CN101094444A - 包括基站和均使用由基站分配的上行线路的终端设备的通信系统 - Google Patents

包括基站和均使用由基站分配的上行线路的终端设备的通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种包括基站和均使用由基站分配的上行线路的终端设备的通信系统。该通信系统在基站和各个终端设备之间分配个别线路，使得能够在相当于数帧的时间间隔中进行个别通信。该通信系统包括：基站，该基站具有利用给定的数据格式来处理物理层的处理功能单元；以及终端设备，每个终端设备都使用由所述基站分配的上行线路。在该系统中，所述基站和各个终端设备通过正交频分复用方法彼此通信。所述基站周期性地发出前导信号，并且具有如下装置，该装置发出用于标识针对终端设备的空闲上行线路的空闲个别连接标识符，从而在所述基站接收到来自所述终端设备的上行线路请求时向所述基站发送数据。

Description

包括基站和均使用由基站分配的上行线路的终端设备的通信系统
技术领域
本发明涉及一种通信系统，该通信系统在使用WiMAX(微波存取全球互通)格式进行通信时分配个别线路。
背景技术
根据WiMAX方法，通过建立小区半径为数百米的个体通信区域来构成蜂窝式系统。根据IEEE标准802.16-2004，基于WiMAX的系统采用正交频分复用(OFDM)的调制方法，该方法提供根据时间划分从而可用于各个数据通信的频率。
根据与移动宽带系统相关的IEEE标准802.16e，除了根据OFDM方法以时间来划分数据之外，基于WiMAX的系统还采用能够使用子载波来划分数据的正交频分多址(OFDMA)方法。基站和终端设备处于主从关系，其中基站执行线路分配等。
例如，在专利申请2006-507753的PCT国际申请的公布日文译本中公开了一种采用OFDM方法的系统。所公开的系统是这样一种移动通信系统，其中下行线路子帧包含同步前导信号和搜索前导信号以使得时间和频率能够同步并且能够进行更有效的小区搜索。
图1是使用WiMAX方法的通信系统的结构示例。
根据WiMAX方法，通过建立小区半径为数km或更大并且中央具有基站101的小区100的通信区域来构成蜂窝式系统。移动终端设备#0至#n进出诸如小区100的这种通信区域。对位于该通信区域中的移动终端设备#0至#n执行多个序列处理，包括电力供应序列、初始设定序列和呼叫序列。
发明内容
在基于WiMAX方法的系统中，由于在建立线路时需要诸如以上初始设定、呼叫等序列的过程和认证，所以建立链接的时间需要几秒或更长。如果通信区域的小区半径大约为数百米，那么就增加了移动终端设备在试图建立链接时离开通信区域的可能性。
因此，本发明的目的是提供一种通信系统，该通信系统的特征在于一种在基站和各个终端设备之间分配个别线路的方法，该方法使得能够在相当于数帧的时间间隔内进行个别通信。
为了实现上述目的，本发明的特征在于对基站与终端设备之间的通信的操作流程进行检查(review)，并且为通信系统中的请求信号建立选择方法的规则。
本发明的第一方面提供了一种特定形式的通信系统，该通信系统包括：基站，该基站具有利用给定数据格式来处理物理层的处理功能单元；以及多个终端设备，每个终端设备都使用由所述基站分配的上行线路，其中所述基站和各个终端设备通过正交频分复用方法彼此通信，所述基站包括周期地发出前导信号的发送单元，所述基站具有如下装置，在所述基站接收到来自所述终端设备的上行线路请求时，该装置发出用于标识终端设备向所述基站发送数据所用的空闲(vacant)上行线路的空闲个别连接标识符，并且所述终端设备中的每一个都通过来自所述基站的前导信号与所述基站同步，所述终端设备包括：发送单元，该发送单元基于与所述终端设备的设备编号相对应的上行线路请求码和传输区域向所述基站发送上行线路请求；存储单元，该存储单元存储包含在从所述基站发送的上行线路分配信息中的处于使用状态的连接标识符；以及检测单元，该检测单元识别作为上行线路请求的答复而从所述基站发送的上行线路分配信息，并从该上行线路分配信息所添加的连接标识符中区分出所存储的连接标识符，从而识别出以所述终端设备为目的地的连接标识符，其中所述终端设备使所述线路请求发送单元在所述终端设备不能识别所述连接标识符时再次发送上行线路请求。
