CN101494637B

CN101494637B - 用于WiMAX演进系统的终端接入方法及帧结构

Info

Publication number: CN101494637B
Application number: CN2008100008370A
Authority: CN
Inventors: 余秋星; 刘敏
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-01-24
Also published as: CN101494637A

Abstract

本发明公开了一种用于WiMAX演进系统的终端接入方法及帧结构。其中，该终端接入方法包括：终端通过接收自基站的帧结构中的专用于WiMAX演进系统的前导码，获取WiMAX演进系统的带宽信息；终端通过帧结构中的专用于WiMAX兼容系统的前导码，获取终端的位置信息；终端通过专用于WiMAX兼容系统的前导码对终端与基站之间的信道进行估计，并根据信道估计结果获取WiMAX演进系统的接入参数信息；以及终端根据WiMAX演进系统的带宽信息和接入参数信息、以及终端的位置信息接入基站。通过本发明，能够解决新旧系统兼容、不同带宽的兼容等系统兼容问题、简化新系统终端的接入复杂度。

Description

用于WiMAX演进系统的终端接入方法及帧结构

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种用于WiMAX演进系统的终端接入方法及帧结构。

背景技术

作为一种多载波传输模式，正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplex，简称OFDM)通过将一组高速串行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，简称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，欧洲电信标准化组织ETSI制定的数字广播(DAB)和数字电视(DVB)均采用了OFDM/正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，简称OFDMA)技术为空中接口的无线传输标准，此外无线局域网标准IEEE802.11和无线城域网标准IEEE802.16都采用了OFDM/OFDMA技术。

无线通信技术的不断进步，导致市场需求也会发生变化，这就要求标准可以通过不断演进的过程来吸收这些新的技术，同时满足新的需求。通过这种演进的过程，标准以及按照此标准实现的系统不但可以通过平滑升级延续其生命力，保护用户已有的投资，而且还可以提供比旧系统更多更好的服务。IS95到码分多址(CDMA)1X的演进、3GPP到LTE的演进、微波存取全球互通(WorldwideInteroperability for Microwave Access，简称WiMAX)从16d到16e以及到16m的演进等都是标准演进的例子。

需要指出，由于移动通信系统是平滑演进的，如IEEE802.16e向IEEE802.16m演进，所以为了保护运营商的利益，在一定的时间内，第三代通信系统与第四代移动通信系统会共存，如基于IEEE802.16e的第三代通信系统和基于IEEE802.16m的第四代系统等将会共存。

在16e向16m演进的过程中，将16m系统定义为新系统，对应帧结构定义为新帧结构；16e系统定义为旧系统，对应帧结构定义为旧帧结构。此处的“新”、“旧”版本的提法只是为了说明上的便利。旧系统的帧结构如图1所示，包括下行(Downlink)、上行(Uplink)、以及发收转换时隙(TTG)、收发转换时隙(RTG)。其中，下行包括前导(preamble)、控制信道(DL-MAP、UL-MAP)、和数据突发。在定义新系统的帧结构的过程中，一种方法是采用与802.16e系统相同的前导符元定义新帧结构控制信息的方式来实现系统的兼容问题。该方法存在一些缺陷：比如新系统下的终端需要接收旧系统的控制信息，然后才可以接收自己的控制信息，这样就保留了旧系统设计遗留的问题，并没有改善新系统下终端的处理复杂度高的问题；而且上述这些方法只是解决了同带宽的兼容问题，没有考虑新系统的性能提升问题(比如不同带宽的兼容，小区边缘的覆盖)。

发明内容

本发明提供了一种用于WiMAX演进系统的终端接入方法及帧结构，以解决新旧系统的兼容问题。

根据本发明实施例的用于WiMAX演进系统的终端接入方法包括：终端通过接收自基站的帧结构中的专用于WiMAX演进系统的前导码，获取WiMAX演进系统的带宽信息；终端通过帧结构中的专用于WiMAX兼容系统的前导码，获取终端的位置信息；终端通过专用于WiMAX兼容系统的前导码对终端与基站之间的信道进行估计，并根据信道估计结果获取WiMAX演进系统的接入参数信息；以及终端根据WiMAX演进系统的带宽信息和接入参数信息、以及终端的位置信息接入基站。

其中，终端通过根据信道估计结果对终端与基站之间的信道进行信道均衡，从帧结构中的专用于WiMAX演进系统的广播信道获取WiMAX演进系统的接入参数信息。

其中，上述帧结构包括：专用于WiMAX演进系统的下行帧结构、专用于WiMAX演进系统的上行帧结构、专用于WiMAX兼容系统的下行帧结构、以及专用于WiMAX兼容系统的上行帧结构。

