CN101383630A - 一种通信系统中的帧结构及其帧接收方法和装置 - Google Patents

一种通信系统中的帧结构及其帧接收方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通信系统中的帧结构及其帧接收方法和装置，在保持频谱效率不变的前提下提高终端的接收性能，降低了终端接收机的复杂度。其技术方案为：该帧结构的时隙结构由参考符号部分和数据部分构成，该参考符号由一个循环前缀和一个参考符号基本码构成，其中，该参考符号部分位于时隙后端，该数据部分在该参考符号的前面。本发明应用于移动通信领域。

Description

一种通信系统中的帧结构及其帧接收方法和装置
技术领域
本发明涉及通信系统中的帧结构以及帧接收方法和装置，尤其涉及一种通信系统中的将完整的参考符号分布在时隙两端的帧结构以及帧接收方法和装置。
背景技术
在传统的广播系统中，例如模拟电视广播，为了扩大覆盖范围，相邻发射台使用不同频率以避免相互干扰，同一频率必须在一定距离以外才能复用，这就是多频网(Multi-Frequency Network，MFN)方式。在此方式下，一路信号需占用几倍的频率带宽，消耗了宝贵的频谱资源。
随着频谱资源日趋紧张和信号处理技术的发展，SFN的组网方式成为热点。所谓单频网(SFN)是指若干个发射台同一时间在同一个频率上发射同样的信号，以实现对一定服务区的可靠覆盖。单频网带来的最大好处，是频谱效率的提高。在服务区域发送一路信号只需一个频率，对于需较大带宽的电视广播而言，这一优点更为突出。多个发射台同步工作所带来的分集效果，也使得接收的可靠性得到增强，获得更好的节目覆盖率。此外，通过对发射网络(如发射机的数量、分布、单个发射机的高度、发射功率等)的调整和优化，还可降低总功耗，减轻对附近其他网络的干扰，甚至根据需要方便灵活地改变覆盖区域的分布。
单频网的提出是和多载波调制方式相联系的，例如正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)。3GPP标准组织的长期演进项目(LongTerm Evolution，LTE)所制订的标准中，引入了OFDM，采用正交频分复用多址(OFDMA)方式。当其工作于时分双工模式时，其中的一种帧结构，与目前的TD-SCDMA系统的帧结构基本相同。
对于CDMA系统，单频网模式下，来自于不同基站的信号，可以被移动终端认为是多径信号，进而进行分集处理。但在一定程度上，CDMA单频网对其接收机的处理能力有所提高。一个主要的改变是，接收机要能够容忍更长时延且其功率可能和主径信号相当的多径信号。因此，各个基站之间定时的同步、所发送数据的同步，对移动终端的接收性能有很大影响。
图1示出了一个典型的蜂窝移动通信系统。该系统是由多个小区1001～100Z构成的，其中每个小区内各有一个基站(NodeB)1011～101Z，同时在该小区服务范围内存在一定数量的用户终端(UE)1021～102k。例如，对小区1001来说，每一个用户终端1021～102k通过与所属服务小区内的基站1011保持连接，来完成与其它通信设备之间的通信功能。用户终端和基站之间进行通信的信道，从用户终端到基站方向的信道被称为上行信道，从基站到用户终端方向的信道被称为下行信道。基站1011～101Z又由无线网络控制器(RNC)103所控制和管理。由基站1011～101Z、无线网络控制器103以及其他网元设备一起，就构成了陆地无线接入网(UTRAN)110。
TD-SCDMA是3G标准的一个组成部分。目前的TD-SCDMA系统的一个小区有多个载波资源。
图2示出了TD-SCDMA系统的帧结构。该结构是根据3G合作项目(3GPP)规范TS25.221(Release 4)中的低码片速率时分双工(LCR-TDD)模式(1.28Mcps)中给出的。TD-SCDMA系统的码片速率为1.28Mcps，每一个无线帧(Radio Frame)200的长度是10ms，且划分为两个结构相同的子帧2010、2011，每个子帧的长度为5ms，即6400个码片。其中，每个TD-SCDMA系统中的子帧(例如子帧2010)又可以分为7个时隙(TS0～TS6)2020～2026、两个导频时隙(下行导频时隙(DwPTS)203和上行导频时隙(UpPTS)205)以及一个保护间隔(Guard)204。进一步的，TS0时隙2020被用来承载系统广播信道以及其它可能的下行业务信道；而TS1～TS6时隙2021～2026则被用来承载上、下行业务信道。上行导频时隙(UpPTS)205和下行导频时隙(DwPTS)203分别被用来建立初始的上、下行同步。TS0～TS6时隙2020～2026长度均为0.675ms或864个码片，其中包含两段长均为352码片的数据段(Data Part 1)208和(Data Part 2)210，以及中间的一段长为144码片的参考符号——中导码(Midamble)序列209。中导码序列209在TD-SCDMA系统有重要意义，包括小区标识、信道估计和同步(包括频率同步)等模块都要用到它。下行导频时隙(DwPTS)203包含32码片的保护间隔211、以及一个长为64码片的下行同步码(SYNC-DL)码字206，它的作用是小区标识和建立初始同步；而上行导频时隙(UpPTS)包含一个长为128码片的上行同步码(SYNC-UL)码字207，用户终端设备利用它进行有关上行接入过程。在TS1～TS6时隙2021～2026之间有一个转换点(Switching Point)212。当上下行比例是3：3时，转换点(Switching Point)212位于TS3～TS4时隙2023～2024之间，此时，用户终端所使用的上行专用业务信道被分配在TS1～TS3时隙2021～2023中，下行则通常分配在TS4～TS6时隙2024～2026中。
