一个移动交换中心相连，并与其它装置一起，共同协调由基站(BTS1...BTS3，即基站收发站)所提供的无线资源的分配。基站子系统BSS1表示各基站和基站控制器的布置方式。在图中所示的例子中，基站BTS1和BTS3与一个第一基站控制器BSC1相连，基站BTS2与一个第二基站控制器BSC2(图中未示出)相连，两基站控制器BSC1和BSC2又与同一个移动交换中心MSC相连。基站BTS1...BTS3分别向位于其所覆盖的小区C1...C3中的用户终端UE(即用户设备)发出下行信号，并分别从上述用户终端UE中接收上行信号UL。除了向用户终端发送并从用户终端接收所述信号之外，所述的基站BTS1...BTS3还在广播信道BCCH1...BCCH3中广播通用系统信息。在图1中，基站BTS1...BTS3中的每一个包括一个天线阵列，所述的每一个天线阵列由多个天线单元构成。每个天线阵列也被称为智能天线，被用于对发送到各用户终端的信号进行波束形成(beamforming，或称聚束)，以降低对平行连接到其它用户终端的那些信号传输所造成的干扰。

图2中示出了TDD-LCR和TD-SCDMA标准中所规定的时帧tf的结构图。长为5ms的时帧tf包括一个长为662.5μs的第一时隙TS0(1符号＝12.5μs＝16码片)，该第一时隙TS0与其它时隙一同被一个基站用于在下行的BCCH中向位于由该基站所覆盖的一个小区中的多个用户终端发送广播信息。在第一时隙TS0之后继之以一个长为50μs的所谓的下行导频时隙，该下行导频时隙被基站用于在下行方向发送多个同步序列，这些同步序列被所述的这些用户终端用于实现自身与基站的同步。在下行导频时隙与上行传输的第一个时隙之间有一个长为75μs的保护时隙，用作介于下行和上行这两个传输方向之间的一个第一切换点DL/UL-SP。上行传输方向第一时隙被称为上行导频时隙UpPTS或上行接入时隙(UATS)，长为100μs，被所述的那些用户终端用于在一个随机的接入过程中向基站发送一个第一次接入的多个序列。上行导频时隙之后是多个上行时隙TS1...TS3及多个下行时隙TS4...TS6，其中每个时隙的长度都是62.5μs，用于实现与用户终端之间正常的双向发送和接收有关的信号和数据。第二切换点UL/DL-SP是一个所谓的位置可变的切换点，其结果可在6个时隙TS1...TS6之间变化，其位置根据当前上行和下行两个传输方向的业务量而定。

在作为已有技术的TSM技术标准05.08中，执行一个功率控制命令的时间是这样确定的：“当接收到一个第一层功率控制命令时，该接收单元(基站或用户设备)在携带功率控制命令帧的下一帧的相应时隙相应地调整(即通过增大或减小功率控制步长的分贝数(Stepsize-PCdB)或使之保持不变)传输功率的级别”。

相应地，TSM技术规范05.10中对执行同步命令的时间规定如下：“用户设备应当在其携带同步控制命令帧的下帧执行服务于它的基站所发送的同步偏移命令”。

一帧的响应时间提高了用户终端设备的复杂度。通常，用户终端每5ms(即在每个子帧)进行一次联合检测。从复杂度的角度而言，当用户终端用去一个子帧来处理所接收到的全部数据块时，这时的复杂度最低。当该过程需更快些进行时，在某些时段接收处理能力会处于闲置状态，使该用户设备负荷过高，这样会加大用户终端的设备成本。

对用户终端而言，最坏的情形是在第6个下行时隙(TS6)进行接收，并在第一个上行时隙进行发送。在这种情况下，用户设备不得不在仅有的一个时隙作出反应。对更简单的用户终端而言，一个解决方案是降低有关检测器检测基站所发出的物理层符号的能力，例如不进行联合检测。图4示出了当略去联合检测步骤时可能出现的结果。通常，所接收的功率控制(PC)和上行同步(ULSC)码的误码率约为4％。在所示出的例子中，误码率可高到甚至超过10％。结果，需要更高发送功率(基站将调高平均功率以消除这些误码的影响)并且/或者会发生较差的上行同步。