其中，专用于WiMAX演进系统的下行帧结构包括：专用于WiMAX演进系统的前导码、广播信道、控制信道、以及数据突发。专用于WiMAX演进系统的前导码位于帧结构的第一个正交频分多址接入符号的中心固定带宽处。专用于WiMAX演进系统的广播信道位于中心固定带宽的两侧。

具体地，专用于WiMAX演进系统的前导码以等间隔的方式或连续的方式分布在中心固定带宽中的多个子载波上。专用于WiMAX演进系统的广播信道以等间隔的方式或连续的方式分布在中心固定带宽的两侧。专用于WiMAX演进系统的前导码采用双相移相键控的调制方式。专用于WiMAX兼容系统的下行帧结构从帧结构的第二个正交频分多址接入符号开始连续分布。

其中，WiMAX演进系统的接入参数信息至少包括以下信息中的至少一种：映射位置信息、调制编码方式信息、重复编码指示信息、多天线发送方式信息。终端的位置信息包括：终端所在小区的标识信息和终端所在扇区的标识信息。

根据本发明实施例的帧结构包括：专用于WiMAX演进系统的下行帧结构、专用于WiMAX演进系统的上行帧结构、专用于WiMAX兼容系统的下行帧结构、以及专用于WiMAX兼容系统的上行帧结构。

其中，专用于WiMAX演进系统的下行帧结构包括：专用于WiMAX演进系统的前导码、广播信道、控制信道、以及数据突发。其中，专用于WiMAX演进系统的前导码位于帧结构的第一个正交频分多址接入符号的中心固定带宽处。专用于WiMAX演进系统的广播信道位于帧结构的第一个正交频分多址接入符号的中心固定带宽的两侧。专用于WiMAX演进系统的前导码以等间隔的方式或连续的方式分布在帧结构的第一个正交频分多址接入符号的中心固定带宽中的多个子载波上。专用于WiMAX演进系统的广播信道以等间隔的方式或连续的方式分布在帧结构的第一个正交频分多址接入符号的中心固定带宽的两侧。

其中，专用于WiMAX兼容系统的下行帧结构包括：专用于WiMAX兼容系统的前导码、帧控制头、控制信道、以及数据突发。其中，专用于WiMAX兼容系统的下行帧结构从帧结构的第二个正交频分多址接入符号开始连续分布。

通过本发明，能够解决新旧系统兼容、不同带宽的兼容等系统兼容问题、简化新系统终端的接入复杂度。而且，能够解决控制信息的边缘覆盖问题，提高控制信息的传输效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是旧系统的帧结构的示意图；

图2是根据本发明实施例的帧结构的示意图；以及

图3是利用图2所示帧结构的终端接入方法的流程图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

图1是旧系统的帧结构示意图。如图1所示，该帧结构包括下行(Downlink)部分、上行(Uplink)部分、发收转换时隙(TTG)、以及收发转换时隙(RTG)。其中，下行部分包括前导(preamble)、帧控制头(FCH)、控制信道(DL-MAP、UL-MAP)、和数据突发。该帧结构的第一个符号是preamble，第2、3个符号是FCH和DL-MAP。其中，该帧结构(用于802.16e系统)中的前导码(图1中为16e Preamble)占满整个正交频分多址接入(OFDMA)符号，利用不同长度的Preamble序列组来区分系统的工作带宽，比如5MHz系统的Preamble长度为142个比特，10MHz系统的Preamble长度为284个比特。这样，16e终端就需要存储大量的不同长度的伪随机序列，和接收的信号进行逐一匹配，最终得到系统带宽信息。

图2是根据本发明实施例的新的帧结构的示意图。如图2所示，该帧结构主要从下面几个方面来设计：1.新的前导码(16mpreamble)设计，用于实现多带宽兼容；2.新的广播信道(BCH)设计，用于描述新系统映射(图中的MAP)的位置、调制编码方式、重复编码指示、多天线发送方式等，以便实现控制信息的发送模式，提高控制信息在小区边缘的接收性能，同时能在较好信道条件下提高控制信息的传输效率，另外，BCH也可以包括专门的小区/系统信息；3.原有的802.16e系统的资源区域设计，实现新旧系统的兼容。

首先描述新的前导码(16m Preamble)设计。新系统的工作带宽从5MHz到20MHz，甚至更大的工作带宽，同时考虑其它工作带宽。为了实现多带宽的兼容问题，根据本发明的实施例采用码分的方式区分不同带宽的系统，且不同带宽的系统采用相同长度的前导码码组，前导码采用双相移相键控(BPSK)调制方式，统一占用前导符元中心的固定带宽，这个固定带宽可以通过性能和开销的折中而获得，图2中给出的是2.5MHz，也可以是5MHz、1.25MHz或其它值。前导码可采用等间隔方式映射到子载波，这样其时域符号就有重复特性。

