CN101438535A - 多跳中继宽带无线接入通信系统中支持中继服务的设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种在多跳中继无线通信系统中配置子帧以支持中继服务的设备和方法，其中，配置子帧的第一区带，以用于BS与该BS的覆盖区域内的第一MS之间的通信和至少一个RS与所述至少一个RS的覆盖区域内的第二MS之间的通信中的至少一个；并且配置该子帧的第二区带，以用于该BS与所述至少一个RS之间的通信和所述至少一个RS与另外一个RS之间的通信中的至少一个。

Description

多跳中继宽带无线接入通信系统中支持中继服务的设备和方法

技术领域

本发明一般涉及多跳中继宽带无线接入(BWA)通信系统，更具体地说，涉及用于在多跳中继BWA通信系统中同步地提供直接链路服务和中继链路服务的设备和方法。

背景技术

部署第四代(4G)移动通信系统的最关键的需求之一是建立可自配置的无线网络。可自配置的无线网络指以自主的或者分布式的方式配置的无线网络，其无需中央系统的控制来提供移动通信服务。对于4G移动通信系统来说，为了实现高速通信并且容纳更大数量的呼叫，定义了半径非常小的小区。传统的集中式无线网络设计是非可自配置的。然而，无线网络应该被建设成接受分布式控制并且积极地应对环境变化，例如新基站(BS)的增加。这是为什么4G移动通信系统需要可自配置的无线网络的原因。

为了可自配置的无线网络的实际部署，用于ad hoc网络的技术应该被引入到无线接入通信系统。一个重要的这样的示例是多跳中继BWA通信系统，该系统是通过将用于ad hoc网络的多跳中继体系应用到具有固定BS的BWA网络而配置的。

通常，因为BS和移动站(MS)通过直接链路相互通信，所以在BWA通信系统中在BS和MS之间能够容易地建立高度可靠的无线链路。然而，由于BS的固定性，无线网络的配置不灵活，使它很难在经历波动的业务分布且所需呼叫数量变化强烈的无线环境中提供有效的服务。

以上缺点能够通过中继服务克服，中继服务利用多个相邻MS或相邻中继站(RS)通过多跳传送数据。多跳中继体系的使用有助于适应环境变化的快速网络重新配置，并使得无线网络整体高效运行。另外，通过在BS和MS之间安装RS并且因此通过RS建立多跳中继通路，能够向MS提供具有更好信道状态的无线信道。能够向位于阴影区域或者与BS的通信难以获得的区域的MS提供高速数据信道，从而能够扩展小区覆盖。

图1解释了典型的多跳中继BWA通信系统的配置。

参考图1，在多跳中继BWA通信系统中，MS140、150、160和170(MS1至MS4)能够通过BS100、主RS(RS1)110及辅RS(RS2)120和130接收BWA服务。

在BS100覆盖区域101内的MS1和MS2通过直接链路L1与BS100通信。位于BS100的小区边界并且因此处于恶劣信道状态的MS2能够通过RS2130提供的RS-MS链路L2接收与通过直接链路L1的速度相比更高速的数据信道。

位于BS100的覆盖区域101之外的MS3和MS4通过RS1110提供的RS-MS链路L3与BS100通信。在BS100和MS3及MS4之间通过RS1110的通信链路扩展了小区覆盖。位于RS1110小区边界并且因此处于恶劣信道状态的MS4，能够通过利用RS2120提供的RS-MS链路L4提高它的传输容量。

如上所述，当MS位于BS的小区边界，或者位于由于例如建筑而遭受严重遮蔽效果的阴影区域，从而处于恶劣的信道状态时，BWA通信系统能够通过经由RS向MS提供质量更好的无线信道来实现MS与BS的通信。换句话说，BS能够通过多跳中继体系向小区边界和阴影区域提供高速数据信道并且扩展其覆盖范围。

根据其运行能力，RS110、120和130被归类为扩展小区覆盖的RS1(RS110)和提高容量的RS2(RS120和130)。

如上描述，RS1110用于扩展BS100的小区覆盖。因为MS3和MS4很难直接从BS100接收服务，所以它们通过RS1110获得与BS100的同步并且向BS100执行网络进入(entry)。因此，RS1110提供用于MS160和170的初始接入的功能，即向MS3和MS4提供控制信道(或者业务信道)和随机接入信道。

为了提高服务容量，RS2120和RS2130向位于它们小区覆盖区域内的MS2和MS4中继服务。MS2从BS100接收控制信道和随机接入信道，并且从RS2130接收业务信道。MS4从RS1110接收控制信道和随机接入信道，并且从RS2120接收业务信道。

通常，在BWA通信系统中BS和MS之间的发送/接收通过具有图2所示配置的帧进行。图2解释了与电气电子工程师协会(IEEE)802.16标准一致的时分双工(TDD)帧结构，用于BS和MS之间的数据发送/接收。