手机电视等广播类多媒体业务属于下行广播类业务。为了在一个载波上提供更多的多媒体业务，一种全下行的专用载波技术被提出，即一个载波上的所有时隙均为下行时隙。TD-SCDMA中的专用载波通常会组成单频网，即SFN专用载波。由于使用SFN技术，相同的信号在更广阔的不同的地点同时发送，导致多径信号间的时延更大。为了适应更大的时延，一种新的帧结构被提出。
如图3所示，为TD-SCDMA专用载波时隙结构示意图。该结构中，时隙302由一个参考符号(PreAmble)部分309和数据部分(Data Part)308构成。每个参考符号(PreAmble)309由一个循环前缀(CP)313和一个参考符号基本码(PA Code)314构成，其中循环前缀(CP)313与参考符号基本码(PA Code)314的尾部相同。循环前缀(CP)313通常被设计为32或48个码片，以便适应SFN网络多径时延大的情况。该时隙302的长度与TD-SCDMA帧结构中当前时隙(例如2022)长度相同，即864码片。另外在专用载波时，由于全是下行业务，可以将下行导频时隙(DwPTS)203、保护间隔204以及上行导频时隙(UpPTS)205合并，构成一个短时隙；其结构与专用载波时隙302相同，但数据部分更短些，时隙长度为352码片。
参考符号(PreAmble)309是参考符号的一种。参考符号在发射端所发射内容和发射方式在接收端是已知的。用户终端将接收到的参考符号与已知的内容进行对比，进而实现信道估计。如果参考符号与所要接收的数据距离很近，则可以用对参考符号的信道估计近似推导出数据部分的信道状态。
因此，从图3可见，参考符号(PreAmble)309在时隙的前面部分，存在以下问题：为了提高数据部分308的接收性能，用户终端需要进一步接收该数据部分所属时隙之后的那个时隙的参考符号(PreAmble)310部分。则用户终端要在接收完参考符号(PreAmble)310之后，才能进行数据部分的信道估计，并进而对数据部分308进行处理。这延误了用户终端对数据部分308的处理时间。当用户终端所接收业务的数据率比较高时，例如连续接收多个时隙，则对数据部分处理时间的减少，会提高对用户终端接收机能力的要求，进而提高成本。
因此，对于专用载波上的手机电视类广播业务，TD-SCDMA系统目前所提出的帧结构还需要进一步优化和改善。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种通信系统中的帧结构，适应手机电视等广播业务，保持频谱效率不变，方法简单且易于实现。
本发明的另一目的是提供了一种通信系统中的帧接收方法和装置，适用于上述帧结构的接收，在保持频谱效率不变的前提下提高终端的接收性能，降低了终端接收机的复杂度。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种通信系统中的帧结构，该帧结构的时隙结构由参考符号部分和数据部分构成，该参考符号由一个循环前缀和一个参考符号基本码构成，其特征在于，该参考符号部分位于时隙后端，该数据部分在该参考符号的前面。
上述的通信系统中的帧结构，其中，该参考符号基本码序列包括通信系统的中导码序列、Zadoff-Chu序列、M序列。
本发明还揭示了一种通信系统中的帧接收方法，包括：
接收无线信号，射频处理后获得基带信号，帧结构的时隙结构由参考符号部分和数据部分构成，该参考符号由一个循环前缀和一个参考符号基本码构成，该参考符号部分位于时隙后端，该数据部分在该参考符号的前面；
对当前时隙的参考符号进行信道估计；
判断是否存在前一时隙的信道估计结果；
如果存在前一时隙的信道估计结果，则将前一时隙和当前时隙的两个信道估计结果进行插值运算后获得当前时隙数据部分的信道估计结果；
如果不存在前一时隙的信道估计结果，则将当前时隙的参考符号的信道估计结果作为当前时隙数据部分的信道估计结果；
存储当前时隙数据部分的信道估计结果；
利用当前时隙数据部分的信道估计结果，解调当前时隙数据部分的值。
上述的通信系统中的帧接收方法，其中，该参考符号基本码序列包括通信系统的中导码序列、Zadoff-Chu序列、M序列。
基于上述的帧接收方法，本发明还揭示了一种通信系统中的帧接收装置，该装置包括：
射频模块，接收无线信号，射频处理后获得基带信号，帧结构的时隙结构由参考符号部分和数据部分构成，该参考符号由一个循环前缀和一个参考符号基本码构成，该参考符号部分位于时隙后端，该数据部分在该参考符号的前面；
信道估计模块，对当前时隙的参考符号进行信道估计，输出信道估计结果；
插值模块，从该信道估计处理单元中接收当前时隙的信道估计结果，结合前一时隙的信道估计结果，经插值运算后输出；
选择模块，如果存在前一时隙的信道估计结果，则从该插值模块接收该信道参数后，作为当前时隙数据部分的信道估计结果输出，如果不存在前一时隙的信道估计结果，则从该信道估计模块中接收输出值，直接作为当前时隙数据部分的信道估计结果输出；