在图2所示的帧结构中，第一个OFDMA符号用于传输前导码和BCH，这与802.16e系统有所不同。802.16e系统中的前导码(802.16e中称之为Preamble)占满整个OFDMA符号，利用不同长度的Preamble序列组来区分系统的工作带宽，比如5MHz系统的Preamble长度为142个比特，10MHz系统的Preamble长度为284个比特，这样终端就需要存储大量的不同长度的伪随机序列，和接收的信号进行逐一匹配，最终得到系统带宽信息。在图2所示的帧结构中，所有不同系统带宽的前导码统一占用第一个OFDMA符号的中心2.5MHz的带宽，前导码的长度统一，假设长度为K个比特，对应着2.5MHz带宽的K个子载波，前导码采用BPSK调制，每一个系统带宽有N个前导码，用于区分所在小区(CellID)和在该小区所处的扇区(Segment)，这样，就可以根据伪随机序列发生器来生成一个长码，取该长码的K个比特的截短码做为新系统的前导码。假设有3个不同的系统工作带宽：5MHz、10MHz、20MHz，则每一个系统带宽对应N个K长度的截短码，伪随机序列发生器至少需要生成3*K*N个比特，前导码也可以采用遍历搜索的方法来生成，但是利用伪随机序列发生器可以避免终端存储大量的前导码序列。相同长度的前导码调制在2.5MHz的中心频带上，不管是多大的工作带宽(最小工作带宽是2.5MHz)，终端只需利用滤波器对中心的2.5MHz信号进行滤波，然后用2.5MHz的采样频率进行采样，就可以得到前导码信号，然后进行前导码匹配，得到系统带宽信息，确定下行同步信息。当然，在图2所示的帧结构中，所有不同系统带宽的前导码也可以统一占用第一个OFDMA符号的中心1.25MHz的带宽，这样可以支持更小的工作带宽。

接下来描述BCH的设计。BCH位于第一个OFDMA符号中，用于描述新系统映射(图中的MAP，包括了DL-MAP和UL-MAP)的位置、调制编码方式、重复编码指示、多天线发送方式等，以便实现控制信息的发送模式，提高控制信息在小区边缘的接收性能，同时能在较好信道条件下提高控制信息的传输效率。另外，BCH也可以包括专门的小区/系统信息。这些信息在BCH通过比特进行描述，采用较为鲁棒的调制编码方式，然后进行重复编码，映射到前导码所占带宽的左边和右边各1.25MHz带宽，可以是等间隔方式、连续方式或其它方式映射到相应的子载波上。接收端可以利用第二个OFDMA符号(16e preamble)作信道估计，然后解码。

最后描述新的帧结构对原有802.16e系统的兼容问题。新的帧结构同样分为上行和下行来设计，下行依然采用分区(zone)结构的概念。在图2所示的帧结构设计中，把原有802.16e系统的帧结构视为新的帧结构中的一个zone来设计，该zone保持了原有系统下行帧结构的所有特征。新的帧结构控制信息和原有系统的控制信息完全分开，相互没有影响。在新的帧结构的控制信息中可以定义802.16e zone的起始位置和大小，也可以不做定义，直接固定在某个zone的位置上面。由于新旧系统的控制信息完全独立，因此新的帧结构可以定义自己的帧结构特征，例如新的导频模式，新的子载波排列方式等。基站可以根据资源占用情况，在新帧结构的上行控制信息和原有系统的上行控制信息中，分别对其上行资源进行定义，保证新旧系统的上行资源不发生冲突，保持时间上的连续性。这样，不管是新系统下的终端，还是旧系统下的终端，都可以通过搜索各自的前导码来接入各自的系统，然后读取各自的控制信息，实现数据的接收与发送。这种设计也便于实现原有802.16e系统的关闭，只要将新系统中关于定义802.16e帧结构的控制信息部分屏蔽就可以很方便的实现旧系统的关闭。

综上所述，在图2所示的帧结构的下行部分中，第一个正交频分多址接入符号用于传输802.16m系统的前导码和广播信息；传播广播信息的信道称为广播信道(Broadcast Channel，BCH)。其中，802.16m系统的前导码携带有系统的带宽或其它信息。802.16e系统的旧帧结构作为帧结构的一个下行分区，下行分区保持有旧帧结构的下行帧结构。802.16m系统的前导码占用第一个正交频分复用多址符号的中心固定带宽的子载波(如1.25MHz、2.5MHz或其它)，以等间隔的方式或连续的方式映射到对应的子载波上。802.16m系统的广播信息位于第一个正交频分多址接入符号中的前导码所占带宽的两侧，以等间隔的方式或连续的方式映射到对应的子载波上。其中，从第二个正交频分多址接入符号的起始位置开始，直接放置802.16e系统的下行帧结构，包括802.16e的前导码、帧控制头、下行映射等。其中，802.16m系统的下行映射信息由BCH描述，BCH包括但不局限于以下信息：下行映射的位置、调制编码方式、多天线发送方式等。其中，802.16e系统的上行和802.16m系统的上行可以是时分方式或频分方式分布。

