CN101345544B - 一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的方法和系统 - Google Patents

一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的方法，其将子帧的时隙分为若干区域，采用时分复用方式进行数据的传输，其中进一步包括：将子帧中至少一个时隙设置为混合区；在子帧的混合区通过将接入链路和中继链路频分复用来实现数据的传输；并且还可以在子帧内中继和帧内中继两种工作方式下支持多跳中继。采用本发明的方法，充分利用了B3G系统的高带宽，不仅提高系统灵活性，而且充分利用了系统的时频资源，并兼容TD_SCDMA系统，同时支持非透明、透明和多跳中继。此外，采用这种顺序可以充分减小系统开销，提高资源利用率，同时保证了UE充分时间用于收发或发收转换。

Description

一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的方法和系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的方法和系统。
背景技术
在3G和B3G(Beyond 3Generation，超3代)通信系统中覆盖范围都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由于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，而基站/接入点的数量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，在未来移动通信的技术方案中普遍提出采用“中继(Relay或RS-relay station)”技术。当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，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范围和扩展小区容量。
Relay是B3G系统中关键技术之一。Relay的引入带来了中继链路和接入链路的复用方式和顺序问题。Relay系统的基本结构可由图1进行描述。图1一共存在2类链路接入链路(Access Link)和中继链路(Relay Link)，其中接入链路表示UE与BS/RS之间的链路，中继链路表示BS(base station，基站)与RS之间的链路。接入链路和中继链路既有下行链路，又有上行链路。RS在中继链路接收到BS的数据后会通过接入链路转发给UE，同理，RS在接入链路接收倒UE的数据后会通过中继链路转发给BS。如果RS发送本身独立的同步和控制信息，则该RS称为非透明中继(non-transparent relay)，否则称为透明中继(transparent relay)。
现有技术中，为了保持与现有3G(主要是TD-SCDMA)的强兼容，一种B3G的帧结构如图2所示。每帧10ms，分为2个5ms子帧，每个子帧包含1个DLSYNC(下行同步)时隙和14个数据时隙。DL SYNC时隙用于发送同步信息。TS1(time slot 1，时隙1)与TS2之间有下行到上行的保护间隔GP(guardperiod)。具体的参数如图2所示。
此外，为了保持与现有3G(主要是TD-SCDMA)的强兼容，LTE TDD(Longterm evolution time division duplex)的一种帧结构如图3所示。每帧仍为10ms，分为2个5ms子帧，每个子帧包含2个特殊时隙和7个业务时隙，具体的参数如图3所示。
为了支持relay，需要合理的安排中继链路和接入链路的复用方式和传输顺序。现有支持Relay的TDD系统中通常是将下行子帧和上行子帧分别分为Access Zone(接入区)和Relay Zone(中继区)，Access Zone和Relay Zone分别用于接入链路和中继链路传输，且Access Zone和Relay Zone采用时分复用方式，具体如图4所示。
现有支持Relay的TDD(Time Division Duplex，时分双工)系统仅考虑中继链路和接入链路的时分复用，即，Access Zone和Relay Zone采用时分复用方式。而将来的B3G系统的带宽将非常大，有可能达到100MHz，对于这么大的带宽如果仅考虑中继链路和接入链路的时分复用，当中继业务量很轻时将造成资源的极大浪费，而且单一的复用方式也不利于系统的灵活使用。考虑到兼容TD SCDMA的B3G系统仍然采用时隙结构，即relay zone的位置和长度均以时隙为长度配置。因此，如果Access Zone、和Relay Zone仍采用时隙颗粒度的时分复用，就容易因颗粒度过大而造成资源调度不灵活和资源的浪费。因此，针对采用时隙结构的B3G系统，需要更合理的中继链路和接入链路的复用方式。现有TDD系统支持relay帧结构的主要缺点如下：
(1)增大时延。以BS发送下行业务为例，当下行业务到达BS时，在原有的系统帧结构下，BS可以在下行子帧开始时刻发送，但是在支持Relay的B3G帧结构下，只能在DL Access Zone(下行接入区)区域发送，这样就无形增加了时延，这就很难满足B3G苛刻的时延要求。具体如图5所示。
