CN101015149A - 一种ofdm和ofdma的共存系统及其协同工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种OPDM和OPDMA共存系统及其协同工作方法，该共存系统包括至少一个OFDM或者OFDMA制式的终端，用于接收来自基站系统的下行信息并根据基站指示发送上行信息；以及一个基站系统，用于接收来自OFDM或者OFDMA制式终端的上行信息并发送相应的下行信息，通过将相同频段的OFDM和OFDMA数据以时分方式构建可实现OFDM和OFDMA共存的帧结构，进而实现OFDM和OFDMA的共存。该基站系统可为双MAC结构或者融合MAC结构或者叠加式结构的基站系统，并通过该基站系统实现OPDM和OPDMA的共存系统的合理的帧格式，进而通过该合理的帧格式保证了空中接口对两种不同时分系统的兼容，从而最大程度的保护投资者和用户的利益。

Description

一种OFDM和OFDMA的共存系统及其协同工作方法

技术领域

本发明涉及两种时分系统的共存系统及实现不同时分系统协同工作的方法，特别是涉及一种正交频分复用(OFDM，orthogonal frequency divisionmultiplexing)和正交频分多址接入(OFDMA，orthogonal frequency divisionmultiplexing access)这两种不同的时分系统的共存系统及其协同工作方法。

背景技术

正交频分复用系统(OFDM)是一种常见的时分系统，该系统有很高的频谱利用率，适应于无线数据传输领域。

传统OFDM系统收发信机结构见图1，这其中采用了数字调制，如QPSK(正交相移键控-quadrature phase-shift keying)、QAM(正交幅度调制-quadrature amplitude modulation)等。编码方式可以采用多种形式，如RS(Reed-Solomon)码、BTC(Block Turbo Code)码、CTC(Conventional TurboCode)码等。在图1中，包括发射机的结构100，接收机的结构200。发射的信号经过编码、交织后，进行数字调制后，插入导频，经串并转换后执行逆快速傅立叶变换(IFFT运算)，再经过并串转换，送到射频单元处理，送到发射天线。这里插入循环前缀和加窗的目的是为了克服多径的干扰，并且有利于接收机侧执行快速傅立叶变换(FFT运算)，减少发射信号的杂散。接收处理过程是，将从接收天线来的信号经过RF变换后，经A/D处理，转换成数字信息，再串并转换，执行FFT运算和并串转换，执行信道估计和信道校正，进行数字解调，经解交织和解码，完成处理。

广义的OFDM系统包括OFDM和OFDMA两种系统，OFDMA的基本原理与OFDM类似，两者的区别在于OFDMA系统突发的分配是在时间和频率的二维区间进行，而OFDM系统突发的分配仅在时间维上进行分配。与传统的OFDM系统相比，OFDMA系统带宽分配更加灵活，且更适用于蜂窝组网，因而越来越受到人们的关注。

而在IEEE802.16标准中虽然采用了OFDM和OFDMA两种技术，但在现有的标准中，这两种技术是相对独立的，标准中没有专门为这两种系统的协同工作作任何明确的规定。从兼容性的角度出发，有必要对OFDM系统和OFDMA系统的协同工作进行研究，使得未来的系统能够同时支持OFDM和OFDMA两种技术，最大程度地保护投资者和用户的利益。

IEEE802.16标准中规定了基站系统数据/控制平面的协议栈结构，如图2所示。协议栈包括MAC层和PHY层两个部分，其中MAC层在协议栈中从上到下又分为CS子层(Convergence Sublayer)、CPS子层(Common PartSublayer)、安全子层(Security Sublayer)三个部分。其中CS子层负责接收上层数据，划分外部网络业务数据单元并分别与适当的MAC业务流和CID(Connection Identifier)相联系以及完成负载头压缩；CPS子层完成系统接入、带宽分配、资源调度、连接建立和保持等功能；安全子层完成鉴权、密钥管理和加解密的功能；物理层实现数据的编码调制以及发送。

对于OFDM和OFDMA共存系统，常规的协议栈无法满足对OFDM和OFDMA的兼容，因此需要重新设计OFDM和OFDMA共存系统的基站系统结构。

另外，OFDM系统采用多载波技术，将高速数据流通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而可以有效地减小无线信道的时间弥散随带来的ISI(InterSymbol Interference，号间干扰)，这样就减小了接收机内均衡的复杂度，甚至可以避免采用均衡器，仅通过采用插入循环前缀的方法消除ISI的不利影响。OFDM系统的各个子载波之间存在正交性，容许各个子载波的频谱相互重叠，因此与常规的频分复用系统相比，OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源。

如图3是现有技术中一种采用循环插入前缀的OFDM符号时域波形图。在图3中，Tb代表了OFDM信号中有效的符号周期，Tg是插入的循环前缀，Tg的内容是Tb时间段内最后一部分内容的拷贝，Ts为整个OFDM符号的周期。只要循环前缀的长度大于OFDM符号的最大时延扩展，在一个OFDM符号内各子载波的正交性将仍能得到保证。因此，通过周期性的插入循环前缀Tg就可以克服多径的干扰。

