CN101197655B

CN101197655B - 时分双工结合频分双工的通信方法和通信设备

Info

Publication number: CN101197655B
Application number: CN2006101649081A
Authority: CN
Inventors: 秦飞
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2026-12-07
Also published as: CN101197655A

Abstract

本发明公开了一种时分双工结合频分双工的通信方法和通信设备。该通信设备通过至少包括两个不相邻频段的无线信道与第二通信设备进行通信，该无线信道在时间上被划分为具有预定长度的连续的无线帧，每个无线帧都包含预定的时隙数量。在这两个不相邻的频段中，每个无线帧包括一组时隙用于该通信设备向该第二通信设备发送无线信号，而且每个无线帧包括另一组时隙用于该通信设备接收该第二通信设备的无线信号。采用这种时分双工TDD结合频分双工FDD的双工方式，将TDD和FDD系统的优势结合起来，更适合3G TDD系统的HSPA和HSPA+演进。

Description

时分双工结合频分双工的通信方法和通信设备

技术领域

本发明涉及无线通信系统，尤其涉及一种无线通信系统中的双工技术。

背景技术

在通信系统的双工方式中，最常用的两种方式为TDD(时分双工)和FDD(频分双工)。

其中，TDD将上行和下行分配到不同的时隙(很小的时间单元)上，而上下行都在同一个频率上进行通信。TDD双工方式主要具有以下特点：

1)可以灵活地根据上下行业务比例调节上下行时隙比例，适合非对称业务；

2)可以根据同一频段上的信道的互易特性，通过一个方向上的信道去估计另外一个方向上的信道，据此可以实现波束赋形、同步等技术；

3)射频收发信机在同一频点上工作，成本更低；

4)上行和下行转换需要一定的时间保护间隔；

5)由于上下行共享一个带宽，同样的带宽上提供的数据速率较低。

对于FDD，将上行和下行分配到不同的频率上，时间上通常是持续发送的。FDD双工方式具有以下特点：

1)上下行需要成对的频段，而且频段之间需要必要的频率间隔；

2)由于上下行频率存在间隔，信道互易性比较差；

3)射频收发信机分别在不同的频段工作，通过双工器隔离，成本更高；

4)由于一个方向独占频段，所以同样的带宽上提供的数据速率更高。

在移动通信系统中，随着上行和下行高速分组业务的需求增加，3G标准演进引入HSPA(高速分组接入)和HSPA+技术，HSPA和HSPA+结合了HSUPA(High Speed Uplink Packet Access，高速上行分组接入)和HSDPA(High SpeedDownlink Packet Access，高速下行分组接入)先进技术，同时支持上行和下行高速分组数据传输。其中，FDD的HSPA支持上行5.76Mbps，下行14.4Mbps的峰值速率；HSPA+则进一步考虑上行采用MIMO+16QAM，下行采用MIMO+64QAM等技术，以实现了上行至少10Mbps，下行至少40Mbps的峰值速率。

LCR TDD系统在R5引入了HSDPA技术，HSDPA在最多占用下行5个时隙资源时，能够达到下行峰值速率2.8Mbps；在R7引入了HSUPA技术，由于LCR TDD的上行也采用了16QAM调制，同理使用5个上行时隙全部资源时，能够达到2.8Mbps的上行传输速率。但实际上，由于系统必须分配公共控制信道或者伴随DPCH(专用物理信道)，通常情况下，上下行最大可能用于HSUPA和HSDPA业务的时隙资源数目最多为4时隙的所有码道，能够达到的峰值速率为2Mbps。LCRTDD的帧结构如图1所示，每个子帧包括时隙Ts0～6。

HSDPA的引入增加了三种类型的信道，分别是在下行链路传输数据信息的高速下行共享信道HS-DSCH、传输下行控制信息的高速共享控制信道HS-SCCH、以及传输上行反馈信息的高速共享指示信道HS-SICH。其中，HS-DSCH用于传输终端业务信息，HS-SCCH用于传输HS-DSCH的业务控制信息，HS-SICH用于确认HS-DSCH信道上终端数据的接收以及向网络侧指示HS-DSCH信道质量。多个移动终端共享HS-DSCH和HS-SCCH。HSDPA共享控制信息即HS-SCCH信道传输的信息。