(2)浪费资源，对于中继链路的业务量较小，需要很小带宽的情况下，如果采用原有支持Relay帧结构，却需要把整个Relay zone的带宽分给中继链路，这对资源是极大的浪费。具体如图6所示。
发明内容
有鉴于此，本发明解决的问题是提供一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的方法和系统，有效的利用了频率资源和时间资源，提高了资源的利用率。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的方法，其将子帧的时隙分为若干区域，采用时分复用方式进行数据的传输，进一步包括：
将子帧中至少一个时隙设置为中继链路和接入链路共同使用的混合区；
在混合区中继链路和接入链路以频分复用的方式进行数据的传输。
优选的，所述频分复用方式是将中继链路和接入链路频分复用。
优选的，非透明中继在下行中继区接收基站的同步信息和控制信息。
优选的，透明中继在第一下行接入区接收基站的同步信息和控制信息。
优选的，通过以下方式来实现数据的传输：
下行方向，在混合区基站以频分复用的方式分别发送数据给终端和中继。
优选的，通过以下方式来实现数据的传输：
上行方向，在混合区中继和终端以频分复用的方式同时发送数据给基站。
优选的，中继通过工作在子帧内中继方式下支持多跳中继。
优选的，通过以下方式来实现支持多跳中继：
下行方向，奇数跳中继在偶数子帧下行中继区发送数据给下一跳中继，而基站和偶数跳中继在奇数子帧的下行中继区发送数据给下一跳中继；
上行方向，奇数跳中继在奇数子帧的上行中继区发送数据给上一跳中继或基站，而偶数跳中继在偶数子帧的上行中继区发送数据给上一跳中继。
优选的，中继通过工作在帧内中继方式下支持多跳中继。
优选的，通过以下方式来实现支持多跳中继：
下行方向，偶数跳中继在第一下行中继区或基站在下行混合区发送数据给下一跳中继，而奇数跳中继在第二下行中继区发送数据给下一跳中继；
上行方向，奇数跳中继在第二上行中继区发送数据给上一跳中继或基站，偶数跳中继在第一上行中继区发送数据给上一跳中继。
一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的系统，包括基站、中继和终端；
在下行方向，所述基站在下行特定时隙内以频分复用的方式分别发送数据给终端和中继，
在上行方向，所述终端发送数据给所述中继，所述中继在上行特定时隙内基站分配的频率发送数据给基站，同时终端也会在所述上行特定时隙与中继频分复用后发送的数据给基站。
优选的，在特定时隙内，中继链路和接入链路频分复用在一起。
可以看出，采用本发明的方法和系统，充分利用了B3G系统的高带宽，在子帧的混合区通过将接入链路和中继链路频分复用来实现数据的传输，不仅提高系统灵活性，而且充分利用了系统的时频资源，并兼容TD_SCDMA系统，同时支持非透明、透明和多跳中继。此外，采用这种顺序可以充分减小系统开销，提高资源利用率，同时保证了UE充分时间用于收发或发收转换。
附图说明
图1是现有技术中Relay系统的基本结构示意图；
图2是现有技术中与TD_SCDMA兼容的一种B3G帧结构示意图；
图3是现有技术中与TD_SCDMA兼容的LTE TDD帧结构；
图4是现有技术中支持relay的TDD系统的帧结构示意图；
图5是现有技术中支持relay的TDD系统的帧结构增大时延示意图；
图6是现有技术中支持relay的TDD系统的帧结构浪费资源示意图；
图7是本发明方法的流程图；
图8是本发明实施例中支持带内非透明中继的TDD帧结构示意图；
图9是本发明实施例中支持带内透明中继的TDD帧结构示意图；
图10是本发明实施例中支持中继链路与接入链路可以频分复用的帧结构减小时延示意图；
图11是本发明实施例中支持中继链路与接入链路可以频分复用的帧结构合理分配资源示意图；
图12是本发明实施例中支持带内透明中继的信号流程示意图；
图13是本发明实施例中支持带内非透明中继的信号流程示意图；
图14是本发明实施例中第一种方式支持多跳中继的信号流程示意图；
图15是本发明实施例中第二种方式支持多跳中继的信号流程示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是在宽带TDD系统中采用时分和频分相结合的复用方式，这样才能体现合理的颗粒度和资源调度的灵活性、有效性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。如图7所示，该本发明方法包括：
步骤701：将子帧中至少一个时隙设置为混合区；
步骤702：在混合区以频分复用的方式进行数据的传输。
具体为，采用现有技术中B3G的帧结构：每帧10ms，分为2个5ms子帧，每个子帧包含一个下行同步时隙(DL SYNC timeslot)和14个数据时隙。在本发明实施例中为了支持Relay，将B3G帧结构分为不同区域(zone)，分别支持透明中继和非透明中继：