IEEE802.16工作组将OFDM和OFDMA技术作为固定宽带无线接入的实现方式。图4和图5分别给出了IEEE802.16a协议中TDD(时分双工)方式下的OFDM帧结构和OFDMA的帧结构示意图。

在图4中，一个OFDM帧包括一个下行子帧和一个上行子帧。一个下行子帧只包括一个下行PHY PDU(Physical Protocol Data Unit)。一个上行子帧包括用于初始Ranging和带宽申请的竞争间隔以及一个或者多个上行PHYPDU，每个PDU由不同的终端发送。下行PHY PDU从一个长前缀开始，用于物理层同步。前缀之后是FCH(Frame Control Header)突发。当前帧中如果发送了DL-MAP(Downlink Map)消息，它将是FCH后第一个MAC(MediumAccess Control)PDU，FCH之后是一个或者多个下行突发。每个突发可以采用不同的突发属性(Burst Profile)传送。每个下行突发包括整数个OFDM符号。

在图5中，一个OFDMA帧包括一个下行子帧和一个上行子帧，下行OFDMA子帧的第一个数据符号中首先发射的两个子信道为FCH。上行OFDMA子帧中包括UL-MAP消息中指示的Ranging子信道用于Ranging处理和带宽申请。

在现有的技术中，尚没有能够有效地实现OFDM系统和OFDMA系统协同工作的方法。最近似的方法是在美国专利US 6567374“Data and pilot mappingin an OFDM system”和US 6535501“Transmission method and transmissionapparatus for transmitting signals on the basis of a OFDM/TDMA-system in aGSM/system”中提出的一种将OFDM符号映射到GSM时隙中的方法，在其中，为了适应GSM时隙的要求，OFDM的循环前缀和子载波间隔都需要进行相应的修改。

因此，为了使得未来的系统能够同时支持OFDM、OFDMA两种技术，最大程度地保护投资者和用户的利益，有必要设计一种满足OFDM、OFDMA共存系统要求的帧结构及实现该帧结构的基站系统，进而实现对OFDM和OFDMA系统的兼容。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种OFDM和OFDMA共存系统及其协同工作的方法，通过构建合理的帧格式保证了空中接口对两种系统的兼容，及通过一个合理的基站结构来实现OFDM和OFDMA的共存系统帧结构的构建，进而实现对OFDM和OFDMA的兼容及实现OFDM和OFDMA两种不同时分系统的协同工作，从而最大程度的保护投资者和用户的利益。

为了实现上述目的，本发明提出了一种OFDM和OFDMA的共存系统，其特点在于，包括：

至少一个OFDM或者OFDMA制式的终端，用于接收来自基站系统的下行信息并根据基站指示发送上行信息；

一个基站系统，用于接收来自OFDM或者OFDMA制式终端的上行信息并发送相应的下行信息，该基站系统又包括：

一MAC层，用于接收来自OFDM或者OFDMA制式终端的数据，通过将相同频段的OFDM和OFDMA数据以时分方式构建可实现OFDM和OFDMA共存的帧结构，并分发至物理层；

一物理层，包含有OFDM物理层模块和OFDMA物理层模块，用于对OFDM或者OFDMA数据分别进行编码调制并按照该MAC层分配的资源进行发送。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特点在于，该基站系统的MAC层具有双MAC结构，其包括：

各自独立的OFDM MAC层模块和OFDMA MAC层模块，用于分别接收OFDM和OFDMA数据并进行处理，完成传统MAC层所有的功能；

一下层适配模块，分别与位于其上层的OFDM MAC层模块、OFDMAMAC层模块以及位于其下层的OFDM物理层模块、OFDMA物理层模块相连接，用于完成系统混和帧构建、资源分配、数据传输等功能。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特点在于，该MAC层还包括一上层适配模块，用于将上层数据包按照接收对象分别分发到OFDM MAC层模块或者OFDMA MAC层模块进行处理。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特点在于，该MAC层通过基站系统外部的路由器来将上层数据包按照接收对象分别分发到OFDM MAC层模块或者OFDMA MAC层模块进行处理。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特点在于，所述下层适配模块与MAC层模块和物理层模块之间进行所有的信息交互，包括数据和相关资源调度消息。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特点在于，所述下层适配模块与MAC层模块和物理层模块之间只进行相关资源调度消息的交互，而数据的交互在MAC层模块与物理层模块之间直接进行。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特点在于，所述的OFDM MAC层模块由依序连接的OFDM CS子层模块、OFDM CPS子层模块、OFDM安全子层模块组成；所述的OFDMA MAC层模块由依序连接的OFDM A CS子层模块、OFDMA CPS子层模块、OFDMA安全子层模块组成，其中，

所述OFDM CS子层模块和OFDMA CS子层模块，分别用于完成经上层适配模块处理后的OFDM和OFDMA数据的分类和打包；

所述OFDM CPS子层模块和OFDMA CPS子层模块，分别用于处理OFDMCS子层模块和OFDMA CS子层模块输出的数据，以时分方式构建可实现OFDM和OFDMA共存的帧结构，并完成系统的核心MAC功能，包括系统接入、带宽分配、资源调度、连接建立和保持等功能；

