CN101150389B

CN101150389B - 时分双工无线通信系统及其信号传输方法

Info

Publication number: CN101150389B
Application number: CN2006101390043A
Authority: CN
Inventors: 王艺; 张爱民; 唐臻飞; 尚政; 李元杰; 李江
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: The Nantong Sheng Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: CN101150389A

Abstract

本发明涉及无线通信领域，公开了一种时分双工无线通信系统及其信号传输方法，使得发生TDD模式切换时，系统不需要重新搜索超帧或者做相关的同步工作。本发明中，因为在不同的TDD模式中使用固定的超帧长度和采样频率收发信号，在发生TDD模式切换时，系统不需要重新搜索超帧或者做相关的同步工作。超帧长度固定为10ms，采样频率为1.92MHz的整数倍，保证了与3GPP系统的后向兼容。上行到下行切换点固定在每个物理帧的最后，不同的TDD模式只需要调整下行到上行切换点在每个物理帧内的位置就能获得，不需要改变物理层的其他参数，实现起来较为方便。下行前置帧和超帧中第一个物理帧之间预留一定的保护间隔，有利于中继的收发切换。

Description

时分双工无线通信系统及其信号传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及时分双工无线通信技术。

背景技术

近些年来，以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称“OFDM”)为代表的多载波传输技术受到了人们的广泛关注。多载波传输把数据流分解为若干个独立的子数据流，每个子数据流将具有低得多的比特速率。用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。

OFDM作为一种多载波数字调制技术，将数据经编码后在频域传输。不像常规的单载波技术，如调幅/调频(Amplitude Modulation/FrequencyModulation，简称“AM/FM”)，在某一时刻只用单一频率发送单一信号，OFDM在经过特别计算的正交频率上同时发送多路高速信号。

OFDM将经过编码的待传输数据作为频域信息，将其调制为时域信号，并在信道上传输，而在接收端则进行逆过程解调。OFDM系统的调制和解调可以分别由逆离散傅立叶变换(Inverse Discrete Fourier Transform，简称“IDFT”)和离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，简称“DFT”)来代替。通过N点IDFT运算，把频域数据符号变换为时域数据符号，经过载波调制之后，发送到信道中。在接收端，将接收信号进行相干解调，然后将基带信号进行N点DFT运算，即可获得发送的数据符号。在实际应用中，IDFT/DFT采用逆快速傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transform，简称“IFFT”)和快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，简称“FFT”)来实现。FFT技术的采用使得OFDM系统的复杂度大大降低，再加上高性能信息处理器件比如可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称“PLD”)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称“DSP”)、微处理器(MicroProcessor，简称“μP”)等的发展和应用，使得OFDM系统的实现更加容易，成为应用最广的一种多载波传输方案。

在OFDM系统中，时域信号是分段进行调制的，在每段信号的前面均有循环前缀(Cyclic Prefix，简称“CP”)，CP是指将一段时域信号的最后一小段复制到前面，使得多径时延在小于循环前缀的长度的前提下避免符号间干扰(Inter Symbol Interference，简称“ISI”)的产生。但是由于时间偏移仍然会造成解调以后的OFDM频域信号产生相位偏移，因此系统仍需要进行时间同步。时间同步可以分为帧定时和符号定时。

在移动通信中，另一项关键技术是物理帧格式的设计，不同的物理帧结构能影响资源的调度、同步、广播、信道控制和数据传输等方面的设计。不同系统的都有其对应的帧结构，为了满足特殊的需求所设计的帧结构都有不同程度的局限性，而未来无线通信系统的发展趋势(如B3G系统)要求全方位地满足业务、无线场景的需求，因此为未来无线通信系统设计新型的物理帧是当务之急。

目前正在标准化的第三代合作伙伴项目2(3rd Generation PartnershipProject 2，简称“3GPP2”)空中接口演进(Air Interface Evolution，简称“AIE”)标准在OFDM技术之上定义了一种适用于时分双工(Time Division Duplex，简称“TDD”)模式的帧结构。