该通信系统能够在数帧的时间间隔内进行个别通信。
以上通信系统可以具有这样的构造，即，所述终端设备在识别出以所述终端设备为目的地的所述连接标识符之后将第一上行线路突发发送至所述基站时，将所识别的以所述终端设备为目的地的所述连接标识符以及所述终端设备的编号添加至所述第一上行线路突发。
这使得所述基站能够明白哪一个终端设备正在发送请求。
所述通信系统可以具有这样的构造，即，所述基站接收和识别从所述终端设备发送的以所述终端设备为目的地的所述连接标识符和所述终端设备的编号，并且将以所述终端设备为目的地的所述连接标识符添加到广播信号中的下行线路分配信息中，从而向所述终端设备发送个别数据。
这使得具有上述构造的通信系统也能够在下行线路中进行个别通信。
在第一方面中，所述通信系统可以具有这样的构造，即，所述终端设备具有如下装置，该装置基于与所述终端设备的位置信息相对应的上行线路请求码和传输区(transmission area)向所述基站发送上行线路请求。因为多个终端设备之间位置重合的可能性特别小，所以防止了来自所述终端设备的请求信号的冲突。
在第一方面中，所述通信系统可以具有这样的构造，即，所述基站使所述空闲个别连接标识符发送装置根据标识符的数值次序来设定空闲个别连接标识符并将所设定的标识符发送给所述终端设备。
在第一方面中，所述通信系统可以具有这样的构造，即，所述基站使所述空闲个别连接标识符发送装置向终端设备发送多个个别连接标识符，所述标识符在所述基站向所述终端设备发送空闲个别连接标识符时被根据上行线路请求码和传输区进行了分组。所述终端设备通过参照所述上行线路请求码和所述传输区，从所接收的个别连接标识符组中识别出以所述终端设备为目的地的个别连接标识符。
这使得所述基站在多个终端设备以相同定时来发送请求信号时，能够以简单的方式将一个请求信号与另一个区分开。
附图说明
图1是使用WiMAX方法的通信系统的结构示例。
图2是应用于本发明的OFDMA物理层的帧格式的结构示例。
图3是用于带宽请求信号(测距)的传输区的图。
图4是根据本发明的基站的结构示例的框图。
图5是根据本发明的终端设备的结构示例的框图。
图6是根据本发明第一实施例的操作流程的图。
图7是测距发送对应列表的一个示例的图。
图8是根据本发明第二实施例的操作流程的图。
图9是根据本发明第三实施例的操作流程的图。
图10是根据本发明第四实施例的操作流程的图。
图11是根据本发明第四实施例的使与终端设备的位置有关的纬度/经度信息与测距码和传输区相关联的对应列表的图。
图12是根据本发明第五实施例的操作流程的图。
图13是应用于第五实施例的个别CID对应列表。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的实施例。描述实施例是为了便于理解本发明，而不是为了限制本发明的技术范围。
图2是应用于本发明的OFDMA物理层的帧格式的结构示例。垂直轴表示子信道的逻辑号，水平轴表示OFDM符号的数量。下行线路A的子帧由前导信号I、广播消息II和多个下行线路数据突发III构成，广播消息II包括帧控制头部(FCH)、下行线路分配信息(DL_MAP)和上行线路分配信息(UL_MAP)。上行线路B的子帧由带宽请求信号(测距)IV和多个上行线路数据突发V构成。
前导信号I包括用于接收侧的同步(sync)数据，以使接收侧与下行线路子帧在频率和时间上同步，并且贯穿每个信道同时发出。准备多种类型的前导信号，并且每个前导信号都具有特定的长度。
