基于OFDM技术的时分双工无线通信系统数据发送方法
技术领域
本发明涉及数字通信领域,特别是涉及一种基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)技术的TDD(TimeDivision Duplex,时分双工)无线通信系统的数据发送方法。
背景技术
作为一种多载波传输模式,正交频分复用通过将一高速传输的数据流转换为一组低速并行传输的数据流,使系统对多径衰落信道频率选择性的敏感度大大降低,而循环前缀的引入,又进一步增强了系统抗符号间干扰(Inter-symbol Interference,ISI)的能力,除此之外的带宽利用率高、实现简单等特点使OFDM在无线通信领域的应用越来越广,比如,无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)系统,基于正交频分复用多址的WiMax系统以及第4代移动通讯系统(4G)等都是基于OFDM技术的系统。
基于OFDM的第4代移动通讯系统根据双工方式进一步分为FDD(Frequency Division Duplex,频分双工)、TDD(Time Division Duplex,时分双工)、以及HFDD(Half-duplex Frequency Division Duplex,半频分双工)。其中TDD相对别的双工方式具有下述优点:
(1)有利于频谱的有效利用。TDD由于不需要使用成对的频率,故各种频率资源在TDD模式下均能够得到有效的利用,从而可以充分利用不成对的频段,分配频段相对来说更加简单;
(2)更适合于不对称业务。在FDD系统中,前向业务信道与反向业务信道占用的是不同频段,在前向信道与反向信道之间采用保护频带以消除干扰,对于TDD系统,前向和反向信道工作于同一频段,前向与反向信道的信息通过时分复用的方式来传送。TDD特别适用于不对称的上、下行数据传输速率,当进行对称业务传输时,可选用对称的转换点位置;当进行非对称业务传输时,可选择非对称的转换点位置;
(3)上、下行链路中具有对称信道特性。由于TDD系统中上、下行链路工作于同一频率,对称的电波传播特性使之便于使用智能天线等新技术,达到提高性能、降低成本的目的。上行功率控制中也可充分利用上、下行链路的对称电波传播特性。TDD接收机根据接收到的信号就能够知道多径信道的衰落,这是由于所设计的TDD帧长通常要比信道相干的时间更短;
(4)设备成本低。由于信道是对称的,所以可能简化接收机。与FDD相比,无高收、发隔离的要求。可使用单片集成电路来实现射频收发信机。设备费可能比FDD方式降低20%~30%。
但是,TDD系统也具有其缺点:
(1)移动速度与覆盖问题。TDD采用多时隙的不连续传输,对抗快衰落、多普勒效应能力比连续传输的FDD差。目前ITU-R(InternationalTelecommunication Union,国际电信联盟)对TDD系统移动速度的要求是达到120km/h,而对FDD系统则要求达到500km/h;
(2)干扰问题,TDD系统中的干扰不同于FDD系统,因为TDD系统的同步困难,相关的干扰使之成为TDD系统使用的主要问题。TDD系统的干扰有多种形式,如:TDD蜂窝内的干扰、TDD蜂窝间的干扰、不同运营商间的干扰、TDD/FDD系统间的干扰、来自功率脉动的干扰等。
除此之外,TDD双工方式在4G系统还需要解决下述问题:
(a)兼顾大覆盖与高吞吐量(热点覆盖),而大覆盖与高吞吐量(热点覆盖)具有不同的业务属性,如热点覆盖地区的交互式业务,就需要高的实时性;
(b)4G的关键技术如何更好的发挥作用,链路自适应(AMC)、混合自动重传(HARQ)、以及多天线技术(MIMO)被认为是4G系统的关键技术,这三项技术均依赖于信息的快速反馈,而TDD系统的反馈时延较FDD系统大,这将制约上述关键技术的性能,主要是TDD系统的吞吐量。
如何解决上述技术问题,是TDD双工方式在4G系统中运用时需要考虑的。需要指出的是,现有的采用TDD双工方式的4G系统只设计一种帧结构(此处称为基本无线子帧),以便同时满足大覆盖和热点覆盖的需要。