3GPP2 AIE定义的TDD帧结构如图1所示。

每个超帧包含24个物理帧，每个物理帧包含8个OFDM符号，OFDM符号参数固定，不随TDD模式的变化而变化。不同的TDD模式对应于超帧中上下行物理帧的比例，比如说1∶1模式，即是指在该超帧的24个物理帧中，有12个物理帧是下行物理帧，是用于发送数据的，另外12个物理帧是上行物理帧，用于接收数据。同样，2∶1模式下的超帧包含16个下行物理帧和8个上行物理帧。AIE在相邻的上行物理帧和下行物理帧之间插入上行到下行切换点(U2Dpt)或下行到上行的切换点(D2Upt)，插入位置在两个物理帧之间的交界处。如图1所示，在1∶1模式下，一个超帧要插入12个U2Dpt和12个D2Upt；而在2∶1模式下，一个超帧需要插入8个U2Dpt和8个D2Upt，如图2所示。由于U2Dpt和D2Upt是根据系统要求得到的静态值，其长度不随TDD模式变化而变化，可见插入不同数量的切换点会改变整个超帧的长度。因此AIE的超帧长度随TDD模式的变化而变化。

另外，AIE TDD帧结构中的采样频率设计为4.9152MHz的整数倍，与现有的3GPP系统中设计的1.92MHz的整数倍并不兼容。

AIE TDD帧结构的一个优点是：在不同TDD模式下物理层所采用的子载波间隔、CP长度等基本参数一样，便于物理层实现。

然而，AIE TDD帧结构也存在不少缺点，如下所示：

1)超帧长度随着TDD模式的变化而变化，可能导致：

a)不同模式之间的超帧无法同步，TDD不同模式切换中需要重新搜索超帧，增加系统的复杂度。

b)TDD帧同频分双工(Frequency Division Duplex，简称“FDD”)帧的长度也不相等，异模切换时会需要重新搜索超帧，增加系统的复杂度。

c)TDD帧与3GPP系统不兼容，3GPP系统超帧长度固定为10ms，因此两个系统切换过程中，需要重新进行超帧同步。

2)采样频率与3GPP系统不兼容，在做双模系统，即同时包括AIE和3GPP的时候，系统(特别是终端，如手机)要实现两套采样频率，增加复杂度。

3)下行前置帧与第一个物理帧之间没有保护时隙(不算CP)，在引入中继(Relay)系统的过程中，中继在下行前置帧发送数据，而第一个物理帧要接收数据，需要一定的保护时间供中继进行发送与接收的切换。如不增加保护时隙，也可以通过提高硬件性能减少发送与接收的切换时延，但是硬件成本很高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种时分双工无线通信系统及其信号传输方法，使得发生TDD模式切换时，系统不需要重新搜索超帧或者做相关的同步工作。

为实现上述目的，本发明提供了一种时分双工无线通信系统中信号传输方法，发送设备在不同上下行比例的时分双工模式下均以固定的帧长度和采样频率发射信号；

接收设备在不同上下行比例的时分双工模式下均以固定的帧长度和采样频率接收信号；

其中，时分双工模式有t种，模式i的物理帧中，上下行比例为N1∶K1，......，Ni∶Ki，......，Nt∶Kt；t为正整数，i为1至t的整数。

其中，所述帧为超帧，每个超帧包括一个含前置导频的下行前置帧和至少一个物理帧。

此外在所述方法中，所述超帧长度为10ms，采样频率为1.92MHz的整数倍。

此外在所述方法中，所述下行前置帧与第一个物理帧之间有保留预定的时间间隔。

此外在所述方法中，所述下行前置帧与第一个物理帧之间没有时间间隔，网络侧在第一个物理帧的前X个正交频分复用符号上不发送中继需要的信息，其中X为正整数。

此外在所述方法中，所述物理帧包含M个正交频分复用符号和至少一对切换点，每对切换点中包含一个上行到下行的切换点和一个下行到上行的切换点，其中M为正整数。

此外在所述方法中，M为N1+K1，......，Ni+Ki，......，Nt+Kt的公倍数。

此外在所述方法中，所述超帧长度为10ms，所述各种时分双工模式中，对应的上下行比例分别是1∶1、2∶1、3∶2、1∶2和2∶3，所述M是30，每个超帧中包含9个物理帧。