另一种情况是在时隙TS0接收下行信号并在3个时隙以后发送上行信号。虽然有强大处理能力的用户终端能在这么短的时间间隔里对所接收到的信号作出反应，但根据有关的技术标准，必需在接收到控制命令后的下一个逻辑子帧才能执行有关命令，这意味着用户设备在5

ms之后才能执行有关命令。这样会出现过长的、不必要的往返传输路径时延，最终影响控制算法的性能。

当上行信号在某一子帧中较早的时隙到达基站并且下行信号在较晚的时隙从基站发出时，同样的情况也发生在基站上。这种情况也会影响控制算法的运行效果，出现过长的、不必要的往返路径时延。

根据本发明，可以发信号把所述的生成时间和/或执行时间传输到对端。例如，可以通过广播信道BCCH将基站的生成时间和执行时间在基站所覆盖的小区内广播，并且也可将用户终端的生成时间和执行时间在用户终端能力信息中由用户终端发送到所述的基站。

往返传输路径时延的重要性

在任何控制系统中，得知受控状态如何对有关的命令作出反应都是极为重要的。只有用特别的模型，才可能对有关的受控状态进行有效的控制。这些重要参数中很重要的一个，就是所述受控状态对有关调整命令作出反应时所出现的时间延迟。当对此延迟值不能确切得知时，系统会开始振荡。当系统同时被一个振荡性的错误值所驱动时，会激发出一个振动频率，结果是比如会用更高的发射功率，或者会使上行同步算法无法实现所需的同步状态。

由于用户终端和基站知道它们各自的定时，对端对物理层命令命令的响应时间也应是可知的。

下列表格中示出了这些不稳定的状态。在此例中，假定对功率控制而言，路径损耗大小恒定，并且在子帧0中的一个控制步骤具有一个初始误差。在本算法中假定往返传输路径时延的大小总是一个子帧。当往返传输路径时延确实为一个子帧时，算法会发生向前的摇摆，但不会发生振荡。

当实际的往返传输路径时延为两个子帧时，情况变成这样：在子帧0发生一个错误，并且要求功率控制命令下调一个步长。在子帧1，由于上述命令还没有被相对的一方执行，该错误仍然存在。结果，会要求功率控制命令再下调一个步长。上述两个命令直到子帧3才被执行完。不过由于有关的控制器已过多地执行了功率下调的命令，此时需要一个功率上调的命令。这样，振荡过程会一直继续下去。

如果控制器知道对端不能执行第一功率控制命令，则它就不会发出第二个命令，因为这样的话再过一个子帧，错误就会变成0。

对更大的往返传输路径时延，结果与上述现象类似。区别仅在于振荡周期更长，振荡幅度更大。

 

子帧	0	1	2	3	4	5	6	7	8
										延迟1	1	0	0	0	0	0	0	0	0
延迟2	1	1	0	-1	-1	0	1	1	0
										延迟3	1	1	1	0	-1	-2	-2	-1	0
延迟4	1	1	1	1	0	-1	-2	-3	-3

表1当路径损耗为恒定值而往返传输路径时延不同时，功率控制误差所出现的不稳定性当有关的生成时间和执行时间信号被发出后，处理能力强的那些用户终端和/或基站会比采用当前标准固定的定时方案的那些用户终端和/或基站反应更快。

本发明的主要特点在于：

发送执行时间的信令：知道基站和用户终端中的执行时间对保证功率控制和/或上行同步算法的运行有非常重要的意义。采用本发明的方法，既可以使基站知道用户终端所需的执行时间，也可以使用户终端知道基站所需的执行时间。

发送生成时间的信号：为保证非连续传输的执行，也需要采用与发送执行时间相同的方式来发送生成时间；因为只有用这种方式才能保证用户终端在非连续传输时能切实执行最新的物理层命令，并且确切地知道何时不再继续执行这些命令。

下面给出实施本发明方案的例子。该例子以及本发明方案的其它实现方式可以在3GPPLCR，CCSA TSM以及控制机制与之类似的其它电信系统中实现。

可以将下列信息单元以信令的形式发出：

-上行功率控制命令的生成时间

-上行同步控制命令的生成时间

-下行功率控制命令的执行时间

-下行功率控制命令的生成时间

-上行功率控制命令的执行时间

-上行同步控制命令的执行时间

信令范围可以从1个时隙(即下一个时隙)到例如16个时隙。由于不同的用户终端可以具有不同的处理速度，上述大小的时隙可提供一个足够宽的动态范围。可以用例如4比特的二进制码将需要传输的值编码发送。