存储模块，接收该选择模块的输出值，输出前一时隙数据部分的信道估计结果至该插值模块；
数据解调模块，接收该选择模块输出的当前时隙数据部分的信道估计结果，解调当前时隙数据部分的值。
上述的通信系统中的帧接收装置，其中，该参考符号基本码序列包括通信系统的中导码序列、Zadoff-Chu序列、M序列。
上述的通信系统中的帧接收装置，其中，该存储模块由D触发器链组成，按照时延顺序存储/输出时隙的信道估计结果，输入为该信道估计模块获得的按照时延顺序输出的当前时隙信道估计结果，输出为存储的按照时延顺序输出的前一时隙的信道估计结果。
上述的通信系统中的帧接收装置，其中，该插值模块为加法器，输入为该信道估计模块获得的按照时延顺序输出的当前时隙信道估计结果和该存储模块存储的按照时延顺序输出的前一时隙的信道估计结果，输出为插值信道参数。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：通过本发明对帧结构的改进以及本发明所设计的帧接收方法和装置，将用于信道估计的参考符号分布在时隙中数据部分的后端。这样，在该时隙前一个时隙后端参考符号已经接收并存储了信道估计结果的情况下，接收完该时隙后，就可以根据已有的信道估计结果和本时隙参考符号的信道估计结果，进行插值得到数据部分的信道估计。而不是和现有技术要跨时隙接收下一个时隙的参考符号之后再进行信道估计。这样本时隙的信道估计就可以在本时隙接收后进行，简化了接收机的时序设计，降低了终端的实现复杂度。
附图说明
图1是典型的蜂窝移动通信系统的简单示意图。
图2是现有技术中TD-SCDMA帧结构的示意图。
图3是现有技术中用于TD-SCDMA专用载波的帧结构示意图。
图4是本发明用于TD-SCDMA的帧结构一个实施例的示意图。
图5是本发明的帧接收方法的流程图。
图6是图5实施例对应的帧接收装置原理图。
图7是图6实施例中的存储模块和插值模块的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的实施例均以TD-SCDMA系统为例来描述帧结构及其接收方法和装置，本领域技术人员可知，这里的TD-SCDMA仅为示例，本发明的帧结构及其接收方法和装置可推广到任何一种通信系统。
图4示出了本发明的用于TD-SCDMA的帧结构的一个实施例。请参见图4，以时隙403为例，时隙403分为导参考符号部分(PreAmble)410和数据部分(Data Part)408，参考符号部分(PreAmble)410由一个循环前缀(CP)416和一个参考符号基本码(PA Code)415构成。在本发明中，参考符号部分410位于数据部分408的后面，亦即时隙后端。
参考符号基本码序列包括TD-SCDMA系统的中导码序列、Zadoff-Chu序列和M序列等PN序列。
根据上述帧结构实施例，本发明提出了一种对这种帧的接收方法。图5示出了接收方法的流程，请参见图5，下面是对该方法流程中各步骤的详细描述。
步骤S10：以改进的帧结构方式接收无线信号，射频处理后获得基带信号。
这种改进的帧结构请参见上述实施例，在此不再赘述。
步骤S11：对当前时隙i的参考符号进行信道估计，其中i表示时隙的编号，为自然数。
步骤S12：判断是否存在前一时隙i—1的信道估计结果。如果存在则进入步骤S13，否则进入步骤S14。
步骤S13：将前一时隙i—1和当前时隙i的两个信道估计结果进行插值运算，获得当前时隙i数据部分的信道估计结果。
步骤S14：将当前时隙i的信道估计结果直接作为当前时隙i数据部分的信道估计结果。
步骤S15：存储当前时隙i数据部分的信道估计结果。
步骤S16：利用当前时隙i数据部分的信道估计结果，解调当前时隙i数据部分的值。
应理解，上述步骤是循环进行的。
基于上述的帧接收方法，本发明还提出了一种帧接收装置。图6示出了装置的一个实施例，请参见图6，装置20包括：射频模块21、信道估计模块22、存储模块23、插值模块24、选择模块25和数据解调模块26。
射频模块21以改进的帧结构方式接收无线信号，经射频处理后输出基带信号。改进的帧结构如图4所示实施例相同，在此不再赘述。信道估计模块22对当前时隙i的参考符号进行信道估计后输出。
插值模块24从存储模块23中接收前一时隙i—1的信道估计结果，从信道估计模块22接收当前时隙i的信道估计结果，插值运算后输出。
请同时参见图7，插值模块24为一个加法器，输入为由信道估计模块22获得按照时延顺序输出的本时隙信道估计结果和存储模块23存储的按照时延顺序输出的上一时隙信道估计结果。
选择模块25中，如果存在前一时隙i—1的信道估计结果，则从插值模块24接收输出值，作为当前时隙i数据部分的信道估计结果，否则直接将信道估计模块22的输出值作为当前时隙i数据部分的信道估计结果输出。
存储模块23接收选择模块25的输出值，输出前一时隙数据部分的信道估计结果至插值模块24。请同时参见图7，存储模块23由D触发器链组成，按照时延顺序存储/输出时隙的信道估计结果，输入为由选择模块25获得的按照时延顺序输出的本时隙信道估计结果，输出为存储的按照时延顺序输出的上一时隙信道估计结果。
数据解调模块26接收选择模块25输出的当前时隙i数据部分的信道参数，解调当前时隙数据部分的值，并输出解调数据供后续处理。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (8)