参考图2，TDD帧200被分为下行(DL)子帧210和上行(UL)子帧220以及两者之间被称为发送/接收转换间隙(TTG)的保护区域。在TDD帧之间插入被称为接收/发送转换间隙(RTG)的保护区域。

前导码和公共控制信道被包括在DL子帧210的强制时隙中并向BS的小区覆盖区域广播。位于BS覆盖区域内的MS从前导码和公共控制信道获得同步和控制信息。

如上所述，RS1向由于位于覆盖区域之外而很难与BS建立直接链路的MS或RS提供BWA服务。因此，RS1必须向所述MS或者RS提供控制信息和初始测距时隙，以用于网络进入及用户业务服务。尤其是，为了确保对MS的向后兼容性，RS1必须如图3所示以与通过直接链路相同的配置来通过间接链路提供服务。

对于中继服务，在从BS或者MS接收控制信道或者业务信道之后，RS将之中继。这是为什么RS在单一方向子帧中执行发送和接收两者的原因。

图3解释了在传统多跳中继BWA通信系统中的TDD帧结构。

参考图3，单一方向子帧300被分为直接链路区带301和间接链路区带303，并且另外一个单一方向子帧310被分为直接链路区带311和间接链路区带313。为了中继服务，子帧300和310的预定部分被分配给间接链路区带303和313。因此，RS在直接链路区带301和311中接收用于中继的信息和数据，并且在间接链路区带303和313中中继它们。

例如，RS1在直接链路区带301或311中接收来自BS或MS的待中继的控制信息和业务突发(traffic burst)，然后在间接链路区带303或313中将它们中继给BS或者MS。

RS2在直接链路区带311或301中从MS或BS接收待中继的单播业务突发，然后在间接链路区带303或313中将它们中继给MS或BS。

当以图3所示的帧结构进行通信时，提供BWA服务的不同节点具有不同的帧定时，即在BWA通信系统中不同的节点异步工作，如图4所示。

图4是解释在传统多跳中继BWA通信系统中MS的发送和接收定时的示图。

参考图4，从BS接收直接链路服务的MS具有BS帧421的定时，因为通信在直接链路区带401和411中进行。另一方面，从RS接收中继链路服务的MS具有RS帧423的定时，因为通信在间接链路区带403和413中进行。

通常，在BWA通信系统中根据发送到帧中固定位置的控制信息和前导码执行同步和切换。然而，如图4所示，由于MS取决于为它们提供服务的主体(subject)而异步工作，因此如图5所示切换和同步非常困难。

图5解释了当MS在在传统多跳中继BWA通信系统中移动时的信号流。

参考图5，当MS520(MS1)在从BS500接收服务的同时从BS500移动到RS1510的覆盖区域时，MS1必须从RS1510接收前导码和控制信息。

当MS530(MS2)在从RS1510接收服务期间从RS1510移动到BS500时，MS2必须从BS500接收前导码和控制信息。

发明内容

技术问题

但是，如图3所示，BS 500和RS1 510异步工作，因此使MS1和MS2在切换之后很难获得前导码和控制信息。

此外，由于BS在直接链路子帧中同时向MS和RS提供服务，如图3所示，因此配置BS支持RS的系统的自由度较低。

技术方案

本发明的一个方面是为了基本上解决至少上述问题和/或缺点并且提供至少下列优点。因此，本发明的一个方面是提供在多跳中继BWA通信系统中使MS能够有效执行切换并获取同步的帧配置方法以及支持该方法的设备。

本发明的另外一个方面是提供在多跳中继BWA通信系统中增加配置中继链路的自由度的帧配置方法和支持该方法的设备。

本发明的再一个方面是提供一种设备和方法，用于通过在多跳中继BWA通信系统中配置包括连接链路子帧和中继链路子帧的子帧来实现直接链路服务和中继链路服务之间的同步。

根据本发明的一个方面，提供一种方法，用于配置子帧以支持多跳中继BWA通信系统中的中继服务，其中该子帧的第一区带被配置用于BS与该BS覆盖区域中的第一MS之间的通信和每个RS与该RS覆盖区域内的第二MS之间的通信中的至少一个，并且该子帧的第二区带被配置用于该BS与每个RS之间的通信和RS与另一个RS之间的通信中的至少一个。

根据本发明的另一个方面，提供一种方法，用于配置子帧以支持多跳中继BWA通信系统中的中继服务，其中，该子帧的第一区带被配置用于BS-MS通信和RS-MS通信中的至少一个，该子帧的第二区带被配置用于BS-RS通信、RS-RS通信和RS-MS通信中的至少一个，并且该子帧的第三区带被配置用于BS-MS通信和RS-RS通信中的至少一个。

根据本发明的再一个方面，提供一种在多跳中继BWA通信系统中支持中继服务的BS的方法，其中该BS根据预定子帧配置在子帧的第一区带中与MS通信，并且在子帧的第二区带中与RS通信。

