CN101262691B

CN101262691B - 支持中继的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法及装置

Info

Publication number: CN101262691B
Application number: CN2007100643063A
Authority: CN
Inventors: 张光辉; 孙韶辉
Original assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: CN101262691A; WO2008110101A1

Abstract

本发明涉及一种支持Relay的蜂窝系统有效避免上下行干扰的实现方法及装置，考虑系统因扩展覆盖而引入的上下行干扰的解决方案。通过对帧结构的特殊设计实现，包括帧结构中系统四类链路：下行中继链路L1、下行接入链路L2、上行接入链路L3和上行中继链路L4的传输顺序及下上行转换点的保护间隔。当帧结构中四条链路传输顺序为L1、L2、L3、L4时，对所需要的下上行转换的保护间隔要进行增加性调整，必须同时考虑BS与RS之间及RS与UE间的路径传播时延，也即要弥补RS与UE之间的传播时延；当帧结构中四条链路传输顺序为L1、L2、L4、L3时，下上行转换的保护间隔只要考虑BS与RS之间的传播时延，而RS与UE间的传播时延可以由RS提前给BS发送而空闲的时间来保护。

Description

支持中继的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信无线接入系统技术，更确切地说是涉及未来移动通信系统中采用中继(Relay)或称中继站(RS)技术的无线接入系统，可以有效避免上下行干扰。

背景技术

覆盖范围是无线接入系统的一项重要指标，无线接入系统一般通过基站或接入点实现对服务区域的覆盖。但是由于终端的移动性，终端完全有可能处于服务区之外，从而无法得到无线接入服务；即使终端处在服务区之内，信号的传输仍然可能受到传输路径上障碍的遮蔽，而造成服务质量的下降。在未来的移动通信系统中，需要传输非常高速率的数据(如1Gbps)，同时由于频带分配条件的限制，未来移动通信系统极有可能使用较高的通信频带(如5GHz)，这两个因素都会导致覆盖范围的急剧下降，若通过增加基站或接入点的数量来解决覆盖范围的问题，则基站/接入点数量的增加在很大程度上会影响到网络的建设与运行成本。基于上述考虑，为了解决服务区的无缝覆盖与系统容量的增加并尽可能的节约成本，在未来移动通信系统的技术方案中将采用中继(RS)技术。当终端UE位于服务区外或者信号质量不能满足需求时，可以通过RS对信号进行中转(转发)，以实现服务区域的扩展或者提高传输的可靠性，Relay的主要作用是扩展覆盖区域和平衡小区容量。一般认为，基站及其相连的RS所覆盖的区域称为增强型小区(REC)。

在不支持Relay的时分双工TDD蜂窝系统中，基站BS与终端UE直接建立链路，无需通过RS转发。因此，一共只存在一条下行链路(DL，Down Link)和一条上行链路(UL，Up Link)，即BS到UE的下行链路和UE到BS的上行链路。这样，在不支持Relay的TDD系统帧结构中就只存在一个下上行转换点(DUP)。

附图1中示意出传统TDD系统帧结构及其传输顺序：BS到UE的下行链路DL、下上行保护间隔DUP和UE到BS的上行链路UL。图中特别示意出下上行转换点(DUP)即保护间隔的设计，考虑到BS到其覆盖范围内的小区边缘UE的传播时延为τ，UE接收到BS的延迟τ的下行信号后，为了让BS在DUP点及时接收，还应提前τ发送上行信号，因此DUP保护间隔设计为2τ。