参照图1所示,为基本无线子帧的帧结构示意图。一个无线帧分为几个等长的子帧,称为无线子帧,图1为一个基本无线子帧的示意。一个基本无线子帧包含11个等长的时隙,包括下行时隙和上行时隙。下行时隙用于基站向用户发送信息,如图1中的时隙TS0,TS6-TS10;而上行时隙则用于用户向基站发送信息,如图1中的时隙TS1-TS5。所述基本无线子帧还包括一个上行下行转换间隔,简称UDSP(Uplink Downlink Switch Period),一个下行上行转换间隔,简称DUSP(Downlink Uplink Switch Period),DUSP的长度为T1,在所述间隔无论基站和用户均不发射信息,用以防止不同基站、用户间上下行之间的干扰。
而现有的数据发送方法为,在所有的小区,包括广覆盖的无线小区和热点覆盖的无线小区,发送端在发送每帧数据时,采用基本无线子帧发送数据到用户终端。这样,在热点覆盖小区就存在业务实时性不强,业务吞吐量不够大的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于OFDM技术的TDD无线通信系统的数据发送方法,提高TDD双工方式的4G系统在热点覆盖区域的实时业务性能,提高业务的吞吐量。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种基于OFDM技术的时分双工无线通信系统数据发送方法,一个基本无线子帧包含11个等长的上行时隙和下行时隙,还包括一个上行下行转换间隔和一个下行上行转换间隔,所述方法包括以下步骤:
(1)通过在基本无线子帧的上行时隙内增加一个增强上行下行转换间隔和一个增强下行上行转换间隔,构造出增强无线子帧,增加的两个转换间隔之间的时隙为下行时隙,并保证在增强上行下行转换间隔之前至少有一个上行时隙、增加的两个转换间隔之间至少有一个下行时隙,并且增强下行上行转换间隔之后至少有一个上行时隙;
其中,增强上行下行转换间隔和增强下行上行转换间隔的长度和为一个OFDM符号长度,并且所述增强无线子帧的上行下行转换间隔的长度为基本无线子帧的上行下行转换间隔的长度减去一个OFDM符号长度;
(2)在所述增加的两个转换间隔之间的至少一个下行时隙设置下行快速反馈信道和测量信道,在增强下行上行转换间隔之后至少一个上行时隙设置上行快速反馈信道;
(3)在热点覆盖区域发送每帧数据时,在每个增强无线子帧中发送待传输数据至用户终端,并保证相邻小区的上行下行转换间隔和下行上行转换间隔分别对齐。
优选的,所述增强上行下行转换间隔之前有两个上行时隙,所述增加的两个转换间隔之间有一个下行时隙,所述增强下行上行转换间隔之后有两个上行时隙。
优选的,所述增强无线子帧11个时隙长度均为437.4μs,每个时隙包含8个OFDM符号,每个符号长度为54.6875μs,所述增强上行下行转换间隔长度为44.6875μs,所述增强下行上行转换间隔长度为10μs,所述增强无线子帧的下行上行转换间隔长度为122.8125μs,所述增强无线子帧的上行下行转换间隔长度为10μs。
本发明的基于正交频分复用技术的TDD无线通信系统的数据发送方法,通过在热点覆盖的小区设置增强无线子帧的方法,提高了TDD系统业务传输的实时性和多天线和链路自适应技术的性能,从而提高了系统的吞吐量,同时保证了两种小区之间的基站和基站,用户与用户之间的干扰最小。
附图说明
图1为基本无线子帧的帧结构示意图。
图2为本发明增强无线子帧的帧结构示意图。
图3为本发明基于OFDM技术的TDD无线通信系统数据发送方法流程图。
图4为广覆盖的无线小区和热点覆盖的无线小区的示意图。
具体实施方式
一个TDD OFDM无线系统以固定帧长(无线帧)在相同频点实现信息的发射和接收,这个帧长可以根据设计要求固定为需要的值。
本发明通过在基本无线子帧的上行时隙中增加新的上行下行保护间隔和下行上行保护间隔,构造出增强无线子帧,在热点覆盖区域发送每帧数据时,在每个增强无线子帧中发送待传输数据至用户终端。这样提高了TDD系统业务传输的实时性,并提高了系统的吞吐量
下面结合附图对本发明优选实施例进行详细说明。
参照图2所示,为本发明增强无线子帧的帧结构示意图。增强无线子帧在基本无线子帧的帧结构基础上,增加一个增强上行下行转换间隔UDSP1和增强下行上行转换间隔DUSP1,UDSP1和DUSP1位于基本无线子帧的上行时隙内,增加的两个转换间隔UDSP1和DUSP1之间的时隙由原来的上行时隙变为下行时隙,在此实施例中为TS3。UDSP1位于上行时隙TS2中,DUSP1位于下行时隙TS3中。UDSP1和DUSP1的长度和为一个OFDM符号长度,同时,增强无线子帧的DUSP的长度由基本无线子帧中DUSP的长度T1减去1个OFDM符号的长度得到。
