CN101442755B - 一种支持Relay的无线通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种支持Relay的无线通信系统，其特征在于，该系统包括：基站、中继和终端；其中在基站和中继进行数据传输时将子帧的时隙分为上行信号区和下行信号区，其中上行信号区至少包括上行混合区、下行信号区至少包括下行混合区；中继在下行信号区接收基站发送的广播信息、数据和控制信令；在下行方向，基站在下行混合区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，终端发送数据给中继，中继在接收到数据并经处理后根据基站分配的频率资源发送该数据给基站；同时终端与所述中继频分复用后发送数据给所述基站。采用本发明的方法，充分利用了系统的时频资源。此外，还可以充分减小系统开销，提高资源利用率。
Description
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Relay的无线通信系统。
背景技术
在3G和B3G(Beyond 3 Generation，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。
现有技术中，为了保持与现有3G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DL SYNC(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(guard period)。具体的参数如图2所示。
而TD-SCDMA系统在向宽带TDD系统演进的过程中，更需要增加Relay这种无线通信技术用以提高系统的容量、频带利用率和覆盖能力。而对于TD-SCDMA系统，其帧结构由10ms无线帧构成，每个无线帧分为两个5ms的无线子帧。如图3所示，每个无线子帧由7个普通时隙(TS0～TS6)和三个特殊时隙构成；其中，普通时隙用来传送数据，可以根据上下行业务的比例分配相应比例的时隙用于上下行业务数据传输；三个特殊时隙分别为DwPTS(下行导频信道，用于系统的下行同步信息的发送)，UpPTS(上行导频信道，用于用户接入的上行同步信息发送)，GP(转换保护时隙，用于提供下行发送时隙向上行发送时隙转换的时间间隔)。
而目前，图3的帧结构已经作为新一代无线宽带LTE TDD(长期演进时分双工)系统空中接口的帧结构，从而保证了与TD-SCDMA帧结构的强兼容性，从而保证了系统平滑升级和减少与原有系统的干扰。同时，对于IMT-Advanced(智能多模终端演进)系统，为了提高系统的系统，需要引入Relay等关键技术。对于一个基于图3帧结构的无线通信装置，当用于IMT-Advanced系统时，如果引入Relay，必然会对图3所示帧结构的信号处理流程和时序造成大的冲击。由于Relay是在原有的基站与终端的无线链路中间加入了一个新的设备，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。
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支持Relay的无线通信系统，有效的利用了频率资源和时间资源，提高了资源的利用率，降低了系统引入Relay所带来的信号传输时延。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
一种支持Relay的无线通信系统，该系统包括：基站、中继和终端；其中
在基站和中继进行数据传输时将子帧的时隙分为上行信号区和下行信号区，其中上行信号区至少包括上行混合区、下行信号区至少包括下行混合区；
所述中继在下行信号区接收基站发送的广播信息、数据和控制信令；
在下行方向，所述基站在下行混合区以频分复用的方式分别发送数据给终端和中继，所述中继在相应频率资源接收到所述数据后经处理后转发给所述终端；
在上行方向，终端发送数据给中继，所述中继在接收到所述数据并经处理后根据基站分配的频率资源发送该数据给基站；同时终端与所述中继频分复用后发送数据给所述基站。
相应的，在所述混合区内，中继链路和接入链路以频分复用的方式复用在一起。
相应的，将子帧中至少一个时隙设置为混合区。
相应的，所述上行信号区还可包括上行接入区、下行信号区还可包括下行接入区。
相应的，按信号时序顺序上行接入区在上行混合区之前、下行接入区在下行混合区之前。
相应的，所述中继在进行数据传输时子帧中插入一个接收/发送间隔和一个发送/接收转换间隔。
相应的，根据所述中继与所述基站间的距离预留部分时隙资源用于上行接入延述。
