CN101521646A - 子帧分配系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种子帧分配系统及方法。其中，该子帧分配系统包括：参数获取单元，用于获取通信系统的系统参数；子帧分割单元，用于根据系统参数，将通信系统的每个数据帧分成多个子帧；以及子帧分配单元，用于根据通信系统的下、上行业务需求，分别为下行业务和上行业务分配专用于下行业务的子帧和专用于上行业务的子帧。通过本发明，可以降低系统的反馈时延，从而可以满足高速移动用户的业务要求。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种子帧分配系统及方法。
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(CP)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、实现简单等特点使正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，简称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(Orthogonal Frequency Division Multiplex 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，而且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的LTE演进，微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess，简称WiMAX)从16d到16e以及到16m的演进等都是标准演进的例子。
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)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)、控制信道(DL-MAP、UL-MAP)、和数据突发。在16e向16m的演进过程中，往往会对系统的功能和性能提出更高的要求。如数据反馈时延(data latency)是系统级功能需求，在旧系统中最大反馈时延大于10毫秒，通常至少需要15毫秒；而对新系统，要求其最大反馈时延不大于10毫秒。因此，目前的旧系统存在缺陷，不能满足新系统的需求。
发明内容
鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种子帧分配系统及方法。
根据本发明实施例的子帧分配系统包括：参数获取单元，用于获取通信系统的系统参数；子帧分割单元，用于根据系统参数，将通信系统的每个数据帧分成多个子帧；以及子帧分配单元，用于根据通信系统的上下行业务需求，分别为下行业务和上行业务分配专用于下行业务的子帧和专用于上行业务的子帧。
其中，参数获取单元包括：设置单元，用于设置通信系统的子载波间隔fΔ、以及每个数据帧的帧长T和每个数据帧包含的正交频分复用符号的循环前缀长度LCP；获取单元，用于根据子载波间隔fΔ、以及每个数据帧的帧长T和正交频分复用符号的循环前缀长度LCP，获取每个数据帧包含的正交频分复用符号的个数K。其中，每个子帧包含的正交频分复用符号的个数相等或不等。
其中，设置单元还用于设置通信系统的快速傅立叶变化大小NFFT和采样因子n。获取单元还用于根据快速傅立叶变化大小NFFT和采样因子n获取通信系统的采样点数Ns，进而根据采样点数、正交频分复用符号的循环前缀长度、以及每个数据帧包含的正交频分复用符号的个数获取每个数据帧的空闲采样点的个数Nidle和/或通信系统的频谱效率feff，其中，Nidle＝Ns-NFFT×K-LCP×K，feff＝NFFT×K/NS。
根据本发明实施里的子帧分配系统还包括：子帧调整单元，用于根据每个数据帧的空闲采样点的个数和/或通信系统的频谱效率，对一个或多个子帧中的一个或多个正交频分复用符号的循环前缀长度进行调整。
根据本发明实施例的子帧分配方法，包括以下步骤：确定通信系统的系统参数；根据系统参数，将通信系统的每个数据帧分成多个子帧；以及根据通信系统的上下行业务需求，分别为下行业务和上行业务分配专用于下行业务的子帧和专用于上行业务的子帧。
其中，确定系统参数的过程包括：设置通信系统的子载波间隔fΔ、以及每个数据帧的帧长T和每个数据帧包含的正交频分复用符号的循环前缀长度LCP；根据子载波间隔fΔ、以及每个数据帧的帧长T和正交频分复用符号的循环前缀长度LCP，获取每个数据帧包含的正交频分复用符号的个数K。
通过本发明，可以降低系统的反馈时延，从而可以满足高速移动用户的业务要求。
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是旧系统的帧结构示意图；
图2是旧系统下反馈时延的示意图；
图3是根据本发明实施例的子帧分配系统的框图；
图4是根据本发明的第一实施例的反馈时延的示意图；
图5是根据本发明的第二实施例的反馈时延的示意图。