图3是利用图2所示帧结构的终端接入方法的流程图。如图3所示，该终端接入方法包括以下步骤：S302，终端通过接收自基站的帧结构中的专用于WiMAX演进系统的前导码，获取WiMAX演进系统的带宽信息；S304，终端通过帧结构中的专用于WiMAX兼容系统的前导码，获取终端的位置信息；S306，终端通过专用于WiMAX兼容系统的前导码对终端与基站之间的信道进行估计，并根据信道估计结果获取WiMAX演进系统的接入参数信息；以及S308，终端根据WiMAX演进系统的带宽信息和接入参数信息、以及终端的位置信息接入基站。

以上是802.16m系统的终端的接入过程。如果是802.16e系统的终端，则接入过程包括以下步骤：对接收自基站的帧结构中的16e前导进行检测，获得系统带宽、小区号Cell ID和扇区号Segment ID(由于此时16e的终端不知道系统带宽，需要存储大量的不同长度的伪随机序列，和接收的信号进行逐一匹配，最终得到系统带宽信息，同时也获得小区号Cell ID和扇区号Segment ID)；解上述帧结构中的帧控制头FCH；根据FCH的指示，解出DL-MAP，以接入基站。

由以上描述可以看出，本发明解决了系统兼容问题(新旧系统兼容，不同带宽的兼容)、控制信息的边缘覆盖问题、和传输效率问题，同时方便地实现了旧系统的关闭问题，满足了新系统的相关需求。

以上所述仅为本发明的实施例而已，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。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权利要求范围之内。

Claims

1.一种用于WiMAX演进系统的终端接入方法，其特征在于，包括：

终端通过接收自基站的帧结构中的专用于WiMAX演进系统的前导码，获取所述WiMAX演进系统的带宽信息；

所述终端通过所述帧结构中的专用于WiMAX兼容系统的前导码，获取所述终端的位置信息；

所述终端通过所述专用于WiMAX兼容系统的前导码对所述终端与所述基站之间的信道进行估计，并根据信道估计结果获取所述WiMAX演进系统的接入参数信息；以及

所述终端根据所述WiMAX演进系统的带宽信息和接入参数信息、以及所述终端的位置信息接入所述基站。

2.根据权利要求1所述的终端接入方法，其特征在于，所述终端通过根据所述信道估计结果对所述终端与所述基站之间的信道进行信道均衡，从所述帧结构中的专用于WiMAX演进系统的广播信道获取所述WiMAX演进系统的接入参数信息。

3.根据权利要求2所述的终端接入方法，其特征在于，所述帧结构包括：专用于WiMAX演进系统的下行帧结构、专用于WiMAX演进系统的上行帧结构、专用于WiMAX兼容系统的下行帧结构、以及专用于WiMAX兼容系统的上行帧结构。

4.根据权利要求3所述的终端接入方法，其特征在于，所述专用于WiMAX演进系统的下行帧结构包括：专用于WiMAX演进系统的前导码、广播信道、控制信道、以及数据突发。

5.根据权利要求4所述的终端接入方法，其特征在于，所述专用于WiMAX演进系统的前导码位于所述帧结构的第一个正交频分多址接入符号的中心固定带宽处。

6.根据权利要求5所述的终端接入方法，其特征在于，所述专用于WiMAX演进系统的广播信道位于所述中心固定带宽的两侧。

7.根据权利要求6所述的终端接入方法，其特征在于，所述专用于WiMAX演进系统的前导码以等间隔的方式或连续的方式分布在所述中心固定带宽中的多个子载波上。

8.根据权利要求7所述的终端接入方法，其特征在于，所述专用于WiMAX演进系统的广播信道以等间隔的方式或连续的方式分布在所述中心固定带宽的两侧。

9.根据权利要求8所述的终端接入方法，其特征在于，所述专用于WiMAX演进系统的前导码采用双相移相键控的调制方式。

10.根据权利要求9所述的终端接入方法，其特征在于，所述专用于WiMAX兼容系统的下行帧结构从所述帧结构的第二个正交频分多址接入符号开始连续分布。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的终端接入方法，其特征在于，所述WiMAX演进系统的接入参数信息至少包括以下信息中的至少一种：映射位置信息、调制编码方式信息、重复编码指示信息、多天线发送方式信息。

12.根据权利要求11所述的终端接入方法，其特征在于，所述终端的位置信息包括：所述终端所在小区的标识信息和所述终端所在扇区的标识信息。