所述OFDM安全子层模块和OFDMA安全子层模块，分别用于处理OFDMCPS子层模块和OFDMA CPS子层模块输出的数据，实现系统的鉴权、密钥管理以及数据的加解密等功能。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特点在于，该基站系统的MAC层采用融合MAC结构，包括：

CS子层模块，用于统一对OFDM和OFDMA数据进行分类和打包；

OFDM CPS子层非重用模块和OFDMA CPS子层非重用模块，用于分别处理CS子层模块输出的OFDM和OFDMA数据，实现OFDM和OFDMA的CPS处理中不可重用的部分的处理；

CPS重用模块，用于统一对CS子层模块输出的OFDM和OFDMA数据进行处理，实现OFDM和OFDMA的CPS处理中可重用的部分和统一资源调度部分的处理；

安全子层模块，与该OFDM CPS子层非重用模块、OFDMA CPS子层非重用模块、CPS重用模块连接，用于统一实现OFDM和OFDMA系统的鉴权、密钥管理以及数据的加解密等安全管理功能；并与该OFDM物理层模块、OFDMA物理层模块连接，用于分发处理后的数据至该OFDM物理层模块、OFDMA物理层模块。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特点在于，该基站系统采用叠加式结构，包括相互独立的

一个OFDM基站系统，用于接收来自OFDM制式终端的上行信息并向其发送相应的下行信息；所述的OFDM基站系统包括MAC层的OFDM MAC子层模块和物理层的OFDM物理层模块；

一个OFDMA基站系统，用于接收来自OFDMA制式终端的上行信息并向其发送相应的下行信息；所述的OFDMA基站系统包括MAC层的OFDMAMAC子层模块和物理层的OFDMA物理层模块；

其中OFDM基站系统和OFDMA基站系统之间在MAC层通过接口交互信息以确定两基站系统的发送顺序。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，应用于一OFDM和OFDMA的共存系统，该共存系统包含至少一个OFDM或者OFDMA制式的终端，以及一个基站系统；其特点在于，该方法包括如下步骤：

基站系统将相同频段的OFDM和OFDMA数据以时分方式构建成可实现OFDM和OFDMA共存的帧结构，包括各自的上、下行子帧；

基站系统分别设置OFDMA和OFDM的开销信息，在开销信息中将指明各自的上、下行子帧的分配情况；

基站系统在OFDMA下行子帧中按照OFDMA系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据，在OFDM下行子帧中按照OFDM系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据；

终端接收对应制式的下行同步信息和开销信息，实现与基站的下行同步，并获取相应的上、下行子帧的分配信息；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置接收下行负载数据；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置发送上行数据。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特点在于，该基站系统构建共存帧结构的过程包括如下步骤：

基站将帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送下行子帧，另一部分用于接收上行子帧；

基站将下行子帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA下行子帧，另一部分用于传送OFDM下行子帧；

基站将上行子帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA上行子帧，另一部分用于传送OFDM上行子帧。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特点在于，所述OFDM上行或者下行子帧的一部分可以根据需要借给OFDMA上行或者下行子帧使用，OFDMA上行或者下行子帧的一部分也可以根据需要借给OFDM上行或者下行子帧使用。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特点在于，该基站系统构建共存帧结构的过程包括如下步骤：

基站将帧在时间轴上分成两部分，部分用于传送OFDMA帧，另一部分用于传送OFDM帧；

基站将OFDMA帧在时间轴上分成两部分，一部分用于发送OFDMA下行子帧，另一部分用于接收OFDMA上行子帧；

基站将OFDM帧在时间轴上分成两部分，一部分用于发送OFDM下行子帧，另一部分用于接收OFDM上行子帧。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特点在于，所述OFDM子帧的一部分可以根据需要借给OFDMA子帧使用，OFDMA子帧的一部分也可以根据需要借给OFDM子帧使用。

上述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特点在于，该基站系统构建共存帧结构的过程包括如下步骤：

基站将帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA下行子帧，另一部分用于接收OFDMA上行子帧；