但在支持Relay的时分双工TDD蜂窝系统中，Relay在扩展覆盖范围的同时也引入了传播时延。图2中示意出未来支持Relay的时分双工TDD蜂窝系统结构。经过分析，系统中一共存在四类链路：L1、L2、L3和L4，其中L1表示由BS到RS的单向链路，L4表示由RS到BS的单向链路，L2表示由RS到UE的单向链路，L3表示由UE到RS的单向链路，d1为基站BS到RS的覆盖半径，d2为RS到UE的覆盖半径，d为BS到UE的覆盖半径。RS在链路L1接收倒BS的数据后会通过链路L2转发给UE，同理，RS在链路L3接收倒UE的数据后会通过链路L4转发给BS。因此，从数据流方向来看，L1和L2为下行链路(DL)，而L3和L4为上行链路(UL)，即共有两条上行链路和两条下行链路。在TDD系统中，L1和L4之间及L2和L3之间均使用时分双工TDD。从中继角度看，L1和L4为中继链路，而L2和L3为接入链路。因此，L1为下行中继链路，L2为下行接入链路，L3为上行接入链路，L4为上行中继链路。在考虑支持Relay的TDD蜂窝系统时，一方面由于引入Relay而将BS的覆盖范围由d1扩展到d(d＝d1+d2))，另一方面由于四条链路都存在传播时延，因此若仍按图1中所示的BS(在RS中也一样)来设计帧结构，2τ长度的DUP显然会引起上下行干扰。

综上所述，对于未来移动通信系统中普遍采用Relay技术时，一方面要考虑该系统中四类链路的传输顺序，另一方面也要找到一种方法来弥补Relay在扩展覆盖范围的同时引入的传播时延。而按现有传统的TDD帧结构设计，如图1中所示，不能满足四条链路的传输而且会不可避免地产生上下行之间的干扰。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在支持Relay的蜂窝系统中能有效避免上下行干扰的方法及装置，既支持TDD蜂窝系统中Relay扩展系统覆盖，满足四条链路的传输，又可有效地避免上下行干扰。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法，包括以下步骤：

A、选择帧结构中的链路传输顺序，包括下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路的传输顺序；

B、在所选择的链路传输顺序中确定帧结构中下上行转换点的保护间隔，使上下行转换时的上下行干扰最小；

C、所述系统按选择的链路传输顺序和所确定的下上行转换点的保护间隔进行发送与接收。

为达到上述目的，本发明的技术方案还可以这样实现：一种支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现装置，包括：第一选择模块，用于确定帧结构中的链路传输顺序，包括下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路的传输顺序；第二选择模块，用于在已确定的链路传输顺序中确定帧结构中下上行转换点的保护间隔，使上下行转换时的上下行干扰最小；发送/接收模块，按选择的链路传输顺序和所确定的下上行转换点的保护间隔进行发送与接收。

本发明的一种实施方案是：当选择的链路传输顺序为下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路时，要将因Relay扩展距离造成的传播时延弥补到所述帧结构中下上行转换点的保护间隔中。

本发明的另一种实施方案是：当选择的链路传输顺序为下行中继链路、下行接入链路、上行中继链路和上行接入链路时，在所述帧结构下上行转换点的保护间隔中无需弥补因Relay扩展距离造成的传播时延。

本发明考虑支持Relay的TDD蜂窝系统因扩展覆盖而引入的上下行干扰的解决方法及装置，通过对帧结构的特殊设计而实现，该特殊设计包括帧结构中系统四类链路的传输顺序及下上行转换点的保护间隔。当帧结构中四条链路传输顺序设计为下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路时，对所需要的下上行转换的保护间隔要进行增加性调整，即必须同时考虑BS与RS之间的路径传播时延及RS与UE间的路径传播时延，也就是要弥补RS与UE之间的传播时延，这种增加可以仅体现在基站的帧结构中，也可以仅体现在中继的帧结构中。当体现在基站的帧结构中时，需要改变已有不支持Relay的TDD系统基站的帧结构，当体现在中继时则无需改变已有不支持Relay的TDD系统基站的帧结构。但无论以哪种方式体现，都会因增加了保护间隔而造成系统资源的浪费。当帧结构中链路传输顺序设计为下行中继链路、下行接入链路、上行中继链路和上行接入链路时，在考虑所需要的保护间隔时，由于在终端UE上行接入RS之前，RS因为提前上行接入BS而空闲一段时间，这样UE完全有充足的时间可以提前RS与UE间的路径传播时延而对RS进行上行发送，不会造成对BS下行发送给RS的干扰，也即只需考虑BS与RS之间的传播时延、而不必考虑RS与UE间的传播时延，而RS与UE间的传播时延可以由RS提前给BS发送而空闲的时间来保护，同时这种顺序的收发和发收转换点各有一个。