如果在LCR TDD系统中实现HSPA，则典型的上下行时隙配置为2∶4和3∶3，再除去伴随DPCH信道和公共控制信道所占的资源，则以上两种配置剩余用于HSDPA和HSUPA业务的资源只有上行1时隙或者2时隙，下行3时隙或者2时隙。这样，LCR TDD的HSPA能够达到的实际峰值速率约0.56Mbps/1.68Mbps或者1.12Mbps/1.12Mbps。对于HSPA的演进技术HSPA+，假设上行采用MIMO(2×4)，下行采用MIMO(4×2)加64AQM，也只能达到1.12Mbps/10.08Mbps或者2.24Mbps/7.72Mbps的上行和下行速率。而3载波捆绑使用，能够到达的峰值速率也只有3.36Mbps/30.24Mbps，或者6.72Mbps/20.16Mbps。

采用纯TDD技术，系统带宽有限，不能满足高速数据业务的需求；采用多载波TDD，可以提高速率，但是由于上下行时隙转换点必须保持一致，也限制了上行和下行同时实现高速数据业务。采用纯FDD，不能利用信道的互易性，实现波束赋形，系统频谱效率低。

以3GPP LCR TDD为例，由于系统带宽有限，而且是时分双工的系统，单方向上能够支持的峰值速率受到很大限制。同时，公共控制信道和伴随信道占用资源，进一步降低了系统的速率，很难达到将来高速数据业务的需求。

发明内容

本发明提供一种TDD结合FDD的通信方法和通信设备，将FDD技术应用在3G TDD标准后续HSPA和HSPA+演进中，以同时提高上行和下行峰值速率和吞吐量，并实现系统平滑演进。

本发明技术方案包括：

一种时分双工结合频分双工的通信方法，通信过程中所使用的无线信道在时间上被划分为具有预定长度的连续的无线帧，每个无线帧都包含预定的时隙数量，包括以下步骤：

在两个不相邻频段的无线信道中，利用第一频段上的各无线帧内的第一组时隙传输上行数据，利用第一频段上的各无线帧内的第二组时隙传输下行数据，利用第二频段上的各无线帧内的第一组时隙传输上行数据，利用第二频段上的各无线帧内的第二组时隙传输下行数据。

较佳的，所述的两个不相邻频段的无线信道之间具有保证同时在两个频段上分别发送及接收数据时不会产生彼此间干扰的频率隔离度。

较佳的，在第一频段上，所述无线帧中第一组时隙的数量小于第二组时隙的数量。

较佳的，进行高速下行分组接入业务时，在第一频段上选择载波频点，所述载波频点上各无线帧内第一组时隙用于高速下行分组接入业务的上行控制信道，各无线帧内第二组时隙用于高速下行分组接入业务的下行控制信道及下行业务信道。

较佳的，进一步包括步骤：

进行高速下行分组接入业务时，将上行伴随专用物理信道DPCH配置在高速下行共享信道HS-DSCH所在的载波上。

较佳的，在第二频段上，所述无线帧中第一组时隙的数量大于第二组时隙的数量。

较佳的，进行高速上行分组接入业务时，在第二频段上选择载波频点，所述载波频点上各无线帧内第一组时隙用于高速上行分组接入业务的上行控制信道及上行业务信道，各无线帧内第二组时隙用于高速上行分组接入业务的下行控制信道。

一种时分双工结合频分双工的通信设备，位于无线信道的终端侧，该无线信道在时间上被划分为具有预定长度的连续的无线帧，每个无线帧都包含预定的时隙数量，该通信设备包括：

本地振荡单元，用于将第一时分双工收发信机的频率稳定在第一频段上，将第二时分双工收发信机的频率稳定在第二频段上，第一频段和第二频段为不相邻的两个频段；

第一时分双工收发信机，用于在第一频段上，利用各无线帧内的第一组时隙发送上行数据，利用各无线帧内的第二组时隙接收下行数据；

第二时分双工收发信机，用于在第二频段上，利用各无线帧内的第一组时隙发送上行数据，利用各无线帧内的第二组时隙接收下行数据。

较佳的，所述的两个不相邻频段的无线信道之间具有保证所述通信设备同时在两个频段上分别发送和接收数据时不会产生彼此间干扰的频率隔离度。

一种时分双工结合频分双工的通信设备，位于无线信道的网络侧，该无线信道在时间上被划分为具有预定长度的连续的无线帧，每个无线帧都包含预定的时隙数量，该通信设备包括：

第一时分双工收发信机，用于在第一频段上，利用各无线帧内的第一组时隙接收上行数据，利用各无线帧内的第二组时隙发送下行数据；

第二时分双工收发信机，用于在第二频段上，利用各无线帧内的第一组时隙接收上行数据，利用各无线帧内的第二组时隙发送下行数据。

本发明主要的优点如下：

1)相对于现有的TDD技术，本发明的技术方案能够同时满足更高速率的上行和下行业务需求；

2)相对于现有的FDD技术，本发明的技术方案具有TDD系统的优点，能够灵活地配置时隙比例关系，更好地利用上行链路的信息为下行链路赋形等等。

可见，本发明采用这种TDD结合FDD的双工方式，将TDD和FDD系统的优势结合起来，以一种双工方式的优势补偿另一种双工方式的缺陷，更适合3G TDD系统的HSPA和HSPA+演进。