基站在OFDMA下行子帧中分配出一段区域，用于发射OFDM下行子帧；

基站在OFDMA上行子帧中分配出一段区域，用于接收OFDM上行子帧。

附图说明

图1为现有的OFDM系统框图；

图2为现有技术中IEEE802.16标准中系统数据/控制平面上的协议栈结构示意图；

图3为现有技术中加入循环前缀的OFDM信号时域波形图；

图4为现有技术中OFDM帧结构示意图；

图5为现有技术中OFDMA帧结构示意图；

图6为现有技术中常用的时分系统帧结构示意图；

图7A为实现本发明的OFDM和OFDMA共存系统协同工作方法的第一实施例的一种帧结构示意图；

图7B为实现本发明的OFDM和OFDMA共存系统协同工作方法的第一实施例的另一种帧结构示意图；

图8为实现本发明的OFDM和OFDMA共存系统协同工作方法的第二实施例的一种帧结构示意图；

图9为实现本发明的OFDM和OFDMA共存系统协同工作方法的第三实施例的一种帧结构示意图；

图10A为实现本发明的OFDM和OFDMA共存系统的帧第一实施例的具有双MAC结构的基站系统的结构示意图；

图10B为本发明的OFDM和OFDMA共存系统的第一实施例的具有双MAC结构的基站系统的另一结构示意图；

图11为本发明的OFDM和OFDMA共存系统的第二实施例的具有融合MAC结构的基站系统的结构示意图；

图12为本发明的OFDM和OFDMA共存系统的第三实施例的叠加式基站系统的结构示意图；

图13A为本发明的替换式基站网络架构示意图；

图13B为本发明的叠加式基站网络架构示意图；

图13C为本发明的另一叠加式基站网络架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

常见的时分系统的帧结构如图6所示，一帧包括一个下行子帧和一个上行子帧，上行或者下行子帧中包括多个时隙用于数据的发送，下行子帧和上行子帧之间的转换间隔称为TTG(transmit transition gap)，上行子帧和下行子帧之间的转换间隔称为RTG(receive transition gap)。

由于OFDM和OFDMA技术在实现上的明显差异，两者很难直接实现物理层之间的兼容。但是由于两系统都是时分系统，当OFDM和OFDMA系统采用相同的频段时，它们可以通过时分方式实现帧结构上的共存。

图7A、图7B和图8、图9显示了三种同时兼容OFDM和OFDMA终端的系统帧结构。(注：这三种帧结构对于后述的三种结构的基站系统都适用)下面将分别进行介绍。

如图7A所示，在第一种帧结构中，一帧首先分为一个下行子帧和一个上行子帧，上行/下行的子帧分别由OFDMA子帧和OFDM子帧按照时分方式组合而成，例如图7A所示。下行子帧分为OFDMA下行子帧和OFDM下行子帧，上行子帧分为OFDMA上行子帧和OFDM上行子帧。对于OFDMA终端，它看到的是一个完整的OFDMA帧，OFDM下行子帧占用的时隙可以看成是OFDMA帧中TTG的一部分或者OFDMA下行子帧中已经被分配的一块区域，OFDM上行子帧占用的时隙也可以看成OFDMA帧中RTG的一部分或者OFDMA上行子帧中已经被分配的一块区域。TTG、RTG或者OFDM子帧占用的区域可以在OFDMA子帧中的开销消息中指示。对于OFDM终端，它看到的也是一个完整的OFDM帧，OFDMA上行子帧占用的时隙可以看成是OFDM帧中TTG的一部分或者OFDM下行子帧中已经被分配的一块区域，OFDMA下行子帧占用的时隙可以看成是OFDM帧中RTG的一部分。TTG或者OFDMA子帧占用的时隙可以在OFDM子帧中的开销消息中指示。OFDM或者OFDMA终端的通信过程和常规方式完全相同，它们通过对前缀的搜索可以获取下行帧的起始位置，通过开销消息可以获得上行帧的起始位置。

如果OFDM用户较少，为了提高频谱利用效率，可以将上行和下行OFDM子帧的后面划出一部分用于OFDMA数据的发送，此时图7A变为了图7B，此时OFDM和OFDMA终端的处理方式与前面叙述类似。图7A的实例中，OFDMA子帧的位置和OFDM子帧的位置还可以互换，终端的处理方式与前面基本相同，此处不再详细叙述。本实施例的优点在于OFDMA子帧和OFDM子帧完全独立，无需改变两系统的实现方式即可同时满足OFDMA和OFDM系统的通信要求。

在第二种帧结构中，一帧中按照时分方式组合OFDM子帧和OFDMA子帧，如图8所示，一帧包括一个OFDM子帧和一个OFDMA子帧，一个OFDM子帧包括一个下行OFDM子帧和一个上行OFDM子帧，一个OFDMA子帧包括一个下行OFDMA子帧和一个上行OFDMA子帧。对于OFDM终端，它看到的是一个完整的OFDM帧，OFDMA子帧占用的时隙被看成是OFDM帧中RTG的一部分或者上行OFDM子帧已分配的突发，RTG或者OFDMA子帧占用的时隙由OFDM系统的开销消息指示。对于OFDMA终端，它看到的也是一个完整的OFDMA帧，OFDM子帧占用的时隙可以看成是OFDMA帧中RTG的一部分或者上行OFDMA子帧已分配的突发，RTG或者OFDM子帧占用的时隙由OFDMA系统的开销消息指示。本实施例与上述第一实施例的差别在于OFDM或者OFDMA的上行/下行子帧之间需要额外的上行/下行转换时间的开销。本实施例的OFDM子帧和OFDMA子帧的前后顺序也可以互换，即OFDMA子帧在前，OFDM子帧在后，由于在实现和处理上没有任何差别，不再另外进行叙述。