上述实施方案都可以有效避免支持Relay的TDD蜂窝系统因扩展覆盖而引入的上下行干扰，特别是在帧结构中链路顺序设计为下行中继链路、下行接入链路、上行中继链路和上行接入链路的传输顺序时，不仅可以保持基站帧结构中保护间隔为2倍的BS与RS之间的传播时延，而且可以让中继RS获得更小的保护间隔。

本发明技术方案涉及ITU IMT Advanced标准，针对IMT2000的演进提出。

附图说明

图1为传统不支持Relay的TDD系统的帧结构示意图；

图2为支持Relay的TDD系统的基本结构示意图；

图3为支持Relay的TDD系统的帧结构及传输时序示意图；

图4为支持Relay且基站BS的保护间隔保持不变时的TDD系统的帧结构及传输时序示意图；

图5为支持Relay且基站BS的保护间隔保持不变及减小中继保护间隔时的TDD系统的帧结构及传输时序示意图。

具体实施方式

在传统TDD系统中引入Relay，在扩展覆盖范围的同时也引入了传播时延，而在现有传统TDD系统的帧结构设计中，没有考虑支持Relay的TDD系统存在的四类链路及其传输顺序问题，和因扩展覆盖、传统TDD系统帧结构中的保护间隔已经不能满足上下行转换需求的问题，本发明提出支持扩展覆盖的中继TDD系统帧结构中链路传输顺序设计和保护间隔长度设计，增加保护间隔或要求特殊传输顺序的帧结构，而可以有效地避免Relay扩展覆盖造成的上下行干扰。

参见图3并结合参见图2，四条链路的传输顺序为下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路。图中上边两行分别为BS帧结构(BSframe)和RS帧结构(RS frame)，下边三行示意出BS、RS、UE的传输时序。首先说明中继扩展覆盖后所需要的保护间隔的增加性调整。假设BS到RS的传输半径为d1，传播时延为τ₁，RS到UE的传输半径为d2，传播时延为τ₂，BS和RS的下上行转换点分别为DUP_BS和DUP_RS(这里都没有考虑RS的收发转换时延)。从图2中可知，RS将BS的覆盖范围由d1扩展到d(d＝d1+d2)，在BS到RS下行链路L1传播时延τ₁的基础上又同时引入了RS到UE下行链路L2的传播时延τ₂。因此，为了弥补下行链路L1的传播时延τ₁，RS到BS的上行链路L4需要提前τ₁，这样DUP_BS的保护间隔至少为2τ₁，同时，RS还需要为UE留有下上行转换而保留2τ₂间隔，所以，BS的DUP_BS的长度总共为：

DUP_BS＝2(τ₁+τ₂)

考虑到传输距离和电磁波传输速度3×10⁸m/s，DUP_BS和DUP_RS与距离d1和d2的关系如下：

DUP_BS＝2(τ₁+τ₂)＝2(d₁+d₂)/(3×10⁸) (2)

因此，DUP_BS除了考虑双倍的BS与RS之间的传播时延，还要附加RS与UE之间的双倍传播时延，这样Relay系统的DUP_BS就比非Relay系统的DUP长2τ₂时间，如果τ₂＝τ₁，则DUP_BS＝2DUP，正好是非Relay系统的DUP的2倍。从另一个角度看，Relay将小区半径扩展了d2，那么相应的所扩展距离d2的路径传播时延τ₂的双倍就应补偿到DUP的保护间隔中。本实施方案的要点是：当将增加的保护间隔放到BS、RS帧结构中时，BS和RS的保护间隔分别为：

DUP_BS＝DUP_RS＝2(τ₁+τ₂)＝2(d₁+d₂)/(3×10⁸)