此外在所述方法中，每个物理帧包含一对切换点，其中上行到下行的切换点在每个物理帧的最后，下行到上行的切换点在每个物理帧内第L个正交频分复用符号之后，L＝M*N/(N+K)，N∶K是该物理帧所用的时分双工模式对应的上下行比例。

此外在所述方法中，在下行前置帧的每个符号中使用长循环前缀，在物理帧的每个符号中使用短循环前缀；

其中，长循环前缀的时长大于或等于信道最大延迟与邻区干扰造成的延迟之和，短循环前缀的时长大于或等于信道最大延迟。

本发明还提供了一种时分双工无线通信系统，包含：

发送设备，用于在不同上下行比例的时分双工模式下以固定的帧长度和采样频率发射信号；

接收设备，用于在不同上下行比例的时分双工模式下以固定的帧长度和采样频率接收信号；

其中，所述帧为超帧，每个超帧包括一个含前置导频的下行前置帧和至少一个物理帧；

所述下行前置帧与第一个物理帧之间有保留预定的时间间隔。

此外在所述系统中，所述物理帧包含M个正交频分复用符号和一对切换点，该对切换点中包含一个上行到下行的切换点和一个下行到上行的切换点，其中M为正整数，上行到下行的切换点在每个物理帧的最后，下行到上行的切换点在每个物理帧内第L个正交频分复用符号之后，L＝M*N/(N+K)，N∶K是该物理帧所用的时分双工模式对应的上下行比例；

M为N1+K1，......，Ni+Ki，......，Nt+Kt的公倍数。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，因为在不同的TDD模式中使用固定的超帧长度和采样频率收发信号，在发生TDD模式切换时，系统不需要重新搜索超帧或者做相关的同步工作。

超帧长度固定为10ms，采样频率为1.92MHz的整数倍，保证了与3GPP系统的后向兼容。

U2Dpt固定在每个物理帧的最后，不同的TDD模式只需要调整D2Upt在每个物理帧内的位置就能获得，不需要改变物理层的其他参数，实现起来较为方便。

下行前置帧和超帧中第一个物理帧之间预留一定的保护间隔，有利于Relay的收发切换。

附图说明

图1是现有技术中1∶1模式下AIE TDD帧的结构示意图；

图2是现有技术中2∶1模式下AIE TDD帧的结构示意图；

图3是根据本发明第一实施方式的TDD无线通信系统中信号传输的方法流程图；

图4是根据本发明第一实施方式的TDD无线通信系统中信号传输方法中帧结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