在第三种帧结构中，在OFDMA上行/下行帧中的数据区(不包括前缀)划分出一段连续的频段用于OFDM系统上行/下行帧的发送，OFDM频段在OFDMA频段的位置可以根据实际情况进行调整，如图9所示，OFDM子帧和OFDMA子帧分别拥有自己独立的上下行子帧。为了使OFDM数据和OFDMA数据不发生相互干扰，需要在OFDM子帧频段周围划分出一定的保护带。该方案适用于OFDM系统和OFDMA系统采用的频段相同但带宽不同且OFDMA系统采用连续子载波分配方式的情况。在本实施例中，OFDMA系统实际扮演了OFDM数据承载的角色。本实施例的优点在于当两系统带宽不同时，频谱利用率较高，缺点在于当OFDMA子载波采用非连续划分方式时，系统无法实现。

对所有的帧结构而言，根据OFDM系统实际不同的情况(如根据资源利用率和实现复杂度的不同要求)，选择以上不同的OFDMA帧结构，可以保证经过升级后的OFDMA系统同时满足OFDM和OFDMA终端的通信需求。

对于一个OFDM和OFDMA的共存系统，合理的帧格式保证了空中接口对两种系统的兼容，除此之外，还需要设计一个合理的基站结构以实现OFDM和OFDMA的共存系统帧结构。

在本发明中，该OFDM和OFDMA的共存系统包括：至少一个OFDM或者OFDMA制式的终端，用于接收来自基站系统的下行信息并根据基站指示发送上行信息；以及一个基站系统，用于接收来自OFDM或者OFDMA制式终端的上行信息并发送相应的下行信息，该基站系统包括：一MAC层，用于接收来自OFDM或者OFDMA制式终端的数据，并分别对OFDM或者OFDMA数据进行处理，并将处理后的数据分发至物理层；以及一物理层，包含有OFDM物理层模块和OFDMA物理层模块，用于对OFDM或者OFDMA数据分别进行编码调制并按照该MAC层分配的资源进行发送。

如上所述，OFDM和OFDMA共存系统为了实现帧格式上对OFDM和OFDMA系统的兼容，可以采用以下三种结构：

在第一种结构中，基站系统采用双MAC结构，如图10A或者图10B所示，基站系统包括以下模块：

上层适配模块，该模块用于将上层数据包按照接收对象分别分发到OFDMCS子层模块或者OFDMA CS子层模块进行处理。特定情况下，该模块也可以通过基站外部的路由器实现，此时基站系统将不包括该模块；

OFDM CS子层模块和OFDMA CS子层模块，这两个模块用于完成经上层适配模块处理后的OFDM和OFDMA数据的分类和打包；

OFDM CPS子层模块和OFDMA CPS子层模块，这两个模块分别用于处理OFDM CS子层模块和OFDMA CS子层模块输出的数据，(注：帧结构的构建在CPS子层模块中完成，不在CS层中实现)它们完成系统的核心MAC功能，如系统接入、带宽分配、资源调度、连接建立和保持等；

OFDM安全子层模块和OFDMA安全子层模块，这两个模块分别用于处理OFDM CPS子层模块和OFDMA CPS子层模块输出的数据，它们实现系统的鉴权、密钥管理以及数据的加解密等功能；

下层适配模块，它在OFDM安全子层模块和OFDMA安全子层模块之后。负责完成系统混和帧构建、资源分配、数据传输等功能；

OFDM物理层模块和OFDMA物理层模块，该层用于对OFDM和OFDMA数据分别进行编码调制并按照下层适配模块分配的资源进行发送；

上层数据包经上层适配模块的处理按照接收对象分别发送到OFDM CS子层模块或者OFDMA CS子层模块进行处理。经OFDM CPS子层模块和安全子层模块或者OFDMA CPS子层模块和安全子层模块处理的数据通过下层适配模块的处理完成混和帧构建、资源分配与调度、数据传输等功能后分别通过OFDM物理层模块或者OFDMA物理层模块进行编码调制后进行发送，如图10A所示。图10A中各模块之间交互的信息流由图中所示的箭头表示，模块之间的信息流包括上下行发送的数据流和模块之间交互的消息流。为了减轻下层适配模块的处理负担，也可以将图10A所示的双MAC结构变为图10B所示，在图10B中，模块之间的信息流包括三类，2为包括数据和消息的信息流，3为数据流，4为消息流。其中下层适配模块与OFDM MAC层模块、OFDMAMAC层模块、OFDM物理层模块以及OFDMA物理层模块之间的交互仅为用于资源分配和调度的消息流，OFDM MAC层模块或者OFDMA MAC层模块输出的数据流直接发往OFDM物理层模块或者OFDMA物理层模块。在该种结构的基站系统中，存在完全独立的OFDM相应处理模块和OFDMA相应处理模块，因此实现比较简单。