附图说明

图1示出LCR TDD的子帧结构；

图2是按照本发明技术方案所述的频率和时隙分配的示意图；

图3示出本发明技术方案所述的TDD结合FDD双工通信设备；

图4示出实施例一所述的在两个不同频段上的时隙配置方案；

图5是利用实施例一的时隙配置方案进行HSDPA业务的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明所提出的TDD系统中结合FDD实现混合双工的方法的频率分配如图2所示。在频段C1上，有工作频段F1，作为上行主工作频点，该频点时分为TS11和TS12两部分。其中，TS11为上行时隙，TS12为下行时隙，TS11＞TS12。在频段C2上，有工作频点F2，作为下行主工作频点，同样，该频点可以时分为TS21和TS22。TS21作为上行时隙，TS22作为下行时隙，TS21＜TS22。

本发明TDD结合FDD的双工通信方法具体包括以下几个方面：

1)在一个频点上主要用于上行通信，同时分配下行时隙；在另外一个频点上主要用于下行通信，同时分配上行时隙。

2)上行频点和下行频点需要具有足够的频率保护间隔，可以保证同时在不同频段上分别发送和接收信号时不会产生彼此间的干扰。

3)利用同一信道的互易性，实现信道估计和波束赋形等先进技术。4)上行频点和下行频点的时隙转换点和时隙比例可以根据业务需求特性调节。

本发明TDD结合FDD双工方式下的通信设备A，通过至少包括两个不相邻频段的无线信道与通信设备B进行通信，该无线信道在时间上被划分为具有预定长度的连续的无线帧，每个无线帧都包含预定的时隙数量。上述两个不相邻频段的频段宽度可以不相等，在这两个不相邻的频段中，每个无线帧包括一组时隙用于通信装置A向通信设备B发送无线信号，而且每个无线帧包括另一组时隙用于所述通信装置接收所述第二通信装置的无线信号。

通信设备A和通信设备B的具体结构如图3所示。图中，通信设备A位于无线信道的终端侧，是移动用户终端设备；通信设备B位于无线信道的网络侧，是基站设备。通信设备A在系统上行频点的上行时隙发送主要的上行业务数据，在该频点的下行时隙接收下行辅助信息、信令。通信设备A在系统的下行频点的上行时隙发送辅助信息和信令，在下行时隙接收下行业务数据。通信设备B在系统上行频点的上行时隙接收主要的上行业务数据，在该频点的下行时隙发送下行辅助信息、信令。通信设备B在系统的下行频点的上行时隙接收辅助信息和信令，在该频点的下行时隙发送下行业务数据。设备A和B利用信道的互易性，通过接收一个方向信号进行信道估计，作为另外一个方向上发送数据的依据。

本发明TDD结合FDD的双工通信设备A具体包括：

本地振荡单元，用于将第一TDD收发信机的频率稳定在上行频点上，将第二TDD收发信机的频率稳定在下行频点上；

第一TDD收发信机，用于在上行频点的上行时隙发送主要的上行业务数据，在该频点的下行时隙接收下行辅助信息、信令；

第二TDD收发信机，用于在下行频点的上行时隙发送辅助信息和信令，在该频点的下行时隙接收下行业务数据。

本发明TDD结合FDD的双工通信设备B具体包括：

第一TDD收发信机，用于在上行频点的上行时隙接收主要的上行业务数据，在该频点的下行时隙发送下行辅助信息、信令；

第二TDD收发信机，用于在下行频点的上行时隙接收辅助信息和信令，在该频点的下行时隙发送下行业务数据。

本发明TDD结合FDD的通信设备具体包括以下几个特点：

1)显然，通信设备A和B同时支持时分和频分双工。

2)两个不相邻频段的无线信道之间具有一定的频率隔离度，可以保证通信设备A或B同时在不同频段上分别发送和接收信号时不会产生彼此间的干扰。

3)另外，两个不相邻频段中任一频段被分配用于任一方向通信的时隙数量大于0，以便通信设备A或B利用信道的互易性，通过接收一个方向信号进行信道估计，作为另外一个方向上发送数据的依据。例如，通信设备A向通信设备B的数据发送，可以根据先前在同一频段上从通信装置B接收信号时所获得的信道互易性信息来进行。