从以上分析可知，TDD系统为了支持Relay，需要将BS的DUP增加2τ₂，从而改变现有TDD系统BS的帧结构，将不利于方案的实施。本发明为克服这一弊端给出另一实施例，保持BS的DUP仍为2τ₁不变，而对Relay的保护间隔进行调整。参见图4，图中，上边两行分别为BS帧结构(BS frame)和RS帧结构(RS frame)，下边三行示意出BS、RS、UE的传输时序。四类链路的传输顺序仍为L1、L2、L3、L4，BS的DUP_BS仍保持2τ₁，同时，为了支持UE接入RS而没有上下行干扰且与BS的帧结构兼容，RS的DUP_RS也应保持在2τ₁。但是，RS上行接入BS需要补偿他们之间的路径传播时延，因此，RS上行链路中需要增加一个上上行转换保护间隔UUP_RS。从图4中可知，RS上行接入BS的起始点已经延迟了τ₁，因此，RS为了补偿BS到RS的延迟τ₁，还需提前τ₁发送，因此，RS的UUP_RS的长度应为：

UUP_RS＝2τ₁＝2d₁/(3×10⁸) (3)

本实施方案的要点是：当保持BS的DUP仍为2τ₁不变，将增加的保护间隔放到RS帧结构中时，RS需要增加一个上上行保护间隔UUP_RS，BS的保护间隔和RS增加的保护间隔分别为：

(a)DUP_BS＝DUP_RS＝2τ₁＝2d₁/(3×10⁸)

(b)UUP_RS＝2τ₁＝2d₁/(3×10⁸)

也就是说，如果保持BS的保护间隔不变，那么RS需要增加一个UUP_RS保护间隔以弥补RS上行接入的时延，即为四倍的BS与RS间路径的传播时延τ₁。对UE来说，则延时τ₂接收RS发送的数据和提前τ₂向RS发送数据。

显然，为了避免上下行之间的干扰，以上两种保护间隔增加性调整方案，或者要增加BS的保护间隔，或者要增加RS的保护间隔，都将造成系统资源的浪费。

本发明的另一实施方案是将下行链路L3和L4的顺序调整，那么我们不仅可以保持BS的保护间隔不变，而且可以让RS获得更小的保护间隔，同时，RS只各需一个发收转换点和一个收发转换点，具体如图5所示。图5中，上边两行分别为BS帧结构(BS frame)和RS帧结构(RS frame)，下边三行示意出BS、RS、UE的传输时序。DUP_BS、DUP_RS都保持2τ₁不变，用于弥补RS到BS的上行传播时延。同时，不需要UE到RS的保护间隔，这是因为，在UE上行接入RS之前，RS提前上行发送数据给BS，这样，RS就空闲出一段时间给UE做保护间隔，UE完全有充足的时间可以提前τ₂上行发送给RS。

综上所述，通过合理设计上下行链路和中继接入链路的顺序，可以有效的减小保护间隔，从而提高系统资源利用率。因此，从提高系统资源利用率角度看，帧结构中四条链路的顺序为下行中继链路L1、下行接入链路L2、上行中继链路L4、上行接入链路L3的方案为优，在这种顺序下，无需增加BS和RS的保护间隔，同时转换点也比较少，且BS和RS的保护间隔均为：

DUP_BS＝DUP_RS＝2τ₁＝2d₁/(3×10⁸) (4)

从减小保护间隔和提高资源利用率角度看，帧结构中四条链路的顺序为下行中继链路、下行接入链路、上行中继链路和上行接入链路更优。

本发明为了支持TDD系统中Relay扩展系统覆盖，需在BS和RS的帧结构中通过选择链路传输顺序和确定保护间隔两方面实现。当选择的链路传输顺序，为下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路时，采用增加系统保护间隔的技术方案，此时可以将保护间隔增加在BS帧中，增加的长度为RS与UE最大传播时延之和的双倍，也可以在RS增加一个上上行保护间隔，长度为BS与RS最大传播时延之和的双倍。当选择的链路传输顺序，为下行中继链路、下行接入链路、上行中继链路和上行接入链路时，BS帧与RS帧中保护间隔的长度均为BS与RS间最大传播时延之和的双倍。

本发明为了支持TDD系统Relay扩展覆盖范围，需要增加帧结构中BS、RS的保护间隔或者调整帧结构中的链路顺序，就能避免下上行干扰，使Relay有效的工作。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种支持中继Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法，包括以下步骤：