其中，对于非透明中继，如图8所示：从基站(BS)来说，在每个子帧中设置混合区，即用Hybrid Zone来代替Relay Zone，因此，每个子帧由第一个DL Access Zone(下行接入区)、UL Hybrid Zone(上行混合区)、UL AccessZone(上行接入区)、DL Hybrid Zone(下行混合区)和第二个DL Access Zone(下行接入区)组成。其中，第一个DL Access Zone由DL SYNC时隙、TS0和TS1组成，而其他zone由一个或多个剩余时隙组成。在第一个DL Access Zone，BS可以发送同步信息和控制信息。在UL Hybrid Zone，UE和RS可以以FDM方式同时发送数据给BS，而在UL Access Zone只有UE可以发送数据给BS。在DLHybrid Zone，BS可以以FDM方式同时发送数据给UE和RS，而在第二个DLAccess Zone，BS仅能给UE发送数据。BS也可以在DL Hybrid Zone发送同步信息和控制信息给RS。第一个DL Access Zone和UL Hybrid Zone之间有GP用于下行到上行的转换点。
从中继来说，每个子帧由第一个DL Access Zone、UL Relay Zone(上行中继区)，UL Access Zone，DL Relay Zone(下行中继区)和DL Access Zone组成。第一个DL Access Zone由DL SYNC时隙、TS0和TS1组成，而其他zone由一个或多个剩余时隙组成。在第一个DL Access Zone，RS也可以发送它自己的同步信息和控制信息。在UL Relay Zone，RS转发UE的数据给BS，而UE可以在UL Access Zone发送数据给给其宿主RS。在DL Relay Zone，RS可以接收来自BS的数据，并在第二个DL Access Zone转发给UE。第一个DL AccessZone和UL Relay Zone之间有GP用于下行到上行的转换点。UL Relay Zone和UL Access Zone之间有TTG(transmit/receive transition gap发收转换间隔)，而DL Relay Zone和第二个DL Access Zone之间存有RTG(receive/transmittransition gap收发转换间隔)。
对于支持透明中继，如图9所示：其帧结构与非透明中继相似。也是在每个子帧中设置混合区，即用Hybrid Zone来代替Relay Zone，因此，对于支持带内透明中继的BS，每个子帧由第一个DL Access Zone、UL Hybrid Zone、ULAccess Zone、DL Hybrid Zone和DL Access Zone组成。第一个DL Access Zone由DL SYNC时隙、TS0和TS1组成，而其他zone由一个或多个剩余时隙组成。在第一个DL Access Zone，BS可以发送同步信息和控制信息。在UL HybridZone，UE和RS可以以FDM(Frequency division multiple，频分复用)方式同时发送数据给BS，而在UL Access Zone只有UE可以发送给BS。在DL HybridZone，BS可以以FDM方式同时发送数据给UE和RS，而在第二个DL AccessZone，BS仅能给UE发送。第一个DL Access Zone和UL Access Zone之间有GP用于下行到上行的转换点。
此外，第二个下行接入区可以由下行透明区替代，从而使得带内透明中继可以实现协同中继的功能。
对于带内透明中继，每个子帧由第一个DL Access Zone、UL Access Zone，UL Relay Zone，DL Access Zone和DL Relay Zone。第一个DL Access Zone由DL SYNC时隙、TS0和TS1组成，而其他zone由一个或多个剩余时隙组成。在第一个DL Access Zone，RS接收来自BS的同步信息和控制信息。在UL RelayZone，RS转发UE的数据给BS，而UE可以在UL Access Zone发送数据给其宿主RS。在DL Relay Zone，RS可以接收来自BS的数据，并在第二个DL Access Zone转发给UE。具体的信号流程如图12所示。第一个DL Access Zone和UL AccessZone之间有GP用于下行到上行的转换点。UL Access Zone和UL Relay Zone之间有RTG，而第二个DL Access Zone和DL Relay Zone之间存有TTG。
采用以上帧结构，虽然zone之间仍然采用时分复用的方式，但是在ULHybrid Zone和DL Hybrid Zone区域，中继链路和接入链路采用频分复用的方式。同时，Hybrid Zone中各个时隙的中继链路和接入链路的频域资源分配可以不同，这由调度决定。当中继链路的业务量很小，即中继不要占用较大带宽时，就可以在UL Hybrid Zone或DL Hybrid Zone拿出一部份频率资源给UE使用，这样就避免了把一个时隙的所有带宽都分配给中继链路而造成的资源浪费。同时，采用频率复用也提高了系统资源调动的灵活性。采用以上帧结构，可以实现更小颗粒度的资源调度和减小时延。