根据本发明的再一个方面，提供一种在多跳中继BWA通信系统中支持中继服务的RS的方法，其中，该RS基于从较高级别(higher)节点接收的控制信息执行网络进入，并且获取用于支持中继服务的子帧配置信息，在第n帧的子帧的第二区带中从较高级别的节点接收同步信道、控制信息和业务突发，并且在第(n+1)帧中的子帧的第一区带向MS发送异步信道和接收到的控制信息及业务突发。

根据本发明的再一个方面，提供一种在多跳中继BWA通信系统中支持中继服务的设备，其中，定时控制器根据帧控制提供发送和接收定时信号，以用于与MS通信的MS通信区带的信号和与RS通信的RS通信区带的信号，RF双工器将MS通信区带的信号和RS通信区带的信号分开，收发机根据发送和接收定时信号与MS和RS之一通信。

有益效果

根据如上所述的本发明，多跳中继BWA通信系统在信号发送时段内以时分复用的方式复接连接链路区带和中继链路区带。结果，直接服务和中继服务在同步的帧中被透明地提供给MS。因此，有助于MS的切换和同步。另外，因为在其中RS接收服务的中继链路区带被配置成与连接链路区带独立，所以可以根据跳数和信道环境提高配置中继链路的自由度。

附图说明

当结合附图时，从下列详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加明显，附图中：

图1解释了在典型的BWA通信系统中通过多跳中继体系的服务提供；

图2解释了在典型的BWA通信系统中的TDD帧结构；

图3解释了在传统多跳中继BWA通信系统中的TDD帧结构；

图4是解释了在传统多跳中继BWA通信系统中MS的发送和接收定时的示图；

图5解释了当MS在传统多跳中继BWA通信系统中移动时的信号流；

图6解释了在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的子帧结构；

图7解释了在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的帧结构；

图8和图9解释了在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的中继链路子帧结构；

图10解释了在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的BS、MS和RS的定时；

图11解释了在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的帧结构；

图12解释了在根据本发明的3跳或更多跳的BWA通信系统中的帧结构；

图13解释了在根据本发明的3跳或更多跳中继的BWA通信系统中用于BS和RS1的帧结构；

图14解释了在根据本发明的3跳或更多跳中继的BWA通信系统中用于RS2和MS的帧结构；

图15是解释在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中BS的运行的流程图；

图16是解释在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中RS的运行的流程图；并且

图17是在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的BS的框图。

具体实施方式

将在下面参考附图描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，将不详细描述公知的功能或结构，因为它们将使本发明在无关的细节中不明显。

本发明提供一种技术，用于在多跳中继BWA通信系统中同步从BS和RS提供给MS的服务，并且增加配置帧中的中继链路区域的自由度。

下面的描述将在时分双工(TDD)正交频分复用(OFDM)无线通信系统的上下文中进行，然而本发明也可以应用于使用任何其它多址体系的通信系统或者频分双工(FDD)通信系统。这里，术语主RS或者RS1被定义为向扩展的覆盖区域提供控制信号的高能力RS，并且术语辅RS或者RS2被定义为为了提高容量而主要中继业务突发的低能力RS。

在BWA通信系统中，如图6所示，为了同步发送具有相同定时的直接链路服务和中继链路服务，子帧被分为连接链路子帧和中继链路子帧。直接链路是BS或者RS与MS通信所经过的链路，中继链路是BS与RS或者RS与较低级别(lower)RS通信所经过的链路。连接链路子帧被配置成与IEEE802.16一致。

图6解释了在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的子帧结构。

参考图6，子帧600被分成连接链路子帧610和中继链路子帧620。连接链路子帧610和中继链路子帧620通过时分来区别。

在下行，根据信号目的地区别连接链路子帧610和中继链路子帧620。BS-MS传输或者RS-MS传输发生在连接链路子帧610中，而BS-RS或较高级别RS-较低级别RS传输发生在中继链路子帧620中。

在上行，根据信号源区别连接链路子帧610和中继链路子帧620。MS-BS传输或者MS-RS传输发生在连接链路子帧610中，而较低级别RS-较高级别RS或RS-BS传输发生在中继链路子帧620中。

在连接链路子帧中，BS和RS与MS透明地通信。换句话说，BS和RS提供服务从而使MS不知道直接链路服务和中继链路服务之间的区别，并且MS知道与BS的通信。如果信息在BWA通信系统中经过多跳传播，中继链路子帧620根据多跳链路的数量被分成多个区域。

根据图6所示的子帧结构，帧可以以图7所示的方式配置。

图7解释了在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的帧结构。

参考图7，帧被分为DL子帧700和UL子帧710。根据图6所示的子帧结构，连接链路子帧701和中继链路子帧703被时分复用在DL子帧700中，而连接链路子帧711和中继链路子帧713被时分复用在UL子帧710中。

在每个子帧700和710中，为了透明地通知MS基于前导码的帧起始和TTG的位置，连接链路子帧701或者711位于中继链路子帧703或713之前。

BS 720和RS1 730在连接链路子帧701和711中与它们服务的MS通信。特别地，来自BS 720的直接链路服务和来自RS1 730的中继链路服务通过频分复用(FDM)、空分复用(SDM)或者正交频分复用(OFDM)在连接链路子帧701或者711中提供。