4)还有一点需要说明的是，上述两个不相邻频段的频段宽度可以不相等。例如其中一个频段可以是目前被国际电信联盟划分为用于时分双工方式的核心频段，该核心频段可以支持紧邻的多个载波，而另一个频段可以是将现有用于GSM通信系统的频段回收后用于组成本发明所述的通信系统所使用的一个频段，这样带来的好处是随着TDD技术的日益发展，可以更好地利用频谱资源从而组成高效的通信系统。这两个频段上的无线帧以及时隙的划分甚至也可以不同，只要两个频段之间具有足够的频率隔离度或者采取有效的隔离措施，就可以有效工作。

现在，基于3GPP LCRTDD的HSPA演进来描述本发明的实施例一。

如图4所示，对于以HSDPA和HSUPA高速分组业务为主的系统，在频段B1上，采用1∶5时隙配置，分配1个时隙用于上行控制信道以及其它信道，1个时隙用于下行控制信道以及其它信道，这样，可以分配4个完整的时隙用于HS-DSCH信道。在B2频段上，采用5∶1时隙配置，1个上行时隙用于控制信道以及其它信道，1个下行时隙用于控制信道以及其它信道，其余4个完整时隙用于PUCH信道。

采用图4的配置方案，HSPA采用2个载波能够提供的典型峰值速率为2.24Mbps/2.24Mbps，如果采用2×3载波，则能够达到6.72M/6.72Mbps；对于HSPA+，如果上行采用MIMO(2×4)+16AQM，下行采用MIMO(4×2)+64QAM，则2×1载波能够达到的峰值速率为4.48Mbps/13.44Mbps，2×3载波13.44Mbs/40.32Mbps。

如果按照上行和下行最多5时隙资源的最大配置，依据上面假设，2×1载波理论峰值速率能够达到5.6Mbps/16.8Mbps，2×3载波理论峰值速率能够达到16.8Mbps/50.4Mbps。

按照图4的配置方案进行HSDPA业务时，各个信道的工作过程如流程图5所示，具体描述如下：

在步骤1，收到通信设备A发出的HSDPA业务请求之后，网络进行资源调度评估并决定为通信设备A提供服务，因此在频段B1上选择载波实现与该业务有关的信道；

在步骤2，通信设备B传送HS-SCCH(在TDD帧中的时隙TS6上)，然后传送相应的HS-DSCH(在TDD帧中的时隙TS2～5上)，将必要的参数通知通信设备A；

在步骤3，通信设备A在每一TDD帧中的时隙TS6上监听通信设备B发出的HS-SCCH，一旦通信设备A从HS-SCCH第一部分检测到当前信息是发给自己的，通信设备A立即解码HS-SCCH的剩余内容，并且开始保存随后TDD帧中时隙TS2～5上的HS-DSCH信息；

在步骤4，通信设备A解码从HS-DSCH上获得的业务数据，并且根据对HS-DSCH数据进行校验的结果，在上行链路方向也就是在TDD帧中的时隙TS1上发送反馈信息。

按照图4的配置方案进行HSUPA业务时，各信道的工作过程与进行HSDPA业务时类似，不同的是在频段B2上选择载波实现与HSUPA业务有关的信道。

基于HCR TDD系统，提出本发明的实施例二。HCR TDD系统一帧有15个时隙，在HCR TDD系统中应用本发明的技术方案，在时隙比例划分上与实施例一略有不同，其它基本相同。

当上述配置方案应用到具体业务中时，本发明采用了以下几方面的手段：

1)在两个不同的频段上分配载波频点，各频段的载波数目可以根据需求灵活分配。

2)在两个不同的频段选择载波频点，分别用于支持HSDPA和R4业务，以及HSUPA和R4业务。在其中一个频段的载波上，支持HSDPA和R4业务；在另外一个频段的载波上，支持HSUPA和R4业务。

3)分别在2个频段的各个载波上，根据业务需求特性分配合适的时隙比例。由于两个载波不在同一频段，可以在两个载波上配置不同的时隙转换点，而同一个频段上的各个载波必须采用相同的时隙比例和时隙转换点。