广播消息II中的帧控制头部FCH描述了头部之后的第一突发的概要(编码方法、长度等)。下行线路分配信息(DL_MAP)包括下行子帧中的数据突发的映射信息，上行线路分配信息(UL_MAP)包括上行子帧中的数据突发的映射信息。
各个数据突发都由整数个OFDM符号构成，并通过所分配的调制方法(QPSK(四相相移键控)、16QAM(正交幅度调制)、64QAM)、编码方法以及与下行线路分配信息(DL_MAP)所描述的突发概要一致的编码率进行处理。
前导信号I通过BPSK(二进制相移键控)进行调制，而广播消息通过GPSK进行调制。
图3是用于带宽请求信号(测距)的传输区的图。图3所示的表具有12个符合IEEE标准802.16e的请求时隙区。
图4和5是根据本发明的基站101和终端设备#0至#n的结构示例的框图。基站和终端设备都具有双向发送/接收功能，从而具有相同的发送/接收电路。因此，为了方便，基站中的功能与终端设备相同的部件用相同的附图标记表示。
如图4所示，基站包括网络接口单元1、媒体访问控制(MAC)处理单元2、物理层(PHY)处理单元3、射频(RF)发送/接收单元4和GPS接收单元5。
网络接口单元1具有与外部设备连接的接口功能，以及用于与MAC处理单元2进行数据交换的发送/接收功能。根据WiMAX标准，MAC处理单元2具有资源管理功能和MCA层功能。
PHY处理单元3包括产生前导信号模式的下行链路前导信号产生单元30、下行链路广播产生单元31、下行链路突发产生单元32、调制处理单元33、复用(MUX)单元34和逆快速傅立叶变换(IFFT)单元35。
下行链路前导信号产生单元30根据来自MAC处理单元2的指令而产生前导信号符号。下行链路广播产生单元31从来自MAC处理单元2的发送数据中产生给定的宽带数据，并根据来自MAC处理单元2的指令对发送数据执行PHY层处理。下行链路突发产生单元32根据来自MAC处理单元2的指令对发送数据执行PHY层处理。
调制处理单元33通过QPSK、BPSK、多值调制等对来自各个产生单元的信号进行调制。复用单元34根据来自MAC处理单元2的使用区域(复用格式)指令对来自各个产生单元的信号进行复用。
逆快速傅立叶变换(IFFT)单元35根据MAC处理单元2所指定的参数来执行逆快速傅立叶变换等。然后通过RF单元4在频率上将来自逆快速傅立叶变换单元35的变换输出转变为射频信号，该信号从天线ANT发出。
PHY处理单元3具有用于对在RF单元4处接收并解调的信号进行处理的接收功能单元。该接收功能单元由快速傅立叶变换(FFT)单元36、上行链路突发接收/处理单元38和测距接收/处理单元37构成。
快速傅立叶变换(FFT)单元36执行快速傅立叶变换等。上行测距接收/处理单元37执行符合WiMAX标准的PHY处理，并向MAC处理单元2发送接收结果。
上行链路突发接收/处理单元38对MAC处理单元2指定的区域执行PHY处理，并向MAC处理单元2发送接收结果。
图4所示的GPS接收单元5产生与GPS时钟(未示出)同步的内部定时循环。
然后将描述图5所示的终端设备的结构。该终端设备包括网络接口单元1、MAC处理单元2、PHY处理单元3、射频(RF)发送/接收单元4和GPS接收单元5。
网络接口单元1具有与外部设备连接的接口功能，以及用于与MAC处理单元2进行数据交换的发送/接收功能。根据WiMAX标准，MAC处理单元2具有资源管理功能和MCA层功能。
根据下面将描述的本发明的实施例，MAC处理单元2的功能从符合WiMAX规定的功能发生变化。在资源管理处理中，MAC处理单元2识别包含在广播信号中的、在进行线路请求(测距)时发出的码号、区域指令和突发信号发送位置，并且将识别出的码号、区域和发送位置报告给PHY处理单元3。
PHY处理单元3具有发送功能和接收功能。发送功能由测距产生单元44、上行链路突发产生单元45、调制处理单元46、复用单元47和IFFT单元48来提供。