可以看出，采用本发明的系统，通过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，提高了系统资源的利用率，进而提高了系统的性能，并兼容TD_SCDMA系统；同时采用频分复用也提高了系统资源调度的灵活性，可以实现最小颗粒度的资源调度和有效的降低由于系统引入中继所带来的信号传输时延。
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是本发明实施例1系统的工作流程图；
图8是本发明实施例1中支持带内透明中继的TDD帧结构示意图；
图9是本发明实施例1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10是本发明实施例1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11是本发明实施例1中支持带内透明中继的信号流程示意图；
图12是本发明实施例2中支持带内透明中继的TDD帧结构示意图；
图13是本发明实施例2中的信号提前发送Δt时间的时隙示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是在无线通信系统进行数据传输时可以采用时分和频分相结合的复用方式，这样可以充分的利用系统的时频资源，提高系统的性能。
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，本发明实施例中无线通信系统进行数据传输的工作流程包括：
步骤701：在基站和中继进行数据传输时将子帧的时隙分为上行信号区和下行信号区，其中上行信号区至少包括上行混合区、下行信号区至少包括下行混合区；
步骤702：所述中继在下行信号区接收基站发送的广播信息、数据和控制信令；
步骤703：在下行方向，所述基站在下行混合区以频分复用的方式分别发送数据给终端和中继，所述中继在相应频率资源接收到所述数据后经处理后转发给所述终端；
步骤704：在上行方向，终端发送数据给中继，所述中继在接收到所述数据并经处理后根据基站分配的频率资源发送该数据给基站；同时终端与所述中继频分复用后发送数据给所述基站。
具体的，本发明实施例1系统在进行数据传输时采用与TD-SCDMA以及LTE TDD系统兼容的帧结构，支持Relay的帧结构每帧长仍为10ms，分为2个子帧。每个子帧包含7个业务时隙和3个特殊时隙(在某些情况下，UpPTS时隙的位置可以变化，甚至将其取消，从而增加GP，进而可以满足系统大覆盖的要求)，本实施例在此基础上对所述帧结构做出相应的变化：
其中，如图8所示：从基站(BS)来说，一个无线帧包含两个子帧，在每个子帧中设置混合区，即用Hybrid Zone来代替Relay Zone；每个子帧按信号时序顺序包括第一下行接入区(DL Access Zone)，上行接收混合区(UL HybridZone)，上行接入区(UL Access Zone)，下行发送混合区(DL Hybrid Zone)和第二下行接入区(DL Access Zone)。在本实施例中有两个特殊区域：上行接收混合区和下行发送混合区。对于上行接收混合区，终端和中继站可以频分复用(FDM)的方式占用上行发送资源，并接入到基站，由于IMT-Advanced系统的最大带宽要求达到100MHz，而大部分中继站的带宽要小于100MHz，如果系统中中继站需要的带宽小于系统带宽，可以让终端和中继站采用FDM的方式占用上行发送资源，从而提高了系统资源的利用率。同样道理，下行发送混合区内基站可以FDM的方式同时为终端和中继站发送数据和控制信令。在上行接入区中仅仅终端可以使用该时隙资源发送数据到基站。在第二下行接入区基站通过该时隙资源向移动台发送数据和控制信令。在下行接收混合区中，基站也会向中继发射同步信号和控制信令。
由于引入Relay后，系统仍然需要与前向兼容，而原有的系统的TS0必须是下行时隙，且用于发送下行辅助同步信号和广播信号，因此，本实施例中支持中继的基站端帧结构设计为第一下行接入区仅仅包含TS0时隙。同时在原有系统中规定了TS1必须为上行时隙，因此，本实施例将子帧中的TS1～TS6时隙分为上行信号和下行信号区，其中上行信号区分又划分为上行接收混合区和上行接入区。上行接收混合区在上行接入区的前面，这样安排的目的在于当中继站向基站发送上行数据时，不会由于上行接收混合区发送数据时间迟延而减少数据的传输量。中继站可以利用前面的GP提前发送数据，而不会干扰上行接入区的数据接收。同时，在下行信号区内分为下行发送混合区和第二下行接入区。当然，本领域技术人员了解，在上、下行信号区内还可能不存在接入区，在此不再赘述。为了保证信号传输时延的最小化，下行发送混合区必须位于第二下行接入区前面，这样将会减少基站发送到中继站信号的时延，从而使得基站与终端，基站与中继站的信号传输时延更加均衡。对于基站的帧结构，在DwPTS和UpPTS之间有下行到上行的转换点GP。