所述的信令信息可以在系统信息或用户设备性能信息中传输。在接收端，所述信息参数由高层提取出来，并被送给物理层，供控制算法所用。该过程可以通过已知的方式实现，例如将功率控制步长信息发送到物理层控制区的实现方式。

所述的信号信息还可以继续用于网络中，如供无线网络控制器或基站控制器分配资源所用。在用户终端性能有限的情况下，可以给该用户终端在一个子帧中分配具有最佳时间间隔的上下行时隙。

Claims (23)

1.一种在一个无线通信系统中传输信号的方法，其中将信号在无线通信系统的一个基站与至少一个用户终端之间的传输安排在多个时帧中，其中每个时帧包括至少一个用于将信号从基站传输到至少一个用户终端的下行时隙，还包括至少一个用于将信号从至少一个用户终端传输到所述基站的上行时隙，其中所述的不同传输方向的时隙由至少一个切换点分隔开，并且将与至少一个用户终端和/或基站的功率和/或同步控制有关的控制信息用信号在所述的至少一个用户终端和所述的基站之间传输，

其特征在于以信令的方式发送额外的信息，所述的额外的信息与从至少一个用户终端和/或基站接收到实施所述的控制信息之间的时间间隔有关。

2.如权利要求1所述的方法，其中由所述的基站以信令形式发送的额外信息与在至少一个用户终端上实施上行同步和/或功率控制控制信息的一个时间间隔有关。

3.权利要求1所述的方法，其中由所述的至少一个用户终端以信令形式发送的额外信息与在基站中实施下行功率控制信息的一个时间间隔有关。

4.权利要求2所述的方法，其中由所述的至少一个用户终端以信令形式发送的额外信息与在基站中实施下行功率控制信息的一个时间间隔有关。

5.如前面任一权利要求所述的方法，其中实施控制信息的时间间隔以系统时隙为步长单位。

6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其中的额外信息由基站沿下行方向作为系统信息发送出去，或者由至少一个用户终端沿上行方向作为用户终端性能信息发送出去。

7.如权利要求5所述的方法，其中的额外信息由基站沿下行方向作为系统信息发送出去，或者由至少一个用户终端沿上行方向作为用户终端性能信息发送出去。

8.如权利要求6所述的方法，其中额外信息被用于无线通信系统中，控制信号通过向至少一个用户终端传输，并且从所述的用户终端所发射，而传输所需资源的分配。

9.如权利要求7所述的方法，其中额外信息被用于无线通信系统中，控制信号通过向至少一个用户终端传输，并且从所述的用户终端所发射，而传输所需资源的分配。

10.如权利要求8所述的方法，其中额外信息与接收到信号到生成相应的控制信息之间的时间间隔有关。

11.如权利要求9所述的方法，其中额外信息与接收到信号到生成相应的控制信息之间的时间间隔有关。

12.如权利要求10所述的方法，其中的时间间隔确定了一个从基站接收信号到在至少一个用户终端中生成功率控制信息之间的一个期间。

13.如权利要求11所述的方法，其中的时间间隔确定了一个从基站接收信号到在至少一个用户终端中生成功率控制信息之间的一个期间。

14.如权利要求10所述的方法，其中的时间间隔确定了一个从接收至少一个用户终端信号到在基站中生成功率控制和/或上行同步控制信息之间的一个期间。

15.如权利要求11所述的方法，其中的时间间隔确定了一个从接收至少一个用户终端信号到在基站中生成功率控制和/或上行同步控制信息之间的一个期间。

16.一个无线通信系统中的基站，包括以信令形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置，所述的时间间隔是从至少一个用户终端接收到控制信息到实施这些控制信息之间的时间间隔。

17.一个无线通信系统中的基站，包括以信号形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置，所述的时间间隔介于从至少一个用户终端接收到信号到生成控制信息之间。

18.如权利要求16或17所述的基站，包括确定所述的时间间隔的装置。

19.用户终端，包括以信号形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置，所述的时间间隔介于从基站接收到控制信号到实施该控制信号之间。

20.如权利要求19所述的用户终端，包括以信号形式发送与一个时间间隔有关的信息的装置，所述的时间间隔是从基站接收到信号到生成控制信号之间的时间间隔。

21.如权利要求19或20所述的用户终端，包括确定所述的时间间隔的装置。

21.无线通信系统，包括至少一个由权利要求16所限定的基站和至少一个由权利要求19所限定的用户设备。

22.如权利要求21所述的无线通信系统，包括将资源进行分配的装置，所述的资源用于信号往来于至少一个用户终端的传输过程。

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