CN101374015A - 一种支持中继模式的无线传输方法及物理层帧结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信领域，公开了一种时分双工正交频分复用系统的支持中继模式的无线传输方法及相应的物理层帧结构，用于基站或中继站对无线业务进行中继接收和/或发送，在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内，在第一保护间隔完成下行到上行转换之后，配置用于上行中继的业务时隙及上行中继保护间隔；在第二保护间隔完成上行到下行转换之后，配置用于下行中继的业务时隙以及下行中继保护间隔。本发明在上下行业务传输中，为上下行中继配置了专用的上下行时隙及保护间隔，实现了TDD OFDM系统中中继业务的传输，增加了小区覆盖范围、提高系统容量、实现盲点覆盖和热点增容。

Description

一种支持中继模式的无线传输方法及物理层帧结构

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种支持中继(Relay)模式的时分双工(TDD)正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)通信系统的无线传输方法及物理层帧结构。

背景技术

物理层帧结构是任何通信系统的基础，即各个通信系统均包含有各自独特的物理层帧结构。在物理层设计过程中，需要充分考虑和权衡通信系统的资源利用率(如频谱效率等)、多址(接入)方式、物理层关键技术、实现可行性等诸多因素。

无线中继是下一代移动通信的特色技术之一，在特定区域内，基站和移动台之间通过中继站传输信号，而非直接传输。采用无线中继技术能够增加小区覆盖范围、提高系统容量、实现盲点覆盖和热点增容等。例如：

(1)在小区边缘，受传播环境的影响，可能存在覆盖盲点，因此在基站尚可覆盖的范围内增加中继站，通过基站与中继站、中继站与移动台之间相互通信，可以达到弥补覆盖盲点的目的；

(2)在热点区域，本小区的系统资源可能存在暂时短缺的现象，那么利用中继站引入相邻小区的部分剩余资源，可以达到热点增容的效果。

在申请号为CN200510053780、公开号为CN1832378、公告日为2006年9月13日的中国专利“宽带TDD系统使用高效高性能帧结构进行无线传输的方法”中，给出了一种基于宽带时分双工TDD系统的帧结构，该帧结构包括：

将一个固定时长的子帧划分为若干个基本时隙和若干个特殊时隙，其中利用一个基本时隙下行传输小区广播或寻呼信息，用其余的基本时隙传输上行与下行业务信息；在需要提高单时隙的传输速率能力时，将部分基本时隙合并为若干扩充时隙，用扩充时隙传输与扩充时隙长度相匹配的高速业务。该方法的物理帧结构是TD-SCDMA系统帧结构的一种改进，二者之间的基本结构相似。但是该方法并不适用于中继工作模式。

随着下一代无线通信系统的研发(B3G、4G)，OFDM(正交频分复用)技术有逐步取代CDMA技术的趋势，OFDM几乎成了新一代无线通信核心技术的标志。然而，对于OFDM通信系统，由于每个符号均存在循环前缀(CP)，因此无需保留类似TD-SCDMA系统物理层帧结构的常规时隙中的时隙间隔。OFDM通信系统的物理层帧结构也是在成帧及传输的基础。但是，如何在TDD OFDM通信系统的无线传输中实现支持中继模式，选择合适的物理层帧结构通过中继站传输信号，进而增加小区覆盖范围、提高系统容量、实现盲点覆盖和热点增容，成为需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种支持中继模式的无线传输方法及物理层帧结构，以在时分双工(TDD)正交频分复用(OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplexing)通信系统的无线传输中实现支持中继模式的无线传输。

本发明提供一种时分双工正交频分复用系统的支持中继模式的无线传输方法，用于基站对无线业务进行中继接收和/或发送，在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内：

(1)基站的收发信机在第一个常规业务时隙内发送下行信息；

(2)然后，在停顿第一保护间隔的时长并完成下行到上行转换之后，在用于上行中继的Rn个常规业务时隙内，接收上行中继业务信息并在接收完毕后停顿上行中继保护间隔的时长；

(3)随后，在作为上行时隙的N个常规业务时隙内接收上行业务数据；

(4)然后，在停顿第二保护间隔的时长并完成上行到下行转换之后，在Rm个常规业务时隙内，发送下行中继业务信息并在发送完毕后停顿下行中继保护间隔的时长；

(5)随后，在作为下行时隙的M个常规业务时隙内发送下行业务数据；

其中，Rn、N、Rm、M的取值为0或正整数，Rn、N、Rm、M相加之和再加1等于一个子帧中配置的常规业务时隙总个数。

所述上行或下行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长。所述上行或下行中继保护间隔位于用于上行或下行中继的常规业务时隙的尾部。所述用于上行或下行中继的常规业务时隙的数目由中继跳数决定，该数目等于跳数减去1。所述第一保护间隔内配置有用于完成下行业务到上行业务转换的下行/上行转换点；第二保护间隔内配置有用于完成上行业务到下行业务转换的上行/下行转换点。