在本发明中，在不同的TDD模式中使用固定的超帧长度(10ms)和采样频率收发信号，在发生TDD模式切换时，系统不需要重新搜索超帧或者做相关的同步工作。

下面根据发明原理对本发明第一实施方式进行说明。第一实施方式涉及TDD无线通信系统中信号传输方法，具体如图3所示。

在步骤301中，发送设备在任意的TDD模式下，通过确定后的10ms固定长度超帧，以1.92MHz的整数倍的采样频率发射信号，与3GPP系统保持后向兼容性。

接着进入步骤302，接收设备以同样的采样频率，在相同的TDD模式下，从该10ms固定长度超帧中接收信号。

为了确保在发生TDD模式切换时，系统不需要重新搜索超帧或者做相关的同步工作，在本实施方式中，超帧的长度是固定的10ms。该10ms超帧包含一个下行前置帧和至少一个物理帧，在下行前置帧与第一个物理帧之间保留预定的时间间隔，使得中继在下行前置帧发送信号后，在第一个物理帧中接收数据之前，能够有一定的时间进行收发切换。每个物理帧中包含M(M为正整数) 个OFDM符号和一对切换点，M个OFDM符号中部分用于上行传输，剩余部分用于下行传输，一对切换点包含一个上行到下行的切换点和一个下行到上行的切换点，超帧中包含的物理帧个数根据每个物理帧中包含的OFDM符号数M的不同而发生改变，即物理帧个数根据M来确定。每个物理帧包含的OFDM符号数M由系统支持的TDD模式的上下行比例来确定，如系统支持的TDD模式有t种，其上下行比例分别为N1∶K1，…，Ni∶Ki，…，Nt∶Kt，则M为(N1+K1)，…，(Ni+Ki)，…，(N+Kt)的公倍数。比如说，要求支持的TDD模式有5种，其上下行比例分别为1∶1，2∶1，3∶2，2∶3和1∶2，则M为(1+1)，(2+1)，(3+2)，(2+3)，(1+2)的公倍数，也就是2、3、5的公倍数，M可以是30。在一个物理帧中，其上行到下行的切换点在每个物理帧的最后，下行到上行的切换点在该物理帧内，也就是说，在物理帧中，用于上行传输的OFDM符号位于用于下行传输的OFDM符号之前，下行到上行的切换点在最后一个用于上行传输的OFDM符号之后，因此下行到上行的切换点在物理帧内的位置由具体的TDD模式确定，假设下行到上行的切换点在第L个OFDM符号之后，则L＝M*N/(N+K)，其中，M为物理帧中的OFDM符号总数，N∶K是该物理帧所用的TDD模式的上下行比例。由于不同的TDD模式只需要调整D2Upt在每个物理帧内的位置就能获得，不需要改变物理层的其他参数，实现起来较为方便。在系统中设置两种CP，长CP和短CP，在下行前置帧的每个符号中使用长CP，以提高下行前置帧传输的可靠性，在物理帧的每个符号中使用短CP，其中，长CP大于或等于信道最大延迟与邻区干扰造成的延迟之和，短CP大于或等于信道最大延迟。比如说，假设系统占用的带宽为1.25MHz，2.5MHz，5MHz，10MHz，15MHz，20MHz，100MHz中的任何一种，所要求的子载波间隔为30kHz，信道最大延迟为1us，邻区干扰另外造成的延迟为4us。则此时长CP不小于信道最大延迟与邻区干扰造成的延迟之和5us；短CP不小于最大延迟1us。由于单个OFDM符号长度为33.3us，从而包含长CP的OFDM符号的长度不小于37.3us，包括短CP的OFDM符号长度不小于34.3us。根据收发切换实际的时间需求，下行到上行的切换点要求在10～15us之间，上行到下行的切换点要求在6～10us之间，下行前置帧与第一个物理帧之间保留的时间间隔在5～15us之间。结合上述案例，在系统要求支持的TDD模式对应的上下行比例为1∶1，2∶1，3∶2，2∶3和1∶2时，每个物理帧包含30个OFDM符号(每个符号包含短CP)、一个下行前置帧、预定的时间间隔(包含长CP)、一个上行到下行的切换点和一个下行到上行的切换点，从而该物理帧长度大约在1022us左右，由于超帧长度固定为10ms，因此在此情况下的超帧固定包含9个物理帧。该超帧对应与不同TDD模式时的结构如图4所示。本步骤中相关参数如表1所示。

值得一提的是，在本实施方式中，下行前置帧与第一个物理帧之间的时间间隔并非是必须的，如果不包括该时间间隔，网络侧可以在第一个物理帧的前X个OFDM符号上不发送中继需要的信息，同样可以确保中继在下行前置帧发送信号后，在第一个物理帧中接收数据之前，能够有一定的时间进行收发切换。

另外，在每个物理帧中，也可以包括不只一对切换点，只需保证物理帧中最后一个OFDM符号之后为上行到下行的切换点即可，在物理帧的最后设置上行到下行的切换点，可以使得中继在收到下一个物理帧时，能够直接在其下行前置帧发送信号，而无需再次进行收发切换。