具体的，如图10所示，以BS发送下行业务为例：当下行业务到达BS时，由于在Hybrid zone(混合区)中relay link(中继链路)和access link(接入链路)可以频分复用，因此在支持Hybrid zone的系统帧结构下，BS可以在下行子帧Hybrid zone区域发送数据给终端，这与不支持relay的帧结构的发送时刻相同，这样就不会增加时延。
同样，如图11所示，对于中继链路的业务量较小，需要很小带宽的情况时，采用支持relay link和access link频分复用的帧结构，可以把hybrid zone的部分带宽分给中继链路，这就减少了对资源的浪费。
相应的，如图12、图13所示，采用以上帧结构时，系统的工作过程如下：在下行方向，BS在DL Hybrid Zone以FDM方式分别发送数据给BS覆盖范围内的UE和RS，RS在相应的频率资源接收到BS的数据后，进行解调和解码，判断相应的目的地址，然后在DL Access Zone的合适位置编码调制后转发给相应的UE；在上行方面，UE在UL Access发送数据给RS，RS接收到后进行解调和解码，判断相应的目的地址，并在UL Hybrid Zone的BS分配给RS的频率资源发送给BS，UE也会在UL Hybrid Zone与RS频分复用发送数据给BS。所不同的是，透明中继要在第一个下行接入区接收来自基站的同步信息和控制信息；而非透明中继是在下行中继区接收来自基站的同步信息和控制信息。
此外，当系统中出现多个中继时，为了支持多跳，RS需要多个relay zone以工作在发送或接收模式。本发明实施例中提供了两种支持多跳中继的方法：子帧内中继和帧内中继。其中，每个RS能够工作在任一方式下，但不时必须同时工作在两种方式下。
具体的，如图14所示，第一种方式即子帧内中继：允许BS或RS在relay zone发送、接收或空闲。在下行方向，奇数跳RS在偶数子帧的DL Relay Zone发送数据给下一跳RS，而BS和偶数跳RS在奇数子帧的DL Relay Zone发送数据给下一跳RS。在上行方向，奇数跳RS在奇数子帧的UL Relay Zone发送数据给上一跳RS(或BS)，而偶数跳RS在偶数跳子帧的UL Relay Zone发送数据给上一跳RS。其中，对于奇数跳RS，奇数子帧的UL Relay Zone和UL Access Zone之间有TTG，而奇数子帧的DL Relay Zone和DL Access Zone之间有RTG。对于偶数跳RS，偶数子帧的UL Relay Zone和UL Access Zone之间有TTG，而偶数子帧的DL Relay Zone和第二个DL Access Zone之间有RTG。
具体的，如图15所示，第二种方式即帧内中继：允许单一子帧内多跳中继。在上行方向，奇数跳RS在UL Relay Zone 2发送数据给上一跳RS或BS，而偶数跳RS在UL Relay Zone 1发送数据给上一跳RS。在下行方向，偶数跳RS(或BS)在DL Relay Zone 1(或DL Hybrid Zone)发送数据给下一跳RS，而奇数跳RS在DL Relay Zone 2发送数据给下一跳RS。其中，对于奇数跳RS，UL RelayZone 1和UL Relay Zone 2之间或DL Relay Zone1和DL Relay Zone 2应有RTG，而在UL Relay Zone 2和UL Access Zone之间应有TTG。对于偶数跳RS，ULRelay Zone 2和UL Access Zone之间或DL Relay Zone1和DL Relay Zone 2之间应有TTG。对于偶数跳RS，UL Relay Zone 1和UL Relay Zone 2之间或DL RelayZone1和DL Relay Zone 2应有TTG，而DL Relay Zone 2和第二个DL AccessZone之间应有RTG。
通过以上两种方式，可是使中继很好的实现多跳，进一步扩展了无线接入系统的覆盖范围。
以下介绍本发明实现采用支持Relay的帧结构进行无线传输的系统的具体实施例，该系统包括基站、中继和终端；
对于基站，在每个子帧中设置混合区，即用Hybrid Zone来代替Relay Zone，因此，每个子帧由第一个DL Access Zone、UL Hybrid Zone、UL Access Zone、DL Hybrid Zone和第二个DL Access Zone组成；对于中继，每个子帧由第一个DL Access Zone、UL Relay Zone，UL Access Zone，DL Relay Zone和DL AccessZone组成。
具体的，在下行方向，BS在DL Hybrid Zone中继链路和接入链路可以频分复用，即，BS把Hybrid zone的部分带宽分给中继链路；因而BS在DL HybridZone内可以以FDM方式分别发送数据给BS覆盖范围内的UE和RS，RS在相应的频率资源接收到BS的数据后，进行解调和解码，判断相应的目的地址，然后在DL Access Zone的合适位置编码调制后转发给相应的UE；在上行方向，UE在UL Access发送数据给RS，RS接收到后进行解调和解码，判断相应的目的地址，并在UL Hybrid Zone的BS分配给RS的频率资源发送数据给BS，同时，UE也会在UL Hybrid Zone与RS频分复用发送数据给BS。