在第二种结构中，基站系统采用融合MAC结构，如图11所示，基站系统包括以下模块：

CS子层模块，该模块用于统一对OFDM和OFDMA数据进行分类和打包；

OFDM CPS子层非重用模块和OFDMA CPS子层非重用模块；这两个模块分别处理CS子层模块输出的OFDM和OFDMA数据，它们实现OFDM和OFDMA的CPS处理中差异较大的部分功能；

CPS重用模块，该模块统一对CS子层模块输出的OFDM和OFDMA数据进行处理，该重用模块融合了OFDM和OFDMA在CPS处理中相同的部分和统一资源调度的部分；

安全子层模块，该模块用于统一实现OFDM和OFDMA系统的鉴权、密钥管理以及数据的加解密等功能；

OFDM物理层模块和OFDMA物理层模块，该模块用于对OFDM和OFDMA数据分别进行编码调制并按照CPS重用模块分配的资源进行发送。

上层的数据进行统一的CS子层模块处理后到达进行相应的CPS处理，CPS处理中可重用的部分(如资源分配和调度等)在CPS重用模块中进行统一处理，CPS处理中不可重用的部分分别由OFDM CPS子层非重用模块和OFDMA CPS子层非重用模块进行处理。安全子层模块对OFDM CPS子层非重用模块和OFDMA CPS子层非重用模块输出的数据进行统一的加解密和安全管理。OFDM物理层模块和OFDMA物理层模块分别依据CPS重用模块中的调度信息进行发送。融合MAC结构的基站系统最大限度进行了OFDM和OFDMA模块之间的重用，对于相同的模块或需要联合调度的模块进行融合。对于差异较大的模块，如某些MAC消息，则进行单独处理，因此其运行效率较高。

在第三实施例中，基站系统还可以采用叠加方式的结构，如图12所示，包括一个OFDM基站系统，用于接收来自OFDM制式终端的上行信息并向其发送相应的下行信息；一个OFDMA基站系统，用于接收来自OFDMA制式终端的上行信息并向其发送相应的下行信息。其中OFDM系统和OFDMA系统彼此相互独立，通过一定的接口(对接口没有特殊的要求，只要能完成相关参数的交互即可)满足OFDM系统MAC层和OFDMA系统MAC层之间相关参数交互的需要，以确定两基站系统的发送顺序。其中，该MAC层包括CS、CPS、安全子层模块，构建帧结构的过程在CPS中实现。该接口交互的信息主要包括OFDM子帧的开始和结束时隙、OFDMA子帧的开始结束时隙等。OFDM系统和OFDMA系统之间的信息交互也可以通过后台的设置来保证，但这种方式在实现上灵活性较差。

对于以上的三种实施方式，可以有两种基站的组网方式，即替换式网络架构和叠加式网络架构。

双MAC结构的基站和融合MAC结构的基站的网络架构的区别仅在于基站系统内部的实现方式，都可以采用图13A表示。其中11为OFDM终端，12为OFDMA终端，13为双MAC结构或融合MAC结构的基站系统。对于双MAC结构的基站系统，发往11和12的数据在经过适配层的简单区分后通过两套完全独立的系统进行处理。对于融合MAC结构的基站系统，发往11和12的数据经13统一处理，并通过其中的CPS重用模块实现对OFDM和OFDMA数据的分时发送。

对于采用叠加结构的基站系统，其网络架构有两种可能的实现方式，如图13B和13C所示。在图13B中，21为OFDM终端，22为OFDMA终端，23为OFDM的基站系统；24为OFDMA的基站系统，其中23和24为两个单独的实体，可以放于同一位置，23和24分别独立接入核心网，实现对不同终端21和22的支持，23和24之间的接口完成23和24之间的消息交互以便形成OFDM基站和OFDMA基站发送上的定时匹配。在图13C中，31为OFDM终端，32为OFDMA终端，33为OFDM的基站系统；34为OFDMA的基站系统。图13B和图13C之间的不同之处在于基站33并不直接接入核心网，基站33与基站34之间的接口既要实现简单信息的交互，也要传递基站33发往核心网的数据，因此在这两种实现方式下，对该接口的设计应该有不同的要求。

根据OFDM和OFDMA共存系统实际不同的情况，选择以上不同的基站系统结构和网络架构实施方式，可以很方便的实现系统对OFDM系统和OFDMA系统的兼容。

结合上述的OFDM和OFDMA共存系统的帧结构和基站系统，下面详细说明本发明的共存系统协同工作的方法。

方法一，包括如下步骤：

基站将帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送下行子帧，另一部分用于接收上行子帧；

基站将下行子帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA下行子帧，另一部分用于传送OFDM下行子帧，其中OFDM上行或者下行子帧的一部分可以根据需要借给OFDMA上行或者下行子帧使用，OFDMA上行或者下行子帧的一部分也可以根据需要借给OFDM上行或者下行子帧使用；

基站将上行子帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA上行子帧，另一部分用于传送OFDM上行子帧；

基站分别设置OFDMA和OFDM的开销信息，在开销信息中将指明各自的上、下行子帧分配情况；

基站在OFDMA下行子帧中按照OFDMA系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据，在OFDM下行子帧中按照OFDM系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据；