为了透明中继，RS1 730以与BS 720向MS提供直接链路服务相同的方式向MS提供控制信息和业务突发。RS2从BS 720或者RS1 730分配到预定的突发区带705或者707，并且在突发区带705或707中向MS提供单播业务信道。

在中继链路子帧703和713中，BS 720与RS1 730通信或者RS1 730与它的较低级别RS通信。中继链路子帧703和713根据小区环境具有固定长度或者可变长度。可以应用能够为中继链路子帧703和711定义新的功能和用途的先进的技术，因此中继链路子帧703和711的配置在图7中未详细说明。

在BWA通信系统被扩展到多跳的情况下，可以根据多跳链路的数量对中继链路子帧703和713进行时分，如图8和图9所示。

图8和图9解释了在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的中继链路子帧结构。中继链路子帧可以被配置成包括各种结构的控制信道和业务信道。

参考图8和图9，中继链路子帧803和813每个都根据多跳的数量被分割。

在图8中，用于中继链路的区带以跳数降序的顺序复用在中继链路子帧803和813中。更具体地说，在复用的中继链路子帧803和813中，(n-1)跳RS与n跳RS之间的链路在BS与1跳RS之间的链路之前。

在图9中，用于中继链路的区带以跳数升序的顺序复用在中继链路子帧803和813中。更具体地说，在复用的中继链路子帧803和813中，BS和1跳RS之间的链路在(n-1)跳RS和n跳RS之间的链路之前。这里，系统中的跳数指RS的数量。

如图7、图8和图9所示，在单一方向的子帧的分开的连接链路子帧和中继链路子帧中，BS向RS1或者MS提供服务，并且RS1向MS或RS2提供服务。如图10所示，BS和RS在相同的定时开始帧。即，BS和RS同步地(以相同的定时)向MS提供连接链路服务。

图10解释了在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中BS、MS和RS的定时。下面的描述在2跳中继系统的上下文中进行。因此，RS1和RS2向不同的MS提供一跳中继服务。

参考图10，在时间段D_t1期间，基站920在DL子帧900的连接链路子帧901中向它服务的MS发送控制信息和数据突发。在时间段D_t3期间，BS 920也在中继链路子帧903中向RS1 940和RS2 930发送控制信息和数据突发。

RS1 940在时间段D_t1期间在连接链路子帧901中向它服务的MS发送控制信息和数据突发，并且在时间段D_t3期间在中继链路子帧903中从BS920接收用于中继的控制信息和数据突发。如果BWA通信系统被扩展到3跳或者更多跳，并且包括两跳中继系统，则RS1 940分割中继链路子帧903的时隙，并且在中继链路子帧903的预定时隙中向下一跳的RS发送控制信息和数据突发。复用在中继链路子帧903中的时隙的大小根据多跳的数量和信道状态自适应地决定。

在连接链路子帧901中，对于RS2 930，控制信道时段D_t2为空，并且RS930在剩余时段，即，D_t1-D_t2期间向MS发送单播数据突发。在中继链路子帧903中，RS2 930在时间段D_t3期间从BS 920接收用于中继的控制信息和数据突发。

MS 950在连接链路子帧901中从BS 920或者RS接收控制信道和数据突发。在中继链路子帧903中，MS 950在确定子帧903不是分配给它自己之后忽略中继链路子帧903，并且因此置于空闲模式。

在上行子帧910的时段内，BS 920在时间段U_t1期间在连接链路子帧911中从MS接收初始测距信息和数据突发，并且在时间段U_t3期间在中继链路子帧913中从RS1 940和RS2 930接收初始测距信息和数据突发。

RS1 940在时间段U_t1期间在连接链路子帧911中从MS接收用于中继的初始测距信息和数据突发。RS1 940也在时间段U_t3期间在连接链路子帧913中向BS 920发送初始测距信息和数据突发。RS1 940在信号发送之前补偿无线信道的延迟。

在连接链路子帧911中，控制信道时段U_t2对于RS2 930为空，并且RS2 930在剩余时段U_t1-U_t2期间从MS接收用于中继的数据突发。RS2 930在时间段U_t3期间在中继链路子帧913中向BS 920发送单播业务突发。RS2930在信号发送之前补偿无线信道的延迟。

在连接链路子帧911中，MS 950在时间段U_t1期间向BS 920或者RS发送初始测距信息和业务突发。MS 950在信号发送之前补偿无线信道的延迟。

MS 950在确定子帧913不是分配给它自己之后忽略中继链路子帧913。如上所述，RS在单一方向子帧中在发送和接收之间切换。因此，在DL子帧900和UL子帧910中需要保护区域(例如RS TTG和RS RTG)。例如，可以通过在中继链路子帧的第一个码元中设置短前导码来形成保护区域，从而使RS能够在中继链路子帧剩余的时段内运行在切换后的运行模式。可以通过减少形成帧的前导码的重复序列的数量来创建该短前导码。