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3是根据本发明实施例的子帧分配系统的框图。如图3所示，该子帧分配系统包括：参数获取单元302，用于获取通信系统的系统参数；子帧分割单元304，用于根据系统参数，将通信系统的每个数据帧分成多个子帧；以及子帧分配单元306，用于根据通信系统的上下行业务需求，分别为下行业务和上行业务分配专用于下行业务的子帧和专用于上行业务的子帧。
其中，参数获取单元包括：设置单元，用于设置通信系统的子载波间隔fΔ、以及每个数据帧的帧长T和每个数据帧包含的正交频分复用符号的循环前缀长度LCP；获取单元，用于根据子载波间隔fΔ、以及每个数据帧的帧长T和正交频分复用符号的循环前缀长度LCP，获取每个数据帧包含的正交频分复用符号的个数K。其中，每个子帧包含的正交频分复用符号的个数相等或不等。
其中，设置单元还用于设置通信系统的快速傅立叶变化大小NFFT和采样因子n。获取单元还用于根据快速傅立叶变化大小NFFT和采样因子n获取通信系统的采样点数Ns，进而根据采样点数、正交频分复用符号的循环前缀长度、以及每个数据帧包含的正交频分复用符号的个数获取每个数据帧的空闲采样点的个数Nidle和/或通信系统的频谱效率feff，其中，Nidle＝Ns-NFFT×K-LCP×K，feff＝NFFT×K/NS。
根据本发明实施里的子帧分配系统还包括：子帧调整单元，用于根据每个数据帧的空闲采样点的个数和/或通信系统的频谱效率，对一个或多个子帧中的一个或多个正交频分复用符号的循环前缀长度进行调整。
图3所示子帧分配系统进行子帧分配的过程包括以下步骤：步骤一，确定通信系统的系统参数，如帧长T毫秒、带宽WMHz、快速付利叶变化(FFT)大小NFFT、子载波间隔fΔ、采样因子n等；步骤二，确定采样频率fs MHz以及一帧中包含的采样点数Ns；步骤三，假设一帧中包含K个OFDM符号，每个符号循环前缀的长度是LCP个采样点，则定义空闲采样点Nidle，可由下式计算：Nidle＝Ns-NFFT×K-LCP×K，其中，不同K和LCP会有对应的Nidle，这样可以获得K和LCP的集合；步骤四，根据实际准则，选择合适的K和LCP；步骤五，将所有的K个符号分成M组，每组称之为一个子帧；以及步骤六，根据上下行业务需要，进行合理的上下行分配，即确定每个子帧用于上行还是下行。
其中，以上所述的通信系统可以是802.16e，也可以是802.16m系统，或其它OFDM/OFDMA系统。步骤二中的采样频率fs和采样点数Ns可以通过步骤一的系统参数简单求得。步骤三中的空闲采样点Nidle应该保证不小于零。步骤四中的实际准则，可以是最小化空闲采样点Nidle，也可以是最大化频谱效率feff＝NFFT×K/NS，或者其它准则。其中，一帧包含多个子帧，每个子帧包含的符号数目可以是相等的，也可以是不等的。每个子帧中的OFDM符号的循环前缀长度可以是相等的，也可以是不等的。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
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)、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个符号是帧控制头FCH和DL-MAP，而UL-MAP作为下行的一个突发传输。
图2是旧系统下反馈时延的示意图。旧系统中的一个5毫秒(ms)帧长分为一个下行部分DL、一个上行部分UL、以及一个TTG和一个RTG。图2中的下行、上行只是个示意，下行中包含了图1所示的前导和控制信道。假设接收端的数据处理时隙(包括解调和解码的时间)需要1ms左右，这个假设在实际中是合理的。因此，在终端接收到基站发送的第一帧的DL部分后，由于需要数据处理时间，需要在第二帧的UL部分才能反馈确认(ACK)/否认(NACK)消息进行确认，基站经过处理后，最快能在隔一帧(第四帧)后启动下一部分的数据传输。这样，旧系统的反馈时延是15ms。而这个反馈时延是不能满足新系统的需求的。
图4是根据本发明的第一实施例的反馈时延的示意图。根据本发明实施例的子帧分配系统进行的分配过程包括：步骤一，设置新系统参数：帧长是5ms，带宽10MHz，FFT大小是1024，子载波间隔是10.9375kHz，采样因子是28/25；步骤二，算得采样频率为11.2MHz，一帧中包含的采样点数目是56000个；步骤三，一般循环前缀长度的范围是从0到1023，则可以获得一帧中符号数目K和对应循环前缀长度LCP的值的集合，其中符号数目K的取值范围从30到54；步骤四，采用最小化空闲采样点Nidle，同时兼顾实际中存在半径不同的小区覆盖，简化网络部署，因此，选择出符号数目K分别为40和50的情况，对应的循环前缀的长度是376(对应长CP)和96(对应短CP)个采样点，这两个循环前缀对应的时间长度是33.57和8.57微秒(us)，此时的空闲采样点Nidle等于0；步骤五，将子帧长度定义为0.5ms，这样一帧就分成了10个子帧，长CP时每个子帧有4个符号，短CP时每个子帧有5个符号；步骤六，根据上下行业务的实际情况，确定每个子帧是用于上行还是下行。由于上下行转化需要时间，往往将上行或下行的最后一个符号作为转换时隙。作为例子，将上下行比例设置为6：4。假设数据处理时间为1ms，在该实施例下的反馈时延的分析如图4所示。在图4中，黑色网格表示前导，向下的箭头表示下行的子帧，向上的箭头表示上行的子帧，图中没有专门画出TTG和RTG，一般是1个或连续多个下行子帧的最后一个符号作为TTG，而1个或连续多个上行子帧的最后一个符号作为RTG。由图4可以看出，反馈时延为5ms，小于图2所示的10ms。当然，考虑数据处理时间，在上下行比例为6：4而上下行子帧的位置不同时，或其它比例时，可以获得不同的反馈时延，在此就不再举例。而0.5ms长的子帧设计还易于与其它标准共存，如3GPP LTE。