终端接收对应制式的下行同步信息和开销信息，实现与基站的下行同步，并获取相应的上、下行子帧的分配信息；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置接收下行负载数据；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置发送上行数据。

方法二，包括如下步骤：

基站将帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA帧，另一部分用于传送OFDM帧；

基站将OFDMA帧在时间轴上分成两部分，一部分用于发送OFDMA下行子帧，另一部分用于接收OFDMA上行子帧；

基站将OFDM帧在时间轴上分成两部分，一部分用于发送OFDM下行子帧，另一部分用于接收OFDM上行子帧；其中，OFDM子帧的一部分可以根据需要借给OFDMA子帧使用，OFDMA子帧的一部分也可以根据需要借给OFDM子帧使用；

基站按照帧的分配情况设置OFDMA和OFDM的开销信息，在开销信息中将指明上、下行子帧的分配情况；

基站在OFDMA下行子帧中按照OFDMA系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据；

基站在OFDM下行子帧中按照OFDM系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据；

终端接收对应制式的下行同步信息和开销信息，实现与基站的下行同步，并获取相应的上、下行子帧的分配信息；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置接收下行负载数据；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置发送上行数据。

方法三，包括如下步骤：

基站将帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA下行子帧，另一部分用于接收OFDMA上行子帧；

基站在OFDMA下行子帧中分配出一段区域，用于发射OFDM下行子帧。

基站在OFDMA上行子帧中分配出一段区域，用于接收OFDM上行子帧。

基站按照帧的分配情况设置OFDMA的开销信息，在开销信息中将指明OFDMA上、下行子帧的分配情况；

基站按照帧的分配情况设置OFDM的开销信息，在开销信息中将指明OFDM上、下行子帧的分配情况；

基站在下行子帧中分配给OFDMA制式的部分按照OFDMA系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据；

基站在下行子帧中分配给OFDM制式的部分按照OFDM系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据；

终端接收对应制式的下行同步信息和开销信息，实现与基站的下行同步，并获取相应的上、下行子帧的分配信息；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置接收下行负载数据；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置发送上行数据。

综上，通过本发明的设计，可以在不改变OFDM和OFDMA具体实施方式的前提下实现对OFDM和OFDMA系统的兼容；通过本发明的设计，可以使得OFDMA系统经过简单的升级后兼容OFDM终端；通过本发明的设计，可以在OFDM系统升级到OFDMA系统后仍然保持对OFDM系统的向下兼容，从而保护运营商和用户的利益；通过本发明的设计，可以实现OFDM和OFDMA共存系统的组网。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1、一种OFDM和OFDMA的共存系统，其特征在于，包括：

至少一个OFDM或者OFDMA制式的终端，用于接收来自基站系统的下行信息并根据基站指示发送上行信息；

一个基站系统，用于接收来自OFDM或者OFDMA制式终端的上行信息并发送相应的下行信息，该基站系统又包括：

一MAC层，用于接收来自OFDM或者OFDMA制式终端的数据，通过将相同频段的OFDM和OFDMA数据以时分方式构建可实现OFDM和OFDMA共存的帧结构，并分发至物理层；

一物理层，包含有OFDM物理层模块和OFDMA物理层模块，用于对OFDM或者OFDMA数据分别进行编码调制并按照该MAC层分配的资源进行发送。

2、根据权利要求1所述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特征在于，该基站系统的MAC层具有双MAC结构，其包括：

各自独立的OFDM MAC层模块和OFDMA MAC层模块，用于分别接收OFDM和OFDMA数据并进行处理，完成传统MAC层所有的功能；

一下层适配模块，分别与位于其上层的OFDM MAC层模块、OFDMAMAC层模块以及位于其下层的OFDM物理层模块、OFDMA物理层模块相连接，用于完成系统混和帧构建、资源分配、数据传输等功能。

3、根据权利要求2所述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特征在于，该MAC层还包括一上层适配模块，用于将上层数据包按照接收对象分别分发到OFDM MAC层模块或者OFDMA MAC层模块进行处理。

4、根据权利要求2所述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特征在于，

该MAC层通过基站系统外部的路由器来将上层数据包按照接收对象分别分发到OFDM MAC层模块或者OFDMA MAC层模块进行处理。

5、根据权利要求2、3或4所述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特征在于，所述下层适配模块与MAC层模块和物理层模块之间进行所有的信息交互，包括数据和相关资源调度消息。

6、根据权利要求2、3或4所述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特征在于，所述下层适配模块与MAC层模块和物理层模块之间只进行相关资源调度消息的交互，而数据的交互在MAC层模块与物理层模块之间直接进行。

7、根据权利要求3所述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特征在于，所述的OFDM MAC层模块由依序连接的OFDM CS子层模块、OFDM CPS子层模块、OFDM安全子层模块组成；所述的OFDMA MAC层模块由依序连接的OFDMA CS子层模块、OFDMA CPS子层模块、OFDMA安全子层模块组成，其中，