从中继来说，一个无线帧同样包含两个子帧，每个子帧由第一个下行接入区、上行中继区(UL Relay Zone)，下行接入区，下行中继区(DL Relay Zone)和下行接入区组成。第一个下行接入区仅仅包含TS0时隙，而其他zone由一个或多个剩余时隙组成。在第一个下行接入区，RS接收来自BS发送的广播信息、数据和控制信令。与BS的时隙划分对应，将TS1～TS6时隙分为上行信号区和下行信号区，其中上行信号区又分为上行中继区和上行接入区；在上行中继区，RS转发UE的数据给BS，而UE可以在上行接入区发送数据给其宿主RS。下行信号区又分为下行中继区和第二下行接入区；在下行中继区，RS可以接收来自BS的数据，并在第二个下行接入区转发给UE。在DwPTS和UpPTS之间为下行到上行的转换点GP。在上行中继区和上行接入区之间要插入发送/接收转换间隔(TTG1)，而在下行中继区和第二下行接入区之间插入接收/发送转换间隔(RTG)，同时，在下行接入区，由于下一个5ms子帧的第一下行接入区是接收区域，因此需要插入另一个发送/接收转换间隔(TTG 2)。
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9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10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11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。
此外，如图12所示，基于上述对基站的帧结构的改变，每个子帧中按信号时序顺序还可以将上行接入区划分在上行接收混合区之前、将第二下行接入区划分在下行发送混合区之前；其中，每个区域的功能和其内信号的发送或接受流程与上述描述相同，在此不再赘述。相应的，对于中继的帧结构来说，每个子帧中按信号时序顺序还可以将上行接入区划分在上行中继区之前、将第二下行接入区划分在下行中继区之前；其中，由于接入区的时序变化，且与下一个5ms子帧相连的下行中继区为接收区域，因此可以减少一个发送/接收转换间隔(TTG)。
另外，由于上行接入区放在上行中继区之前，在RTG1中除了接收到发送的转换时间外，还需要留出一定的资源用于发送数据的提前量。因此，需要格外留出UL Relay Zone或者UL Access Zone中部分资源用于上行接入的延迟，延迟时间由RS到BS的距离来决定。具体的，如图13所示，由于RS向BS发送信号传输的迟延，RS的数据需要提前时间Δt发送，发送时间Δt由RS和BS的距离决定。
可以看出，采用本发明的方法，提高了系统资源的利用率，进而提高了系统的性能；同时采用频分复用也提高了系统资源调度的灵活性，可以实现最小颗粒度的资源调度和有效的降低由于系统引入中继所带来的信号传输时延。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成，且所述的程序存储于特定存储介质中。
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 (6)
1.一种支持Relay的无线通信系统，其特征在于，该系统包括：基站、中继和终端；其中
在基站和中继进行数据传输时将子帧的时隙分为上行信号区和下行信号区，其中上行信号区包括上行接入区和上行混合区、下行信号区包括下行接入区和下行混合区；
所述中继在下行信号区接收基站发送的广播信息、数据和控制信令；
在下行方向，所述基站在下行混合区以频分复用的方式分别发送数据给终端和中继，所述中继在相应频率资源接收到所述数据后经处理后转发给所述终端；
在上行方向，终端发送数据给中继，所述中继在接收到所述数据并经处理后根据基站分配的频率资源发送该数据给基站；同时终端与所述中继频分复用后发送数据给所述基站。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
在所述混合区内，中继链路和接入链路以频分复用的方式复用在一起。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
将子帧中至少一个时隙设置为混合区。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
按信号时序顺序上行接入区在上行混合区之前、下行接入区在下行混合区之前。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述中继在进行数据传输时子帧中插入一个接收/发送间隔和一个发送/接收转换间隔。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：根据所述中继与所述基站间的距离预留部分时隙资源用于上行接入延迟。
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