或者，BS在连接链路子帧901和中继链路子帧903之间形成预定的间隙，从而使RS能够运行在切换后的运行模式。

图11解释了在根据本发明的另一个实施例的多跳中继BWA通信系统中的帧结构。本实施例的特征是连接链路子帧的配置与中继链路子帧的配置相同。

参考图11，在2跳中继系统中，DL子帧1000被分为连接链路子帧1001和中继链路子帧1003，并且UL子帧1010被分为连接链路子帧1011和中继链路子帧1013。

在连接链路子帧1001和1011中以FDM、SDM或OFDM的方式提供来自BS的直接链路服务和来自RS的中继链路服务。

BS在中继链路子帧1003和1013中与RS通信。

上述实施例解释了在2跳中继BWA通信系统中支持中继服务的帧结构。如果BWA通信系统被扩展到3跳或者更多跳，则图8中所示的帧结构可以以图12中所示的特定形式来构造。参考图12，将描述在中继链路子帧中复用两个中继链路区带从而通过多跳提供中继服务。

图12解释了根据本发明实施例的3跳或者更多跳中继BWA通信系统的帧结构。下面的描述在明确BS、RS和MS在共享一个频率的空间复用帧中进行通信的情况下进行。这里，RS1是直接从BS接收数据并且中继该数据的1跳RS，并且RS2是经由RS1从BS接收数据并且中继该数据的2跳RS。

参考图12，第j帧1100被分为DL子帧1110和UL子帧1120。DL子帧1110被进一步分为第一区带1111、第二区带1113和第三区带1115。UL子帧1120被进一步分为第一区带1121、第二区带1123和第三区带1125。第二和第三区带1113和1115对应于图8所示的复用的中继链路子帧803，第二和第三区带1123和1125对应于图8所示的复用的中继链路子帧813。

第一区带1111和1121包括BS-MS链路子帧和RS-MS链路子帧，BS-MS链路子帧用于在BS1130与第一MS1160(MS1)之间通信，RS-MS链路子帧用于在RS1 1140与第二MS1 170(MS2)之间和RS2 1150与第三MS 1180(MS3)之间通信。第二区带1113和1123包括BS-RS链路子帧和RS-MS链路子帧。如果系统运行在四跳或者更多跳之上，则第二区带1113和1123包括BS-RS链路子帧、RS-RS链路子帧和RS-MS链路子帧。第三区带1115和1125包括BS-MS链路子帧和RS-RS链路子帧。

TTG存在于DL子帧1110和UL子帧1120之间。

当第j帧1100支持多跳中继服务时，BS 1130在第一区带1111和第三区带1115中向BS 1130服务的MS1发送下行数据。BS 1130也在第二区带1113中向RS1 1140发送下行数据。

BS 1130在UL子帧1120的第一区带1121和第三区带1125中从MS1接收上行数据。BS 1130也在第二区带1123中从RS1 1140接收上行数据。

RS1 1140在DL子帧1110的第一区带1111中向它服务的MS2发送下行数据。RS1 1140也在第二区带1113中从BS 1130接收下行数据。在第三区带1115中，RS1 1140向RS2 1150发送下行数据。

在UL子帧1120中，RS1 1140在第一区带1121中从MS2接收上行数据，并且在第二区带1123中向BS 1130发送上行数据。在第三区带1125中，RS11140从RS2 1150接收上行数据。

在DL子帧1110中，RS2 1150在第一区带1111和第二区带1113中向RS2 1150服务的MS3发送下行数据，并且在第三区带1115中从RS1 1140接收下行数据。

在上行子帧1120中，RS2 1150在第一区带1121和第二区带1123中从MS3接收上行数据，并且在第三区带1125中向RS1 1140发送上行数据。如果系统运行在4跳或者更多跳之上，则RS2 1150能够在第二区带1113和1123中与较低级别的RS通信，而不是与MS3通信。即，对于3跳系统，RS2 1150是最后一跳RS，因此RS2 1150与MS3通信而不是与较低级别的RS通信。

MS1、MS2和MS3在第j帧1100的DL子帧1110中从它们链接到的节点接收下行数据，并且在第j帧1100的UL子帧1120中向所述节点发送上行数据。

例如，MS1在DL子帧1110的第一区带1111和第三区带1115中从BS1130接收下行数据，并且在UL子帧1120的第一区带1121和第三区带1125中向BS 1130发送上行数据。

MS2在DL子帧1110的第一区带1111中从RS1 1140接收下行数据，并且在UL子帧1120的第一区带1121中向RS1 1140发送上行数据。

MS3在DL子帧1110的第一区带1111和第二区带1113中从RS2 1150接收下行数据，并且在UL子帧1120的第一区带1121和第二区带1123中向RS2 1150发送上行数据。

在BWA通信系统运行在如图12所示的方式，并且每个子帧都根据IEEE802.16标准构造的情况下，BS和RS1的帧结构在图13中示出，并且RS2和MS的帧结构在图14中示出。