在图5中，测距产生单元44根据来自MAC处理单元2的指令而产生线路请求码(测距码)。上行链路突发产生单元45产生突发信号。调制处理单元46通过QPSK、BPSK、多值调制等对来自各个产生单元的信号进行调制。复用单元47根据来自MAC处理单元2的使用区域指令对来自各个产生单元的信号进行复用。
逆快速傅立叶变换单元48根据MAC处理单元2指定的参数来执行逆快速傅立叶变换等。
接收功能由快速傅立叶变换(FFT)单元40、下行链路前导信号接收/处理单元41、下行链路广播接收/处理单元42和下行链路突发接收/处理单元43来提供。快速傅立叶变换(FFT)单元40执行快速傅立叶变换等。下行链路前导信号接收/处理单元41具有检测从基站101发送的前导信号以及使终端设备与基站同步的功能。下行链路前导信号接收/处理单元41还具有将同步定时报告给下行链路突发信号接收/处理单元43和MAC处理单元2的功能。
下行链路突发信号接收/处理单元43具有对符合WiMAX标准的内部信息执行接收处理，并且将处理后的内部信息报告给MAC处理单元2的功能。下行链路突发信号接收/处理单元43通过MAC处理单元2收到广播信号内容的通知，并且根据WiMAX标准的通知在区域内执行接收处理。
RF单元4具有将来自PHY处理单元3的基带信号调制成RF信号，或者将RF信号解调成基带信号的接收/发送功能。GPS接收单元5将位置信息报告给MAC处理单元2。
下面将描述根据本发明的线路分配方法的实施例。对具有图4、5所示结构的基站101和终端设备#1至#10执行该方法。
图6是根据本发明第一实施例的操作流程的图。
基站101以如图2所示的基于WiMAX的数据格式周期性地发出前导信号(步骤S11、S12、S13---)。前导信号发送的周期与一个帧的长度相等。根据本实施例，下行线路A专用于每个终端设备所接收的广播型信息。
用于标识空闲上行线路的连接标识符(CID)(该标识符能被各个终端设备识别)被制备成下行线路分配区(DL_MAP)中的公共CID，并且各个终端设备都收到广播信号中的公共CID的通知。
基站101通过将数据存储在CID所通知的下行(DL)突发信号中的公共CID区中，来发出以各个终端设备为目的地的数据。
终端设备接收从基站101发送的前导信号，并使终端设备与基站同步(步骤S2)。在建立了与基站的同步后，终端设备开始上行线路请求(测距)处理(步骤S3)。
然后终端设备操作MAC处理单元2中的帧计数器(步骤S4)。同时，终端设备识别并存储上行线路分配信息(UL_MAP)中的个别CID，该个别CID是包含在带宽信号中的信息(步骤S5)。
终端设备基于其自身的固定编号来参照将请求码(测距码)与传输区关联起来的对应列表(测距发送对应列表)(步骤S6)，并根据图2所示的上行线路B的格式发送固定的测距码(步骤S7)。图7中示出了固定测距发送对应列表的实例。该列表在左列中示出了终端设备的代码，在中列中示出了测距码(256种)，在右列中示出了传输区(图3所示的12个区域)。因此，该列表能够对3072(＝256×12)个终端设备的每一个确定特定的测距码。
用于发送测距码的定时是测距码对应于图3所示的传输区处的定时，在该定时指定了上行线路B。
当基站101识别出从终端设备发送的测距码时(步骤S8)，基站101开始线路分配处理(步骤S9)。
在线路分配处理中，例如根据标识符的编号递增的顺序来确定待发出的空闲CID。通过广播信号将确定结果报告给终端设备，该广播信号是在自接收到测距码经过两帧后发送的(步骤S13)。在用于报告帧的上行线路B中执行对所报告的线路分配区的接收处理(步骤S10)。通过在接收到测距码后两帧发送的广播信号来报告空闲CID是由于考虑到这样的情况，其中在经过一帧后未能及时完成报告处理。