本实施例中,在TS3时隙设置下行快速反馈信道和测量信道,TS4或TS5时隙设置上行快速反馈信道,设在TS1时隙用户发送数据,而在TS3时隙基站快速反馈是否正确接收信息,如果没有成功接收信息,用户在TS4可以重新发射信息,这个过程称为一次混合自动重传(HARQ)过程。与基本无线子帧相比较,在增强无线子帧一次混合自动重传过程在5ms子帧即可实现,而基本无线子帧则需要2个5ms的无线子帧,所以本发明提高了业务传输的实时性。对于多天线和链路自适应技术,则需要信道测量的结果,而且多天线和链路自适应技术的性能与测量精度有直接关系,精度越高,性能越好。但在实际系统,测量值需要通过反馈得到,反馈速度越快,测量值就越精确,从而多天线和链路自适应技术的性能越好,系统吞吐量就越大。对于增强无线子帧,如果基站在TS1进行测量,而在TS3进行反馈,则用户就可以在TS4利用测量结果发射信息。这个过程在5ms内即可完成,而对基本无线子帧,这个相同的过程则需要2个5ms,所以快速信道测量的反馈,提高了多天线和链路自适应技术的性能,从而提高了系统的吞吐量。
当然,如果在其他实施例中改变UDSP1和DUSP1的位置,则相应改变下行快速反馈信道和测量信道及上行快速反馈信道的设置位置,只要保证在增强上行下行转换间隔UDSP1之前至少有一个上行时隙;并保证增加的两个转换间隔之间至少有一个下行时隙,用于设置下行快速反馈信道和测量信道;并且保证增强下行上行转换间隔DUSP1之后至少有一个上行时隙,用于设置上行快速反馈信道,均可实现本发明的目的。
参照图3所示,为本发明基于OFDM技术的TDD无线通信系统数据发送方法流程图。所述方法包括以下步骤:
步骤301:通过在基本无线子帧的上行时隙内增加一个增强上行下行转换间隔和一个增强下行上行转换间隔,构造出增强无线子帧;
步骤302:在所述增加的两个转换间隔之间的至少一个下行时隙设置下行快速反馈信道和测量信道,在增强下行上行转换间隔之后至少一个上行时隙设置上行快速反馈信道;
步骤303:在热点覆盖区域发送每帧数据时,在每个增强无线子帧中发送待传输数据至用户终端,并保证相邻小区的下行上行转换间隔DUSP和上行下行转换间隔UDSP分别对齐。
参照图4所示,为广覆盖的无线小区和热点覆盖的无线小区的示意图。基本无线子帧用于小区半径大的广覆盖的无线小区,如小区2和小区3;而增强无线子帧用于小区半径小,但用户业务密度高的热点覆盖的无线小区,如小区1。为了防止广覆盖小区基站对热点覆盖小区基站的干扰,如小区2和小区3的TS0对小区1 TS1的干扰,小区2和小区3采用的基本无线子帧与小区1采用的增强无线子帧的DUSP和UDSP必须对齐。另一方面,为了防止热点覆盖小区基站对广覆盖小区基站的干扰,如小区1的时隙TS3(下行)对小区2和小区3时隙TS3(上行)的干扰,可通过降低小区1天线的高度,或者调整天线的俯仰角实现。
为了防止广覆盖小区用户(位于两种小区的边缘)对热点覆盖小区用户(位于两种小区的边缘)的干扰,如小区2和小区3位于TS3的边缘用户对小区1的位于TS3边缘用户的干扰,可通过将小区2和小区3位于边缘的用户调度在非TS3时隙实现。
下面通过具体应用中的实例来对本发明的技术方案进行示例性的说明。
以与TD-SCDMA无线通讯系统临频共存的TDD IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications Advanced,高级国际移动通信)系统为例,其无线帧为10ms(毫秒),分为两个5ms长的无线子帧。
在本实例中,如图1所示的基本无线子帧11个时隙TS0到TS10长度均为437.4μs(微秒),每个时隙包含8个OFDM符号,每个符号长度为54.6875μs。下行上行转换间隔DUSP长度为177.5μs,上行下行转换间隔UDSP长度为10μs。
在本实例中,如图2所示的增强无线子帧新增的UDSP1位于上行时隙TS2中,长度为44.6875μs,新增的DUSP1位于下行时隙TS3中,长度为10μs。下行上行转换间隔DUSP长度为122.8125μs。上行下行转换间隔UDSP长度为10μs。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。