图13解释了根据本发明的3跳或者更多跳中继BWA通信系统的BS和RS1的帧结构。

参考图13，第j帧被分为DL子帧1200和UL子帧1220。DL子帧1200被配置成第一区带1211、第二区带1213和第三区带1215，并且UL子帧1220被配置成第一区带1221、第二区带1223和第三区带1225。在DL子帧1200和UL子帧1220之间插入TTG。

BS 1230和RS1 1240在DL子帧1210的第一区带1211中配置将发送到它们覆盖区域中的MS的DL子帧。下行子帧分别依次包括用于同步的前导码、控制信息和DL突发。前导码和控制信息位于固定的位置。

在第二区带1213中，BS 1230配置将发送到RS1 1240的DL子帧。下行子帧依次包括用于RS1 1240同步的前导码、控制信息和DL突发。

因此，RS1 1240在第二区带1213中从BS 1230接收信号。

在第三区带1215中，BS 1230转换到空闲模式或者配置将发送给MS1的DL子帧。DL子帧仅包括下行突发。同样，在第三区带1215中，RS1 1240配置将发送到RS2的DL子帧，即较高级别的RS为较低级别的RS配置DL子帧。DL子帧包括用于较低级别RS的同步的前导码、控制信息和下行突发。

在UL子帧1220中，BS 1230和RS1 1240在第一区带1221中从它们覆盖区域内的MS接收控制信息(例如测距信号)和上行突发。

RS1 1240在第二区带1223中配置将发送到BS 1230的UL子帧。因此BS 1230从RS1 1240接收信号。

在第三区带1225中，BS 1230处于空闲模式或者从MS1接收信号。并且，RS1 1240从RS2接收信号。即较高级别RS在第三区带1225中从较低级别RS接收信号。

图14解释了根据本发明的在3跳或更多跳中继BWA通信系统中RS2和MS的帧结构。

参考图14，第j帧被分为DL子帧1300和UL子帧1320。DL子帧1300被分为第一区带1311、第二区带1313和第三区带1315，并且UL子帧1320被分为第一区带1321、第二区带1323和第三1325。在DL子帧1300和UL子帧1320之间插入TTG。

RS2 1350在DL子帧1310的第一区带1311和第二区带1313中配置用于它们覆盖区域内的MS3的DL子帧。在第一区带1311内创建的DL子帧依次包括用于MS3的同步的前导码、控制信息和下行突发。在第二区带1313中创建的DL子帧仅包括MS3的下行突发。

RS2 1350在第三区带1315中从RS1 1340接收信号。

在DL子帧1310中，MS从为MS服务的节点接收DL子帧。

在UL子帧1320的第一区带1321和第二区带1323中，RS2 1350从MS3接收控制信息(例如测距信号)和上行突发。

在第三区带1325中，RS2 1350为RS1 1340配置UL子帧。该UL子帧依次包括控制信息和上行突发。

MS在第一区带1321中配置将发送到服务所述MS的节点的UL子帧。所述UL子帧分别依次包括控制信息和上行块。

MS在第二区带1323和第三区带1325中根据它们的服务节点配置UL子帧。例如，与BS 1330通信的MS1在第三区带1325中为BS 1330配置UL子帧。与RS2 1350通信的MS3在第二区带1323中为RS2 1350配置UL子帧。

如果该BWA通信系统是3跳或者更多跳系统并且因此RS2 1350连接到较低级别的RS，则RS2 1350在第二区带1313和1323中与较低级别的RS通信而不是与MS3通信。

在上述实施例中，同步信道位于第一、第二和第三区带中的每个区带的起始。可以设想另外一个实施例，其中同步信道位于第二和第三区带中的每个区带的末尾。

现在将描述在BWA通信系统中使用上述帧结构通信的BS和RS的运行。

图15是解释在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中BS的运行的流程图。

参考图15，在步骤1401中BS为形成一帧的连接链路子帧701和中继链路子帧703分配资源。连接链路子帧701和中继链路子帧703的时段是固定的或者根据服务环境自适应变化的。如果在BS的覆盖区域内没有RS，则中继链路子帧703可以不被使用。在步骤1403中，BS在连接链路子帧701中与MS通信。

在步骤1405中BS还在中继链路子帧703中与RS通信。例如，在下行，BS在连接链路子帧701中向MS发送控制信息和业务突发，并且之后在中继链路子帧703中向RS发送控制信息和业务突发。

在上行，BS在连接链路子帧701中从MS接收初始测距信息和业务突发，并且之后在中继链路子帧703中从RS接收初始测距信息和业务突发。然后BS结束该算法。

图16是根据本发明解释在多跳中继BWA通信系统中RS的运行的流程图。

参考图16，在加电之后，RS在步骤1501中监测对来自BS的前导码和控制信息的接收。当接收到前导码和控制信息时，RS在步骤1503中利用前导码和控制信息执行网络进入。以与MS相同的方式，RS通过连接链路而不是通过中继链路执行网络进入。之后RS基于从初始化获得的中继链路信息建立中继链路。或者，RS可以通过中继链路而不是连接链路执行初始化。