1、一种通信系统中的帧结构，该帧结构的时隙结构由参考符号部分和数据部分构成，该参考符号由一个循环前缀和一个参考符号基本码构成，其特征在于，该参考符号部分位于时隙后端，该数据部分在该参考符号的前面。
2、根据权利要求1所述的通信系统中的帧结构，其特征在于，该参考符号基本码序列包括通信系统的中导码序列、Zadoff-Chu序列、M序列。
3、一种通信系统中的帧接收方法，包括：
接收无线信号，射频处理后获得基带信号，帧结构的时隙结构由参考符号部分和数据部分构成，该参考符号由一个循环前缀和一个参考符号基本码构成，该参考符号部分位于时隙后端，该数据部分在该参考符号的前面；
对当前时隙的参考符号进行信道估计；
判断是否存在前一时隙的信道估计结果；
如果存在前一时隙的信道估计结果，则将前一时隙和当前时隙的两个信道估计结果进行插值运算后获得当前时隙数据部分的信道估计结果；
如果不存在前一时隙的信道估计结果，则将当前时隙的参考符号的信道估计结果作为当前时隙数据部分的信道估计结果；
存储当前时隙数据部分的信道估计结果；
利用当前时隙数据部分的信道估计结果，解调当前时隙数据部分的值。
4、根据权利要求3所述的通信系统中的帧接收方法，其特征在于，该参考符号基本码序列包括通信系统的中导码序列、Zadoff-Chu序列、M序列。
5、一种通信系统中的帧接收装置，该装置包括：
射频模块，接收无线信号，射频处理后获得基带信号，帧结构的时隙结构由参考符号部分和数据部分构成，该参考符号由一个循环前缀和一个参考符号基本码构成，该参考符号部分位于时隙后端，该数据部分在该参考符号的前面；
信道估计模块，对当前时隙的参考符号进行信道估计，输出信道估计结果；
插值模块，从该信道估计处理单元中接收当前时隙的信道估计结果，结合前一时隙的信道估计结果，经插值运算后输出；
选择模块，如果存在前一时隙的信道估计结果，则从该插值模块接收该信道参数后，作为当前时隙数据部分的信道估计结果输出，如果不存在前一时隙的信道估计结果，则从该信道估计模块中接收输出值，直接作为当前时隙数据部分的信道估计结果输出；
存储模块，接收该选择模块的输出值，输出前一时隙数据部分的信道估计结果至该插值模块；
数据解调模块，接收该选择模块输出的当前时隙数据部分的信道估计结果，解调当前时隙数据部分的值。
6、根据权利要求5所述的通信系统中的帧接收装置，其特征在于，该参考符号基本码序列包括通信系统的中导码序列、Zadoff-Chu序列、M序列。
7、根据权利要求5所述的通信系统中的帧接收装置，其特征在于，该存储模块由D触发器链组成，按照时延顺序存储/输出时隙的信道估计结果，输入为该信道估计模块获得的按照时延顺序输出的当前时隙信道估计结果，输出为存储的按照时延顺序输出的前一时隙的信道估计结果。
8、根据权利要求5或7所述的通信系统中的帧接收装置，其特征在于，该插值模块为加法器，输入为该信道估计模块获得的按照时延顺序输出的当前时隙信道估计结果和该存储模块存储的按照时延顺序输出的前一时隙的信道估计结果，输出为插值信道参数。
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Contract record no.: 2018990000163