图5是根据本发明的第二实施例的反馈时延的示意图。根据本发明实施例的子帧分配系统进行的分配过程包括：步骤一到步骤三与第一实施例相同；步骤四，采用最小化空闲采样点Nidle和兼顾频谱效率的原则，选择符号数目是53个，对应的循环前缀CP是32个采样点(即2.85us)，空闲采样点数目是32个(即2.85us)；参考旧系统的帧结构，如图1所示，5ms帧中的前3个符号是用来发送前导、FCH、DL-MAP的，因此，步骤五，就将53个符号分成11个子帧，其中第1个子帧包含前3个符号，对应的长度是282.75us，该子帧固定为下行，用于发送前导、FCH、DL-MAP，也可以是类似的信息；第2到11个子帧中每个包含5个符号，对应长度是471.25us，这10个子帧根据情况配置为上行或下行。作为例子，假设上下行比例设为7:4，数据处理时间是1ms。在图5中，黑色网格表示第一个子帧，用于下行；在第2到11个子帧中，向下的箭头表示下行的子帧，向上的箭头表示上行的子帧，图中没有专门画出TTG和RTG，一般是1个或连续多个下行子帧的最后一个符号作为TTG，而1个或连续多个上行子帧的最后一个符号作为RTG。由图5可知，反馈时延可以达到3.77ms。当然，考虑数据处理时间，在上下行比例为7:4而上下行子帧的位置不同时，或其它比例时，可以获得其它的反馈时延。
综上所述，本发明能够降低系统的反馈时延，从而可以满足高速移动用户的业务要求。另外，由于本发明引入了子帧设计，所以与旧系统(802.16e)相比，可以降低资源指配的开销；根据子帧中符号数目和循环前缀长度的不同，可以适应不同的应用场景，以便于实际中采用合理的网络规划。同时，根据本发明设计的帧结构，可以同时适用于时分双工模式(TDD)和频分双工模式(FDD)。
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 (8)
1.一种子帧分配系统，其特征在于，包括：
参数获取单元，用于获取通信系统的系统参数；
子帧分割单元，用于根据所述系统参数，将所述通信系统的每个数据帧分成多个子帧；以及
子帧分配单元，用于根据所述通信系统的下、上行业务需求，分别为所述下行业务和所述上行业务分配专用于下行业务的子帧和专用于上行业务的子帧。
2.根据权利要求1所述的子帧分配系统，其特征在于，所述参数获取单元包括：
设置单元，用于设置所述通信系统的子载波间隔fΔ、以及所述每个数据帧的帧长T和所述每个数据帧包含的正交频分复用符号的循环前缀长度LCP；
获取单元，用于根据所述子载波间隔fΔ、以及所述每个数据帧的帧长T和所述正交频分复用符号的循环前缀长度LCP，获取所述每个数据帧包含的所述正交频分复用符号的个数K。
3.根据权利要求1或2所述的子帧分配系统，其特征在于，每个所述子帧包含的所述正交频分复用符号的个数相等或不等，每个所述正交频分复用符号的循环前缀长度相等或不等。
4.根据权利要求3所述的子帧分配系统，其特征在于，所述设置单元还用于设置所述通信系统的快速傅立叶变化大小NFFT和采样因子n。
5.根据权利要求4所述的子帧分配系统，其特征在于，所述获取单元还用于根据所述快速傅立叶变化大小NFFT和所述采样因子n获取所述通信系统的采样点数Ns，进而根据所述采样点数、所述正交频分复用符号的循环前缀长度、以及所述每个数据帧包含的所述正交频分复用符号的个数获取所述每个数据帧的空闲采样点的个数Nidle和/或所述通信系统的频谱效率feff，其中，Nidle＝Ns-NFFT×K-LCP×K，feff＝NFFT×K/NS。
6.根据权利要求5所述的子帧分配系统，其特征在于，还包括：
子帧调整单元，用于根据所述每个数据帧的空闲采样点的个数和/或所述通信系统的频谱效率，对一个或多个所述子帧中的一个或多个所述正交频分复用符号的循环前缀长度进行调整。
7.一种子帧分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定通信系统的系统参数；
根据所述系统参数，将所述通信系统的每个数据帧分成多个子帧；以及
根据所述通信系统的上下行业务需求，分别为所述下行业务和所述上行业务分配专用于下行业务的子帧和专用于上行业务的子帧。
8.根据权利要求7所述的子帧分配方法，其特征在于，确定所述系统参数的过程包括：
设置所述通信系统的子载波间隔fΔ、以及所述每个数据帧的帧长T和所述每个数据帧包含的正交频分复用符号的循环前缀长度LCP；
根据所述子载波间隔fΔ、以及所述每个数据帧的帧长T和所述正交频分复用符号的循环前缀长度LCP，获取所述每个数据帧包含的所述正交频分复用符号的个数K。
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