本发明还提供一种时分双工正交频分复用系统的支持中继模式的无线传输方法，用于中继站对无线业务进行中继接收和/或发送，在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内：

(1)中继站的收发信机在第一个常规业务时隙内接收下行信息；

(2)然后，在停顿第一保护间隔的时长并完成下行到上行转换之后，在用于上行中继的Rn个常规业务时隙内，发送上行中继业务信息并在发送完毕后，停顿上行中继保护间隔的时长；

(3)随后，在作为上行时隙的N个常规业务时隙内发送上行业务数据；

(4)然后，在停顿第二保护间隔的时长并完成上行到下行转换之后，在Rm个常规业务时隙内，接收下行中继业务信息并在接收完毕后停顿下行中继保护间隔的时长；

(5)随后，在作为下行时隙的M个常规业务时隙内接收下行业务数据；

其中，Rn、N、Rm、M的取值为0或正整数，Rn、N、Rm、M相加之和再加1等于一个子帧中配置的常规业务时隙总个数。

所述上行或下行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长。所述上行或下行中继保护间隔位于用于上行或下行中继的常规业务时隙的尾部。所述用于上行或下行中继的常规业务时隙的数目由中继跳数决定，该数目等于跳数减去1。所述第一保护间隔内配置有用于完成下行业务到上行业务转换的下行/上行转换点；所述第二保护间隔内配置有用于完成上行业务到下行业务转换的上行/下行转换点。

本发明还提供一种用于上述无线传输方法的物理层帧结构，用于承载基站或中继站进行的中继接收和/或发送的无线业务，在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内，在时域上依次包括：

子帧起始处用于下行信息的第一个常规业务时隙；

第一保护间隔，用于进行下行与上行之间的间隔并完成下行到上行转换；Rn个用于上行中继的常规业务时隙；N个用于发送上行业务数据的常规业务时隙；

第二保护间隔，用于进行上行与下行之间的间隔并完成上行到下行转换；Rm个用于下行中继的常规业务时隙；M个用于接收下行业务数据的常规业务时隙；

其中，Rn、N、Rm、M的取值为0或正整数，Rn、N、Rm、M相加之和再加1等于一个子帧中配置的常规业务时隙总个数。

所述Rn个用于上行中继的常规业务时隙，又包括Rn个用于承载上行中继业务信息上行中继时隙，以及用于对上行中继业务和上行非中继业务进行间隔与切换的上行中继保护间隔；

所述Rm个用于下行中继的常规业务时隙，又包括Rm个用于承载下行中继业务信息下行中继时隙，以及用于对上行中继业务和上行非中继业务进行间隔与切换的下行中继保护间隔。

所述上行或下行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长。所述上行或下行中继保护间隔位于用于上行或下行中继的常规业务时隙的尾部。用于上行或下行中继的Rm或Rn个常规业务时隙的数目与跳数有关，该数目值等于跳数减去1。所述第一保护间隔内配置有下行/上行转换点；所述第二保护间隔内配置有上行/下行转换点。

应用本发明，在基本的TDD OFDM物理层帧基础上，由于在TDD OFDM物理层帧结构中增加配置了专门用于上行中继的上行中继时隙和上行中继保护间隔，以及用于下行中继的下行中继时隙和下行中继保护间隔，从而实现了OFDM系统对于支持中继模式的无线传输。在基站或中继站进行支持中继的无线传输，通过中继站传输信号，进而又可增加小区覆盖范围、提高系统容量、实现盲点覆盖和热点增容，

附图说明

图1是本发明实施例中支持中继的TDD OFDM无线通信系统的物理层帧结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明所述的技术方案做进一步描述。

本发明的主要思路在于，为TDD OFDM无线通信系统提供一种支持中继模式的无线通信方法以及实现该通信方法的物理层帧结构。物理层帧的每一个子帧中又包括若干常规业务时隙和两个保护间隔，即第一保护间隔和第二保护间隔。所述第一保护间隔之后配置上行中继时隙、上行中继保护间隔用于上行业务的一个或多个上行常规业务时隙；再之后为所述第二保护间隔，第二保护间隔后依次为下行中继时隙、下行中继保护间隔、用于下行业务的一个或多个下行常规业务时隙。

本发明所提供的一种时分双工正交频分复用系统的支持中继模式的无线传输方法，用于基站对无线业务进行中继接收和/或发送，在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内：