在步骤1505和1507中，根据BS的运行能力和RS的中继能力，RS通过建立的中继链路和连接链路支持宽带服务。例如，RS在中继链路子帧703中从BS或较高级别RS接收用于中继服务的控制信息和业务突发，并且之后在下一帧的连接链路子帧701中将控制信息和业务突发发送到MS。如果在RS下面存在较低级别的RS，RS可以在中继链路子帧703中向较低级别RS发送控制信息和业务突发。然后RS结束该算法。

虽然上面描述了RS如何与BS通信，但相同的描述也可用于RS和其较高级别RS之间的通信。

BS被配置成具有用于与MS通信的连接链路收发机和用于与RS通信的中继链路收发机。但是，BS也能够利用单个收发机支持中继链路和连接链路。

图17是在根据本发明的多跳中继BWA通信系统中的BS的框图。

参考图17，BS包括用于中继链路的第一收发机1601、用于连接链路的第二收发机1603、定时控制器1605、RF双工器1607和天线1609。第一收发机1601和第二收发机1603具有相同的配置，因此将仅描述第一收发机1601。

第一收发机1601包括发送机1611、接收机1621和RF开关1631。发送机1611具有帧生成器1613、资源映射器1615、调制器1617和数模转换器(DAC)1619。

帧生成器1613配置中继链路子帧以向RS传送控制信息和业务突发。第二收发机1641的帧生成器1643配置连接链路子帧以向MS传送控制信息和业务突发。

资源映射器1615将从帧生成器1613接收到的中继链路子帧映射到分配给中继链路子帧的链路的突发。调制器1617根据预定的调制和编码体系(MCS)级别调制经过映射的子帧。数模转换器(DAC)1619将数字信号转换成模拟信号，将模拟信号上变频成RF信号，并且将RF信号提供给RF开关1631。接收机1621具有模数转换器(ADC)1623、解调器1625、资源解映射器1627和帧提取器1629。

ADC 1623将通过RF开关1631在中继链路子帧中从RS接收到的RF信号下变频成基带信号，并且将模拟基带信号转换成数字信号。解调器1625根据预定MCS级别解调数字信号。资源解映射器1627从接收自解调器1625的链路的突发中提取实际的子帧。帧提取器1629在从资源解映射器1627中接收到的子帧中提取用于接收机1621的子帧。例如，帧提取器1629从接收自RS的UL子帧中提取中继链路子帧。第二收发机1641的帧提取器1659从接收自MS的UL子帧中提取中继链路子帧。

RF开关1631在定义控制器1605的控制下将发送机1611和接收机1621其中之一切换到RF双工器1607。

定时控制器1605控制用于中继链路服务时段或者连接链路服务时段的发送和接收定时。

取决于中继链路服务时段或者连接链路服务时段，RF双工器1607向收发机1601或1603发送通过天线1609接收到的RF信号。

尽管参照本发明的特定优选实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的前提下，可以对其进行形式和细节上的各种修改。

Claims (40)

1.一种在多跳中继无线通信系统中配置子帧以支持中继服务的方法，该方法包括：

配置子帧的第一区带，以用于基站BS与该BS的覆盖区域内的第一移动站MS之间的通信和至少一个中继站RS与所述至少一个RS的覆盖区域内的第二MS之间的通信中的至少一个；以及

配置该子帧的第二区带，以用于该BS与所述至少一个RS之间的通信和所述至少一个RS与另外一个RS之间的通信中的至少一个。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一区带和第二区带在子帧中通过时分和频分中的至少一个来区别。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述子帧的第一区带包括BS-MS链路子帧和RS-MS链路子帧中的至少一个。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述BS-MS链路子帧与RS-MS链路子帧通过频分多址FDMA、空分多址SDMA和正交频分多址OFDMA中的至少一个来区别。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述BS-MS链路子帧和RS-MS链路子帧具有相同的配置。

6.如权利要求3所述的方法，其中所述至少一个RS是提供同步信道的主RS和不提供同步信道的辅RS中的一个。

7.如权利要求6所述的方法，其中如果所述至少一个RS是辅RS，则所述RS-MS链路子帧在用于同步信道和控制信道的区域中为空。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述子帧的第二区带包括BS-RS链路子帧和RS-RS链路子帧中的至少一个。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述BS-RS链路子帧和RS-RS链路子帧通过时分和频分中的至少一个复用。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述子帧的第一区带和第二区带根据服务环境具有固定长度和可变长度其中之一。