此外，当系统中出现多个中继时，本发明实施例中提供了两种支持多跳中继的方法：子帧内中继和帧内中继。其中，每个RS能够工作在任一方式下，但不时必须同时工作在两种方式下。
第一种方式即子帧内中继：允许BS或RS在relay zone发送、接收或空闲。在下行方向，奇数跳RS在偶数子帧的DL Relay Zone发送数据给下一跳RS，而BS和偶数跳RS在奇数子帧的DL Relay Zone发送数据给下一跳RS。在上行方向，奇数跳RS在奇数子帧的UL Relay Zone发送数据给上一跳RS(或BS)，而偶数跳RS在偶数跳子帧的UL Relay Zone发送数据给上一跳RS。
第二种方式即帧内中继：允许单一子帧内多跳中继。在上行方向，奇数跳RS在UL Relay Zone 2发送数据给上一跳RS或BS，而偶数跳RS在UL RelayZone 1发送数据给上一跳RS。在下行方向，偶数跳RS(或BS)在DL Relay Zone1(或DL Hybrid Zone)发送数据给下一跳RS，而奇数跳RS在DL Relay Zone 2发送数据给下一跳RS。
可以看出，采用以上的系统，充分利用了B3G系统的高带宽，在子帧的混合区通过将接入链路和中继链路频分复用来实现数据的传输，不仅提高系统灵活性，而且充分利用了系统的时频资源；同时，在系统出现多个中继时还可以支持多跳中继。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的方法，其将子帧的时隙分为若干区域，采用时分复用方式进行数据的传输，其特征在于，进一步包括：
将子帧中至少一个时隙设置为中继链路和接入链路共同使用的混合区；
在混合区中继链路和接入链路以频分复用的方式进行数据的传输；
当出现多个中继时，中继通过工作在子帧内中继方式或工作在帧内中继方式下支持多跳中继；
所述中继通过工作在子帧内中继方式包括：下行方向，奇数跳中继在偶数子帧下行中继区发送数据给下一跳中继，而基站和偶数跳中继在奇数子帧的下行中继区发送数据给下一跳中继；上行方向，奇数跳中继在奇数子帧的上行中继区发送数据给上一跳中继或基站，而偶数跳中继在偶数子帧的上行中继区发送数据给上一跳中继；
所述中继通过工作在帧内中继方式包括：下行方向，偶数跳中继在第一下行中继区或基站在下行混合区发送数据给下一跳中继，而奇数跳中继在第二下行中继区发送数据给下一跳中继；上行方向，奇数跳中继在第二上行中继区发送数据给上一跳中继或基站，偶数跳中继在第一上行中继区发送数据给上一跳中继。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
非透明中继在下行中继区接收基站的同步信息和控制信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
透明中继在第一下行接入区接收基站的同步信息和控制信息。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，通过以下方式来实现数据的传输：
下行方向，在混合区基站以频分复用的方式分别发送数据给终端和中继。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，通过以下方式来实现数据的传输：
上行方向，在混合区中继和终端以频分复用的方式同时发送数据给基站。
6.一种采用支持Relay的帧结构进行无线传输的系统，包括基站、中继和终端，其特征在于：
所述基站在下行子帧的特定时隙内以频分复用的方式分别发送数据给终端和中继；
所述中继在上行子帧的特定时隙内根据基站分配的频率发送数据给基站；
所述终端在所述上行子帧的特定时隙与所述中继频分复用后发送数据给基站；
当出现多个中继时，中继通过工作在子帧内中继方式或工作在帧内中继方式下支持多跳中继；
所述中继通过工作在子帧内中继方式包括：下行方向，奇数跳中继在偶数子帧下行中继区发送数据给下一跳中继，而基站和偶数跳中继在奇数子帧的下行中继区发送数据给下一跳中继；上行方向，奇数跳中继在奇数子帧的上行中继区发送数据给上一跳中继或基站，而偶数跳中继在偶数子帧的上行中继区发送数据给上一跳中继；
所述中继通过工作在帧内中继方式包括：下行方向，偶数跳中继在第一下行中继区或基站在下行混合区发送数据给下一跳中继，而奇数跳中继在第二下行中继区发送数据给下一跳中继；上行方向，奇数跳中继在第二上行中继区发送数据给上一跳中继或基站，偶数跳中继在第一上行中继区发送数据给上一跳中继。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：
在特定时隙内，中继链路和接入链路频分复用在一起。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：
当中继工作在子帧内中继和帧内中继工作方式下时，系统支持多跳中继。
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