(1)基站的收发信机在第一个常规业务时隙内发送下行信息；

(2)然后，在停顿第一保护间隔的时长并完成下行到上行转换之后，在用于上行中继的Rn个常规业务时隙内，接收上行中继业务信息并在接收完毕后停顿上行中继保护间隔的时长；

(3)随后，在作为上行时隙的N个常规业务时隙内接收上行业务数据；

(4)然后，在停顿第二保护间隔的时长并完成上行到下行转换之后，在Rm个常规业务时隙内，发送下行中继业务信息并在发送完毕后停顿下行中继保护间隔的时长；

(5)随后，在作为下行时隙的M个常规业务时隙内发送下行业务数据；

其中，Rn、N、Rm、M的取值为0或正整数，Rn、N、Rm、M相加之和再加1等于一个子帧中配置的常规业务时隙总个数。

在步骤(1)中，第一个常规业务时隙TS0内通常发送下行业务控制信息；还可以发送同步信道SCH和广播信道BCH，分别映射至一个或多个正交频分复用符号的时长。进一步地，所述同步信道SCH的时序还可位于广播信道BCH之前。

在步骤(2)中：

在第一保护间隔内配置有下行/上行转换点，在该下行/上行转换点完成下行业务和上行业务的切换。在上行中继保护间隔内完成上行中继和上行非中继业务之间业务切换。所述上行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长(例如10us)。上行中继保护间隔位于Rn个常规业务时隙的尾部，其余时长为接收上行中继业务信息的上行中继时隙的时长。由于上行中继保护间隔通常较小，所以可以认为也有Rn个上行中继时隙。

在步骤(4)中，

在第二保护间隔内配置有上行/下行转换点，在该上行/下行转换点完成上行业务和下行业务的切换。第二保护间隔根据上、下行业务流量配置在紧接第一保护间隔或除第一个常规业务时隙TS0以外的任意一个常规业务时隙的后面。

下行中继保护间隔在下行中继和下行非中继业务之间进行间隔，并完成中继和非中继业务切换。下行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长，并且位于Rm个常规业务时隙的尾部，其余的时隙时长作为发送下行中继业务信息的下行中继时隙的时长。由于下行中继保护间隔很短，故可认为存在Rm个下行中继时隙。

在上述的传输方法中，用于上行或下行中继的常规业务时隙的数目由中继跳数决定，该数目等于跳数减去1。

相应地，在中继站上，也需要与基站对应的一种时分双工正交频分复用系统的支持中继模式的无线传输方法，用于中继站对无线业务进行中继接收和/或发送，在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内：

(1)中继站的收发信机在第一个常规业务时隙内接收下行信息；

(2)然后，在停顿第一保护间隔的时长并完成下行到上行转换之后，在用于上行中继的Rn个常规业务时隙内，发送上行中继业务信息并在发送完毕后，停顿上行中继保护间隔的时长；

(3)随后，在作为上行时隙的N个常规业务时隙内发送上行业务数据；

(4)然后，在停顿第二保护间隔的时长并完成上行到下行转换之后，在Rm个常规业务时隙内，接收下行中继业务信息并在接收完毕后停顿下行中继保护间隔的时长；

(5)随后，在作为下行时隙的M个常规业务时隙内接收下行业务数据；

其中，Rn、N、Rm、M的取值为0或正整数，Rn、N、Rm、M相加之和再加1等于一个子帧中配置的常规业务时隙总个数。

其中，所述上行或下行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长。所述上行或下行中继保护间隔位于用于上行或下行中继的常规业务时隙的尾部。所述用于上行或下行中继的常规业务时隙的数目由中继跳数决定，该数目等于跳数减去1。

步骤(2)中所述第一保护间隔内配置有用于完成下行业务到上行业务转换的下行/上行转换点；步骤(4)中所述第二保护间隔内配置有用于完成上行业务到下行业务转换的上行/下行转换点。

在步骤(1)中，第一个常规业务时隙TS0内通常接收下行业务控制信息；还可以接收同步信道SCH和广播信道BCH，分别映射至一个或多个正交频分复用符号的时长。进一步地，所述同步信道SCH的时序还可位于广播信道BCH之前。

采用上述的无线传输方法，可以在基站或中继站上实现支持中继的无线业务传输。相应地，实现所述无线传输方法，还需要有一种相适应的物理层帧结构。在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内，在时域上依次包括：