同时，终端设备基于下行线路分配信息(DL_MAP)，从下行链路突发区(DL_Burst)接收下行线路A中的突发信号(广播信号)。
然后，终端设备基于帧计数器的计数，检查从测距码发送起第三帧处上行线路分配信息(UL_MAP)中的个别CID。如果检查的个别CID表现为与处于使用状态的存储个别CID不同，则检查的CID是分配给终端设备的CID，从而终端设备识别出指定区域(步骤S12)。终端设备利用识别出的上行线路突发区(UL_Burst)从终端设备发送信息(步骤S13)。
当未提供额外的个别CID时，终端设备再次开始测距发送(步骤S14)。在发送终端设备信息之前经过的帧的数量不限于图6所示的3个。三个帧仅仅是一个例子。
图6所示的根据本发明的处理使得能够在数帧的时间间隔内开始个别通信。
提供第二实施例，作为相对于第一实施例的本发明的变型例。第二实施例使基站能够标识进行测距发送的终端设备。将参照图8所示的操作流程进行第二实施例的说明。
图8所示的处理是图6所示的操作流程的作为与第二实施例相关的部分所提取的一部分。
图8所示的操作流程包括当终端设备在识别出个别CID(步骤S12)之后发送第一上行线路突发UL_Burst(步骤S13)时，终端设备将其自身设备编号和所识别的个别CID添加至上行信息中以进行发送(步骤S14)的额外处理。
因此，基站101在接收上行线路突发UL_Burst(步骤S13)时，接收使UL个别CID与终端设备编号进行链接的信息(步骤S15)。
基站101具有将接收到的终端设备编号与基站分配给该终端设备的个别CID关联起来的功能(见图8)。因此在图6所示的实施例中，基站101不仅分配线路，而且识别哪一个终端设备在使用该线路。
图9示出了根据另一实施例，即第三实施例的操作流程。根据与第二实施例不同的第三实施例，基站101识别出从终端设备发送的所接收的个别CID的信息以及终端设备编号，并将个别CID添加到广播信号中的下行线路分配信息(DL_MAP)中，以向该终端设备发送个别数据。
图9所示的操作流程是图6所示的操作流程的作为与第三实施例相关的部分所提取的一部分。
通常，上行线路B和下行线路A中的个别CID是不相同的，但是在本发明中使用了相同的CID。将下行线路A中的下行线路突发(DL_Burst)分配给额外的个别CID(步骤S16)，并且在下行线路突发(DL_Burst)中发送该个别信息(步骤S17)。
终端设备确认与下行线路分配信息(DL_MAP)所分配的个别CID数量相同的CID的存在，并且接收下行线路A中的个别信息(步骤S18)。考虑对基站的内部网络的链接处理，可以在下一帧中将另一个别CID分配给该终端设备。
图10示出了提供了额外特征的另一实施例的操作流程。与前述实施例相同，该操作流程是图6所示的操作流程的作为与该实施例相关的部分所提取的一部分。
根据本实施例，例如将位置信息(其是响应于移动终端设备的移动而改变的参数)添加到测距码和传输区中(步骤S20)。图11中示出了包括该位置信息在内的对应列表。基于该对应列表，通过由GPS接收单元5参照GPS系统而获得的纬度/经度信息来标识终端设备的位置。因此，终端设备利用纬度/经度信息而不是利用终端设备的编号来确定测距码和传输区，并且发送测距信号(步骤S7)。
终端设备的纬度/经度交叠的可能性非常小。这样本实施例就防止了线路请求信号的冲突。
图11示出了又一实施例的处理流程，该实施例是根据第一实施例的处理的部分修改的例子。与第一实施例(根据该第一实施例，在基站101的线路分配处理中，以CID编号的递增顺序来确定个别CID)相比，本实施例提供了一种基于从终端设备发送的测距码和传输区的组合来确定个别CID的方法。
图13示出了个别CID对应列表。在图13所示的列表中，测距码(0至255)和传输区(12种)的组合相对于一组个别CID而相关联。