Denomination of invention: Frame receiving method and device in communication system

Granted publication date: 20121010

License type: Exclusive License

Record date: 20180626

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Effective date of registration: 20200306

Address after: 201203 Zuchongzhi Road, China (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai 2288

Patentee after: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd.

Address before: 100033 room 2062, Wenstin administrative apartments, 9 Financial Street B, Xicheng District, Beijing.

Patentee before: Xin Xin finance leasing (Beijing) Co.,Ltd.

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Effective date of registration: 20200603

Address after: 361012 unit 05, 8 / F, building D, Xiamen international shipping center, No.97 Xiangyu Road, Xiamen area, China (Fujian) free trade zone, Xiamen City, Fujian Province

Patentee after: Xinxin Finance Leasing (Xiamen) Co.,Ltd.

Address before: 201203 Zuchongzhi Road, China (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai 2288

Patentee before: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd.

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Assignee: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd.

Assignor: Xin Xin finance leasing (Beijing) Co.,Ltd.

Contract record no.: 2018990000163

Date of cancellation: 20210301

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Application publication date: 20090311

Assignee: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd.

Assignor: Xinxin Finance Leasing (Xiamen) Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021110000010

Denomination of invention: A frame receiving method and device in a communication system

Granted publication date: 20121010

License type: Exclusive License

Record date: 20210317

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Effective date of registration: 20230717

Address after: 201203 Shanghai city Zuchongzhi road Pudong New Area Zhangjiang hi tech park, Spreadtrum Center Building 1, Lane 2288

Patentee after: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd.

Address before: 361012 unit 05, 8 / F, building D, Xiamen international shipping center, 97 Xiangyu Road, Xiamen area, China (Fujian) pilot Free Trade Zone, Xiamen City, Fujian Province

Patentee before: Xinxin Finance Leasing (Xiamen) Co.,Ltd.