子帧起始处用于下行信息的第一个常规业务时隙；

第一保护间隔，用于进行下行与上行之间的间隔并完成下行到上行转换；Rn个用于上行中继的常规业务时隙；N个用于发送上行业务数据的常规业务时隙；

第二保护间隔，用于进行上行与下行之间的间隔并完成上行到下行转换；Rm个用于下行中继的常规业务时隙；M个用于接收下行业务数据的常规业务时隙；

其中，Rn、N、Rm、M的取值为0或正整数，Rn、N、Rm、MN相加之和再加1等于一个子帧中配置的常规业务时隙总个数。

所述Rn个用于上行中继的常规业务时隙，又包括Rn个用于承载上行中继业务信息上行中继时隙，以及用于对上行中继业务和上行非中继业务进行间隔与切换的上行中继保护间隔；

所述Rm个用于下行中继的常规业务时隙，又包括Rm个用于承载下行中继业务信息下行中继时隙，以及用于对上行中继业务和上行非中继业务进行间隔与切换的下行中继保护间隔。

上行或下行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长。所述上行或下行中继保护间隔位于用于上行或下行中继的常规业务时隙的尾部。

用于上或下行中继的Rm或Rn个常规业务时隙的数目与跳数有关，该数目值等于跳数减去1。

所述第一保护间隔内配置有下行/上行转换点；所述第二保护间隔内配置有上行/下行转换点。

图1所示为本发明一实施例支持中继的TDD OFDM无线通信系统的物理层帧结构示意图，图中BS表示基站，RS表示中继(Relay)站，MS表示移动台。

每个5ms子帧包括N个常规业务时隙(TS)和两个保护间隔(GP1和GP2)。以20kHz子载波间隔为例，每个子帧划分为N＝11个等时长的常规业务时隙(TS0～TS10)，TS0配置为下行时隙。

第一个保护间隔(GP1)位于TS0与TS1之间，第二个保护间隔(GP2)可根据上、下行业务流量配置在紧接GP1或除TS0以外的任意一个业务时隙的后面。下行/上行转换点(DUSP)配置在GP1内，上行/下行转换点(UDSP)配置在GP2内。

物理层帧结构参数如下表1所示。

表1 物理层帧结构参数

 

	时长(μs)
		常规业务时隙	437.5
基本GP1(DUSP)	177.5
		GP2(UDSP)	10

针对通信系统支持中继模式的情况，在通用物理层帧结构的基础上：

上行中继需要占用一个或多个上行常规业务时隙，配置为上行中继时隙和上行中继保护间隔(URGP)；

下行中继需要占用一个或多个上行常规业务时隙，配置为下行中继时隙和下行中继保护间隔(DRGP)。

URGP与DRGP分别用于上、下行非中继与中继之间的切换保护。URGP与DRGP的时长可配置为一个OFDM符号的时长或一个固定的时长，如10μs。

用于上或下行中继的常规业务时隙的数目与跳(Hop)数有关，通常用于中继的时隙数目等于跳数减去1。对于两跳(Hop)中继，上行中继时隙配置在GP1后的第一个上行时隙，即TS1；下行中继时隙配置在GP2后的第一个下行时隙，即TS6。

上行中继时隙的时长等于用于中继的上行常规业务时隙的时长减去URGP的时长；

下行中继时隙的时长等于用于中继的下行常规业务时隙的时长减去DRGP的时长。

若URGP与DRGP均为10μs，且常规业务时隙的时长为437.5μs，那么上行中继时隙(UL Relay TS)和下行中继时隙(DL Relay TS)的时长均为427.5μs(437.5-10＝427.5μs)。

综上所述，本发明给出了一种支持中继模式的TDD OFDM无线通信系统的物理层帧结构。

本发明适用于OFDM通信系统，尤其适用于TDD OFDM移动通信系统，任何具有信号处理、通信等知识背景的技术人员，根据本发明设计的等同的物理层帧结构，其均应包含在本发明的思想和范围中。

本文所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进以及更新等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种时分双工正交频分复用系统的支持中继模式的无线传输方法，用于基站对无线业务进行中继接收和/或发送，其特征在于，在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内：

(1)基站的收发信机在第一个常规业务时隙内发送下行信息；

(2)然后，在停顿第一保护间隔的时长并完成下行到上行转换之后，在用于上行中继的Rn个常规业务时隙内，接收上行中继业务信息并在接收完毕后停顿上行中继保护间隔的时长；

(3)随后，在作为上行时隙的N个常规业务时隙内接收上行业务数据；

(4)然后，在停顿第二保护间隔的时长并完成上行到下行转换之后，在Rm个常规业务时隙内，发送下行中继业务信息并在发送完毕后停顿下行中继保护间隔的时长；

(5)随后，在作为下行时隙的M个常规业务时隙内发送下行业务数据；

其中，Rn、N、Rm、M的取值为0或正整数，Rn、N、Rm、M相加之和再加1等于一个子帧中配置的常规业务时隙总个数。

2.如权利要求1所述的无线传输方法，其特征在于，所述上行或下行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长。