所述OFDM CS子层模块和OFDMA CS子层模块，分别用于完成经上层适配模块处理后的OFDM和OFDMA数据的分类和打包；

所述OFDM CPS子层模块和OFDMA CPS子层模块，分别用于处理OFDMCS子层模块和OFDMA CS子层模块输出的数据，以时分方式构建可实现OFDM和OFDMA共存的帧结构，并完成系统的核心MAC功能，包括系统接入、带宽分配、资源调度、连接建立和保持等功能；

所述OFDM安全子层模块和OFDMA安全子层模块，分别用于处理OFDMCPS子层模块和OFDMA CPS子层模块输出的数据，实现系统的鉴权、密钥管理以及数据的加解密等功能。

8、根据权利要求1所述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特征在于，该基站系统的MAC层采用融合MAC结构，包括：

CS子层模块，用于统一对OFDM和OFDMA数据进行分类和打包；

OFDM CPS子层非重用模块和OFDMA CPS子层非重用模块，用于分别处理CS子层模块输出的OFDM和OFDMA数据，实现OFDM和OFDMA的CPS处理中不可重用的部分的处理；

CPS重用模块，用于统一对CS子层模块输出的OFDM和OFDMA数据进行处理，实现OFDM和OFDMA的CPS处理中可重用的部分和统一资源调度部分的处理；

安全子层模块，与该OFDM CPS子层非重用模块、OFDMA CPS子层非重用模块、CPS重用模块连接，用于统一实现OFDM和OFDMA系统的鉴权、密钥管理以及数据的加解密等安全管理功能；并与该OFDM物理层模块、OFDMA物理层模块连接，用于分发处理后的数据至该OFDM物理层模块、OFDMA物理层模块。

9、根据权利要求1所述的OFDM和OFDMA的共存系统，其特征在于，该基站系统采用叠加式结构，包括相互独立的

一个OFDM基站系统，用于接收来自OFDM制式终端的上行信息并向其发送相应的下行信息；所述的OFDM基站系统包括MAC层的OFDM MAC子层模块和物理层的OFDM物理层模块；

一个OFDMA基站系统，用于接收来自OFDMA制式终端的上行信息并向其发送相应的下行信息；所述的OFDMA基站系统包括MAC层的OFDMAMAC子层模块和物理层的OFDMA物理层模块；

其中OFDM基站系统和OFDMA基站系统之间在MAC层通过接口交互信息以确定两基站系统的发送顺序。

10、一种OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，应用于一OFDM和OFDMA的共存系统，该共存系统包含至少一个OFDM或者OFDMA制式的终端，以及一个基站系统；其特征在于，该方法包括如下步骤：

基站系统将相同频段的OFDM和OFDMA数据以时分方式构建成可实现OFDM和OFDMA共存的帧结构，包括各自的上、下行子帧；

基站系统分别设置OFDMA和OFDM的开销信息，在开销信息中将指明各自的上、下行子帧的分配情况；

基站系统在OFDMA下行子帧中按照OFDMA系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据，在OFDM下行子帧中按照OFDM系统的要求发送同步信息、开销信息和负载等下行数据；

终端接收对应制式的下行同步信息和开销信息，实现与基站的下行同步，并获取相应的上、下行子帧的分配信息；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置接收下行负载数据；

终端根据接收到的开销信息，在基站指定的位置发送上行数据。

11、根据权利要求10所述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特征在于，该基站系统构建共存帧结构的过程包括如下步骤：

基站将帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送下行子帧，另一部分用于接收上行子帧；

基站将下行子帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA下行子帧，另一部分用于传送OFDM下行子帧；

基站将上行子帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA上行子帧，另一部分用于传送OFDM上行子帧。

12、根据权利要求11所述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特征在于，所述OFDM上行或者下行子帧的一部分可以根据需要借给OFDMA上行或者下行子帧使用，OFDMA上行或者下行子帧的一部分也可以根据需要借给OFDM上行或者下行子帧使用。

13、根据权利要求10所述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特征在于，该基站系统构建共存帧结构的过程包括如下步骤：

基站将帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA帧，另一部分用于传送OFDM帧；

基站将OFDMA帧在时间轴上分成两部分，一部分用于发送OFDMA下行子帧，另一部分用于接收OFDMA上行子帧；

基站将OFDM帧在时间轴上分成两部分，一部分用于发送OFDM下行子帧，另一部分用于接收OFDM上行子帧。

14、根据权利要求13所述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特征在于，所述OFDM子帧的一部分可以根据需要借给OFDMA子帧使用，OFDMA子帧的一部分也可以根据需要借给OFDM子帧使用。

15、根据权利要求10所述的OFDM和OFDMA的共存系统协同工作的方法，其特征在于，该基站系统构建共存帧结构的过程包括如下步骤：

基站将帧在时间轴上分成两部分，一部分用于传送OFDMA下行子帧，另一部分用于接收OFDMA上行子帧；

基站在OFDMA下行子帧中分配出一段区域，用于发射OFDM下行子帧；

基站在OFDMA上行子帧中分配出一段区域，用于接收OFDM上行子帧。

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