本发明第二实施方式涉及TDD无线通信系统，包含发送设备，用于在不同上下行比例的TDD模式下以固定的帧长度和采样频率发射信号；接收设备，用于在不同上下行比例的TDD模式下以固定的帧长度和采样频率接收信号。由于接收设备和发送设备在不同的TDD模式中均使用固定的超帧长度和采样频率收发信号，因此在发生TDD模式切换时，系统不需要重新搜索超帧或者做相关的同步工作，降低了系统操作的复杂度。该帧长度可以固定为10ms，采样频率为1.92MHz的整数倍，从而使得本发明与3GPP系统的后向兼容。其中，该固定长度的帧为超帧，每个超帧包括一个含前置导频的下行前置帧和至少一个物理帧，下行前置帧与第一个物理帧之间有保留预定的时间间隔，使得中继在下行前置帧发送信号后，在第一个物理帧中接收数据之前，能够有一定的时间进行收发切换。物理帧包含M个OFDM符号和一对切换点，每对切换点中包含一个上行到下行的切换点和一个下行到上行的切换点，其中M为正整数，上行到下行的切换点在每个物理帧的最后，下行到上行的切换点在每个物理帧内第L个OFDM符号之后，L＝M*N/(N+K)，N∶K是该物理帧所用的TDD模式对应的上下行比例。由于不同的TDD模式只需要调整D2Upt在每个物理帧内的位置就能获得，不需要改变物理层的其他参数，实现起来较为方便。TDD模式有t种，模式i的上下行比例为Ni∶Ki，M为Ni+Ki的公倍数，其中t为正整数，i为1至t的整数。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种时分双工无线通信系统中信号传输方法，其特征在于，发送设备在不同上下行比例的时分双工模式下均以固定的帧长度和采样频率发射信号；

接收设备在不同上下行比例的时分双工模式下均以固定的帧长度和采样频率接收信号；所述帧为超帧，每个超帧包括一个含前置导频的下行前置帧和至少一个物理帧；

所述物理帧包含M个正交频分复用符号和至少一对切换点，每对切换点中包含一个上行到下行的切换点和一个下行到上行的切换点，其中M为正整数；

其中，所述时分双工模式有t种，模式i的物理帧中，上下行比例为N1∶K1，......，Ni∶Ki，......，Nt∶Kt；t为正整数，i为1至t的整数。

2.根据权利要求1所述的时分双工无线通信系统中信号传输方法，其特征在于，所述超帧长度为10ms，采样频率为1.92MHz的整数倍。

3.根据权利要求1所述的时分双工无线通信系统中信号传输方法，其特征在于，所述下行前置帧与第一个物理帧之间有保留预定的时间间隔。

4.根据权利要求1所述的时分双工无线通信系统中信号传输方法，其特征在于，所述下行前置帧与第一个物理帧之间没有时间间隔，网络侧在第一个物理帧的前X个正交频分复用符号上不发送中继需要的信息，其中X为正整数。

5.根据权利要求1所述的时分双工无线通信系统中信号传输方法，其特征在于，所述M为N1+K1，......，Ni+Ki，......，Nt+Kt的公倍数。

6.根据权利要求5所述的时分双工无线通信系统中信号传输方法，其特征在于，所述超帧长度为10ms，所述各种时分双工模式中，对应的上下行比例分别是1∶1、2∶1、3∶2、1∶2和2∶3，所述M是30，每个超帧中包含9个物理帧。

7.根据权利要求1所述的时分双工无线通信系统中信号传输方法，其特征在于，每个物理帧包含一对切换点，其中上行到下行的切换点在每个物理帧的最后，下行到上行的切换点在每个物理帧内第L个正交频分复用符号之后，L＝M*N/(N+K)，N∶K是该物理帧所用的时分双工模式对应的上下行比例。

8.根据权利要求1所述的时分双工无线通信系统中信号传输方法，其特征在于，在下行前置帧的每个正交频分复用符号中使用长循环前缀，在物理帧的每个正交频分复用符号中使用短循环前缀；

9.一种时分双工无线通信系统，其特征在于，包含：

所述帧为超帧，每个超帧包括一个含前置导频的下行前置帧和至少一个物理帧；

10.根据权利要求9所述的时分双工无线通信系统，其特征在于，

11.根据权利要求10所述的时分双工无线通信系统，其特征在于，上行到下行的切换点在每个物理帧的最后，下行到上行的切换点在每个物理帧内第L个正交频分复用符号之后，L＝M*N/(N+K)，N∶K是该物理帧所用的时分双工模式对应的上下行比例；

M为N1+K1，......，Ni+Ki，......，Nt+Kt的公倍数。