3.如权利要求2所述的无线传输方法，其特征在于，所述上行或下行中继保护间隔位于用于上行或下行中继的常规业务时隙的尾部。

4.如权利要求3所述的无线传输方法，其特征在于，所述用于上行或下行中继的常规业务时隙的数目由中继跳数决定，该数目等于跳数减去1。

5.如权利要求1所述的无线传输方法，其特征在于：

步骤(2)中所述第一保护间隔内配置有用于完成下行业务到上行业务转换的下行/上行转换点；

步骤(4)中所述第二保护间隔内配置有用于完成上行业务到下行业务转换的上行/下行转换点。

6.一种时分双工正交频分复用系统的支持中继模式的无线传输方法，用于中继站对无线业务进行中继接收和/或发送，其特征在于，在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内：

(1)中继站的收发信机在第一个常规业务时隙内接收下行信息；

(2)然后，在停顿第一保护间隔的时长并完成下行到上行转换之后，在用于上行中继的Rn个常规业务时隙内，发送上行中继业务信息并在发送完毕后，停顿上行中继保护间隔的时长；

(3)随后，在作为上行时隙的N个常规业务时隙内发送上行业务数据；

(4)然后，在停顿第二保护间隔的时长并完成上行到下行转换之后，在Rm个常规业务时隙内，接收下行中继业务信息并在接收完毕后停顿下行中继保护间隔的时长；

(5)随后，在作为下行时隙的M个常规业务时隙内接收下行业务数据；

其中，Rn、N、Rm、M的取值为0或正整数，Rn、N、Rm、M相加之和再加1等于一个子帧中配置的常规业务时隙总个数。

7.如权利要求6所述的无线传输方法，其特征在于，所述上行或下行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长。

8.如权利要求7所述的无线传输方法，其特征在于，所述上行或下行中继保护间隔位于用于上行或下行中继的常规业务时隙的尾部。

9.如权利要求8所述的无线传输方法，其特征在于，所述用于上行或下行中继的常规业务时隙的数目由中继跳数决定，该数目等于跳数减去1。

10.如权利要求7所述的无线传输方法，其特征在于：

步骤(2)中所述第一保护间隔内配置有用于完成下行业务到上行业务转换的下行/上行转换点；

步骤(4)中所述第二保护间隔内配置有用于完成上行业务到下行业务转换的上行/下行转换点。

11.一种用于权利要求1所述无线传输方法的物理层帧结构，用于承载基站或中继站进行的中继接收和/或发送的无线业务，其特征在于，在承载无线业务的物理层帧的每一个子帧内，在时域上依次包括：

子帧起始处用于下行信息的第一个常规业务时隙；

第一保护间隔，用于进行下行与上行之间的间隔并完成下行到上行转换；Rn个用于上行中继的常规业务时隙；N个用于发送上行业务数据的常规业务时隙；

第二保护间隔，用于进行上行与下行之间的间隔并完成上行到下行转换；Rm个用于下行中继的常规业务时隙；M个用于接收下行业务数据的常规业务时隙；

其中，Rn、N、Rm、M的取值为0或正整数，Rn、N、Rm、M相加之和再加1等于一个子帧中配置的常规业务时隙总个数。

12.如权利要求11所述的物理层帧结构，其特征在于：

所述Rn个用于上行中继的常规业务时隙，又包括Rn个用于承载上行中继业务信息上行中继时隙，以及用于对上行中继业务和上行非中继业务进行间隔与切换的上行中继保护间隔；

所述Rm个用于下行中继的常规业务时隙，又包括Rm个用于承载下行中继业务信息下行中继时隙，以及用于对上行中继业务和上行非中继业务进行间隔与切换的下行中继保护间隔。

13.如权利要求12所述的物理层帧结构，其特征在于，所述上行或下行中继保护间隔具有一个正交频分复用符号的时长或一个固定的时长。

14.如权利要求13所述的物理层帧结构，其特征在于，所述上行或下行中继保护间隔位于用于上行或下行中继的常规业务时隙的尾部。

15.如权利要求14所述的物理层帧结构，其特征在于，用于上行或下行中继的Rm或Rn个常规业务时隙的数目与跳数有关，该数目值等于跳数减去1。

16.如权利要求15所述的物理层帧结构，其特征在于：

所述第一保护间隔内配置有下行/上行转换点；所述第二保护间隔内配置有上行/下行转换点。

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