11.如权利要求1所述的方法，其中在所述子帧的第一区带和第二区带之间插入保护区域。

12.一种用于在多跳中继无线通信系统中配置子帧以支持中继服务的方法，该方法包括：

配置子帧的第一区带，以用于基站BS-移动站MS通信和中继站RS-MS通信中的至少一个；

配置该子帧的第二区带，以用于BS-RS通信、RS-RS通信和RS-MS通信中的至少一个；以及

配置该子帧的第三区带，以用于BS-MS通信和RS-RS通信中的至少一个。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一区带、第二区带和第三区带在子帧中通过时分和频分中的至少一个来区别。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述子帧的第一区带包括BS-MS链路子帧和RS-MS链路子帧中的至少一个。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述BS-MS链路子帧与RS-MS链路子帧通过频分多址FDMA、空分多址SDMA和正交频分多址OFDMA之一来区别。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述BS-MS链路子帧和RS-MS链路子帧具有相同的配置。

17.如权利要求12所述的方法，其中所述子帧的第二区带包括BS-RS链路子帧、RS-RS链路子帧和RS-MS链路子帧中的至少一个。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述BS-RS链路子帧、RS-RS链路子帧和RS-MS链路子帧通过时分和频分中的至少一个来区别。

19.如权利要求12所述的方法，其中所述子帧的第三区带包括BS-MS链路子帧和RS-RS链路子帧中的至少一个。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述BS-MS链路子帧与RS-RS链路子帧通过时分和频分中的至少一个来区别。

21.如权利要求12所述的方法，其中所述子帧的第一区带、第二区带和第三区带根据服务环境具有固定长度和可变长度之一。

22.如权利要求12所述的方法，其中同步信道位于所述子帧的第一区带的起始。

23.如权利要求12所述的方法，其中同步信道位于所述子帧的第一区带和第二区带中的每个区带的起始和末尾其中之一。

24.一种在多跳中继无线通信系统中支持中继服务的基站BS的方法，该方法包括：

根据预定的子帧配置在子帧的第一区带中与移动站MS通信；以及

在该子帧的第二区带中与中继站RS通信。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述第一区带和第二区带根据服务环境具有固定长度和可变长度中的一个。

26.如权利要求25所述的方法，进一步包括，如果所述第一区带和第二区带具有可变长度，则为该第一区带和第二区带分配资源，以使得所述BS根据用于第一区带和第二区带的资源分配进行通信。

27.如权利要求24所述的方法，其中在所述子帧的第一区带和第二区带之间插入保护区域。

28.如权利要求24所述的方法，其中所述第一区带和第二区带在子帧中通过时分和频分中的至少一个来区别。

29.如权利要求24所述的方法，其中同步信道位于所述子帧的第一区带的起始。

30.如权利要求24所述的方法，其中同步信道位于所述子帧的第二区带的起始和末尾其中之一。

31.一种在多跳中继无线通信系统中支持中继服务的中继站RS的方法，该方法包括：

基于从较高级别节点接收到的控制信息执行网络进入，并且获得用于支持中继服务的子帧配置信息；

在第n帧中的子帧的第二区带中，从该较高级别节点接收同步信道、控制信息和业务突发；以及

在第(n+1)帧中的所述子帧的第一区带中，向移动站MS发送同步信道、接收到的控制信息和业务突发。

32.如权利要求31所述的方法，其中所述RS是提供同步信道的主RS和不提供同步信道的辅RS其中之一。

33.如权利要求32所述的方法，其中如果所述RS是辅RS，则该RS在用于同步信道和控制信道的区域中填入空。

34.如权利要求31所述的方法，其中所述较高级别节点是基站BS和较高级别RS其中之一。

35.如权利要求31所述的方法，其中所述网络进入包括：

根据预定的子帧配置，在为所述较高级别节点与MS通信而设置的区带内从该较高级别节点接收所述控制信息；以及

基于接收到的控制信息向该较高级别节点执行网络进入。

36.如权利要求31所述的方法，其中所述网络进入包括：

根据预定的子帧配置，在为所述较高级别节点与RS通信而设置的区带内从该较高级别节点接收所述控制信息；以及

基于接收到的控制信息向该较高级别节点执行网络进入。

37.一种在多跳中继无线通信系统中支持中继服务的设备，该设备包括：

定时控制器，其根据帧配置提供用于与移动站MS通信的MS通信区带的信号和用于与中继站RS通信的RS通信区带的信号的发送和接收定时信号；

射频RF双工器，其将MS通信区带的信号和RS通信区带的信号分开；以及

收发机，其根据所述发送和接收定时信号与MS和RS之一通信。

38.如权利要求37所述的设备，其中，所述收发机包括：

第一收发机，用于与MS通信；和

第二收发机，用于与RS通信。

39.如权利要求38所述的设备，其中所述第一收发机包括：

发送机，用于根据所述发送和接收定时信号为MS配置子帧；

接收机，用于根据该发送和接收定时信号从MS接收信号并恢复数据；以及

开关，用于在所述定时控制器的控制下将所述发送机和接收机之一切换到所述RF双工器。

40.如权利要求38所述的设备，其中所述第二收发机包括：

发送机，用于根据所述发送和接收定时信号为RS配置子帧；

接收机，用于根据该发送和接收定时信号从RS接收信号并恢复数据；以及

开关，用于在所述定时控制器的控制下将所述发送机和接收机之一切换到所述RF双工器。

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