4)当用户发起业务请求时，根据终端的能力和业务特征，选择合适的频段和载波进行接纳。

在这种配置下，网络中存在以下几种情况：

i.只支持TDD R4业务的终端，可以工作在B1或者B2上，提供低速的话音和数据业务。

ii.支持TDD HSDPA业务的终端，工作在B1频段上，提供高速下行分组业务，上行只能保证信令和链路反馈信息的传输，可以支持并发的低速适时业务。

iii.支持TDD HSUPA业务的终端，工作在B2频段上，提供高速上行分组业务，下行只能保证信令和链路反馈信息的传输，可以支持并发的低速适时业务。

iiii.同时需要支持高速HSDPA/HSUPA业务的终端，在B1频段上接收HSDPA业务，在B2频段上发送HSUPA业务，也可以在B1或者B2上支持并发的低速适时业务。

因此，本发明能够根据终端的能力和业务需求特性，进行合理的接纳和频率分配。

在TDD系统中，通过FDD的方法同时支持HSDPA和HSUPA。一种同时支持TDD和FDD的终端，在只提供R4业务，或者只提供HSDPA或HSUPA业务时，采用TDD技术，在一个频段上工作；在需要同时提供HSDPA和HSUPA业务时，采用TDD结合FDD技术，将上行和下行高速分组业务映射到不同的频段载波上。

应当指出的是，HSUPA和HSDPA所需要的公共控制信道和反向业务信道(伴随DPCH信道)，可以和共享的业务信道在同一频段，也可以在不同的频段。同时支持高速HSUPA和HSDPA的终端，在通信过程中，HSDPA和HSUPA所需要的公共控制信道或者反向的业务信道(伴随信道)可以分别配置在共享信道所在的载波上，也可以配置在其中一个载波上。由于TDD系统通常采用波束赋形，所以，将HSDPA的上行伴随DPCH配置在HS-DSCH信道的同一载波上，能够更好地对HS-DSCH信道进行波束赋形。

另外，同时支持高速HSUPA和HSDPA业务的终端，在通信过程中，可以根据业务需求特性，结束其中某一个方向的业务过程而维持另外一个方向的业务，也可以同时中止两个业务。另外，也可以在其中一个业务进行的过程中，开始另外一个方向的业务。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种时分双工结合频分双工的通信方法，通信过程中所使用的无线信道在时间上被划分为具有预定长度的连续的无线帧，每个无线帧都包含预定的时隙数量，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的两个不相邻频段的无线信道之间具有保证同时在两个频段上分别发送及接收数据时不会产生彼此间干扰的频率隔离度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一频段上，所述无线帧中第一组时隙的数量小于第二组时隙的数量。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，进行高速下行分组接入业务时，在第一频段上选择载波频点，所述载波频点上各无线帧内第一组时隙用于高速下行分组接入业务的上行控制信道，各无线帧内第二组时隙用于高速下行分组接入业务的下行控制信道及下行业务信道。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：

6.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在第二频段上，所述无线帧中第一组时隙的数量大于第二组时隙的数量。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进行高速上行分组接入业务时，在第二频段上选择载波频点，所述载波频点上各无线帧内第一组时隙用于高速上行分组接入业务的上行控制信道及上行业务信道，各无线帧内第二组时隙用于高速上行分组接入业务的下行控制信道。

8.一种时分双工结合频分双工的通信设备，位于无线信道的终端侧，该无线信道在时间上被划分为具有预定长度的连续的无线帧，每个无线帧都包含预定的时隙数量，其特征在于，该通信设备包括：

9.如权利要求8所述的通信设备，其特征在于，所述的两个不相邻频段的无线信道之间具有保证所述通信设备同时在两个频段上分别发送和接收数据时不会产生彼此间干扰的频率隔离度。

10.如权利要求8所述的通信设备，其特征在于，在第一频段上，所述无线帧中第一组时隙的数量小于第二组时隙的数量。

11.如权利要求8或10所述的通信设备，其特征在于，在第二频段上，所述无线帧中第一组时隙的数量大于第二组时隙的数量。

12.一种时分双工结合频分双工的通信设备，位于无线信道的网络侧，该无线信道在时间上被划分为具有预定长度的连续的无线帧，每个无线帧都包含预定的时隙数量，其特征在于，该通信设备包括：

13.如权利要求12所述的通信设备，其特征在于，所述的两个不相邻频段的无线信道之间具有保证所述通信设备同时在两个频段上分别发送和接收数据时不会产生彼此间干扰的频率隔离度。

14.如权利要求12所述的通信设备，其特征在于，在第一频段上，所述无线帧中第一组时隙的数量小于第二组时隙的数量。

15.如权利要求12或14所述的通信设备，其特征在于，在第二频段上，所述无线帧中第一组时隙的数量大于第二组时隙的数量。