在图12所示的操作流程中，当根据图6所示的过程，多个终端设备(#0和#1)发送测距码(步骤S7a、S7b)并且基站101在同一帧期间接收该测距码(步骤S8)时，基站101在向各个终端设备分配个别ID时发出多个个别ID。
在这种情况下，各个终端设备不能判断哪一个CID被发送给该终端设备。为了解决该问题，根据本实施例，基站101根据图13所示的对应列表，从个别的CID组中选出与从终端设备发送的测距码和传输区的组合相对应的个别CID(步骤S9a)，并将所选的CID发送给该终端设备。
终端设备也识别出图13所示的对应列表，从而能够通过参照发送给基站的测距码和传输区来将所接收的个别CID识别为发送给该终端设备的个别CID。
上述第五实施例使得即使多个终端设备在相同的定时向基站发送线路请求信号，基站也能够以简单的方式将CID彼此区分开。
前述的实施例说明不是为了将本发明限制在所述实施例的具体细节。任何适当的修改和等同均诉诸于本发明的范围。所附的权利要求覆盖了落在本发明范围内的本发明的所有特征和优点。
本申请基于2006年6月20日提交的在先日本专利申请No.2006-169866并要求其优先权，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (6)

1、一种通信系统，该通信系统包括：基站，该基站具有利用给定数据格式来处理物理层的处理功能单元；以及多个终端设备，每个终端设备都使用由所述基站分配的上行线路，其中所述基站和各个终端设备通过正交频分复用方法彼此通信，
所述基站包括周期地发出前导信号的发送单元，所述基站具有如下装置，在所述基站接收到来自所述终端设备的上行线路请求时，该装置发出用于标识终端设备向所述基站发送数据所用的空闲上行线路的空闲个别连接标识符，并且
所述终端设备中的每一个都通过来自所述基站的前导信号与所述基站同步，所述终端设备包括：
发送单元，该发送单元基于与所述终端设备的设备编号相对应的上行线路请求码和传输区域向所述基站发送上行线路请求；
存储单元，该存储单元存储包含在从所述基站发送的上行线路分配信息中的处于使用状态的连接标识符；以及
检测单元，该检测单元识别作为对上行线路请求的答复而从所述基站发送的上行线路分配信息，并从上行线路分配信息添加的连接标识符中区分出所存储的连接标识符，从而识别出以所述终端设备为目的地的连接标识符，其中
所述终端设备使所述线路请求发送单元在所述终端设备不能识别所述连接标识符时再次发送上行线路请求。
2、根据权利要求1所述的通信系统，其中
所述终端设备在识别出以所述终端设备为目的地的所述连接标识符之后向所述基站发送第一上行线路突发时，将所识别的以所述终端设备为目的地的所述连接标识符以及所述终端设备的编号添加至所述第一上行线路突发。
3、根据权利要求2所述的通信系统，其中
所述基站接收和识别以所述终端设备为目的地的所述连接标识符以及所述终端设备的编号，并且将以所述终端设备为目的地的所述连接标识符添加到广播信号中的下行线路分配信息中，从而向所述终端设备发送个别数据，所述标识符和设备的编号是从所述终端设备发送的。
4、根据权利要求1所述的通信系统，其中
所述发送单元基于与所述终端设备的位置信息相对应的上行线路请求码和传输区向所述基站发送上行线路请求。
5、根据权利要求1所述的通信系统，其中
所述基站的所述发送单元根据标识符的数值顺序来设定空闲个别连接标识符，并将所设定的标识符发送给所述终端设备。
6、根据权利要求1所述的通信系统，其中
所述基站的所述发送单元向所述终端设备发送多个个别标识符，所述标识符在向所述终端设备发送空闲个别连接标识符时被根据上行线路请求码和传输区进行了分组，并且其中
所述终端设备通过参照所述上行线路请求码和所述传输区，在所接收的个别连接标识符组中识别出以所述终端设备为目的地的个别连接标识符。
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