C、所述系统按选择的链路传输顺序和所确定的下上行转换点的保护间隔进行发送与接收，

其中，所述步骤A中，选择的链路传输顺序为下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路；

所述步骤B中，将因Relay扩展距离造成的传播时延弥补到所述帧结构中下上行转换点的保护间隔中。

2.根据权利要求1所述的支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法，其特征在于：

所述步骤B中，是将基站BS帧结构中下行上行转换点的保护间隔，确定为基站BS与中继站RS间路径的传播时延与中继站RS与终端UE间路径的传播时延之和的两倍，中继站RS帧结构中下行上行转换点的保护间隔是基站BS与中继站RS间路径的传播时延与中继站RS与终端UE间路径的传播时延之和的两倍。

3.一种支持中继Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法，包括以下步骤：

所述步骤B中，将基站BS帧结构中下行上行转换点的保护间隔，确定为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延，中继站RS帧结构中下行上行转换点的保护间隔，为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延，并增设一中继站RS帧结构中下行上行转换点的保护间隔，为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延。

4.一种支持中继Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法，包括以下步骤：

其中，所述步骤A中，选择的链路传输顺序为下行中继链路、下行接入链路、上行中继链路和上行接入链路；

所述步骤B中，在所述帧结构下上行转换点的保护间隔中无需弥补因Relay扩展距离造成的传播时延。

5.根据权利要求4所述的支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法，其特征在于：所述步骤B中，确定下上行转换点的保护间隔只考虑基站BS与中继站RS间路径的传播时延。

6.根据权利要求5所述的支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法，其特征在于：所述步骤B中，基站BS帧结构中的保护间隔为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延；中继站RS帧结构中的保护间隔为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现方法，其特征在于：所述的传播时延是所述传播路径上的最大传播时延。

8.一种支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现装置，其特征在于：包括：第一选择模块，用于确定帧结构中的链路传输顺序，包括下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路的传输顺序；第二选择模块，用于在已确定的链路传输顺序中确定帧结构中下上行转换点的保护间隔，使上下行转换时的上下行干扰最小；发送/接收模块，按选择的链路传输顺序和所确定的下上行转换点的保护间隔进行发送与接收

其中：第一选择模块，确定的帧结构中的链路传输顺序为下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路；第二选择模块确定帧结构中下上行转换点的保护间隔，将因Relay扩展距离造成的传播时延弥补到所述帧结构中下上行转换点的保护间隔中。

9.根据权利要求8所述的一种支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现装置，其特征在于：第二选择模块，是将基站BS帧结构中下行上行转换点的保护间隔，确定为基站BS与中继站RS间路径的传播时延与中继站RS与终端UE间路径的传播时延之和的两倍，中继站RS帧结构中下行上行转换点的保护间隔为基站BS与中继站RS间路径的传播时延与中继站RS与终端UE间路径的传播时延之和的两倍。

10.根据权利要求8所述的一种支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现装置，其特征在于：第一选择模块，确定的帧结构中的链路传输顺序为下行中继链路、下行接入链路、上行接入链路和上行中继链路；第二选择模块，将基站BS帧结构中下行上行转换点的保护间隔，确定为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延，中继站RS帧结构中下行上行转换点的保护间隔，为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延，并增设一中继站RS帧结构中下行上行转换点的保护间隔，为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延。

11.根据权利要求8所述的一种支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现装置，其特征在于：第一选择模块确定的帧结构中的链路传输顺序为下行中继链路、下行接入链路、上行中继链路和上行接入链路；第二选择模块确定帧结构中下上行转换点的保护间隔中无需弥补因Relay扩展距离造成的传播时延。

12.根据权利要求11所述的一种支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现装置，其特征在于：第二选择模块确定帧结构中下上行转换点的保护间隔只考虑基站BS与中继站RS间路径的传播时延。

13.根据权利要求12所述的一种支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现装置，其特征在于：第二选择模块确定基站BS帧结构中的保护间隔为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延；第二选择模块确定中继站RS帧结构中的保护间隔为两倍的基站BS与中继站RS间路径的传播时延。

14.根据权利要求8至13中任一个所述的一种支持Relay的蜂窝系统避免上下行干扰的实现装置，其特征在于：所述的传播时延是所述传播路径上的最大传播时延。