CN101540707A - 一种WiMAX系统超帧结构的设置方法和接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WiMAX系统超帧结构的设置方法和接入方法，该设置方法包括以下步骤：所述超帧结构设置前导、广播信道、映射、下行突发和上行突发；并且，所述超帧结构设置多个帧；每个帧按照时分方式分别设置多个旧版本系统和新版本系统的下行子帧和上行子帧；并且，将每个帧的第一个子帧设置为下行子帧。采用上述方案，本发明能够兼容旧版本的WiMAX系统，增加系统上下行资源配置的灵活性，降低开销，以满足新版本系统更低反馈时延、更高峰值速率、更高频谱效率的要求。

Description

一种WiMAX系统超帧结构的设置方法和接入方法

技术领域

本发明涉及数字通信领域，尤其涉及的是下一代WiMAX(WorldwideInteroperability for Microwave Access，微波存取全球互通)演进系统的超帧结构的设置方法和接入方法。

背景技术

作为一种多载波传输模式，正交频分复用(OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplex)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(ISI，Inter-symbol Interference)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/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。

随着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CDMA1X的演进，3GPP的LTE演进，WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，微波存取全球互通)从802.16d到802.16e(以下简称16e)，以及到802.16m(以下简称16m)的演进等等都是标准演进的例子。

目前，IEEE802.16工作组的TGm任务组正在致力于制定改进的空中接口规范16m，该规范能支持更低的反馈时延、更高的峰值速率、更高的频谱效率和扇区容量。

16e规定的系统帧结构定义如图1所示，16e帧结构包括下行(DL，Downlink)、上行(UL，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(burst)。为了实现16m的需求，解决原有16e系统帧设计的弊端尤为重要。16e前导在下行链路第一个符号的整个带宽上发送，而且不同带宽(如5MHz，10MHz，20MHz)的16e采用不同的前导，这会带来实现上的复杂和接入时间长的问题。

因此，在定义16m帧结构的过程中，一种方法是在16e帧结构中引入了子帧、新的前导和控制信道，另一种方法是只引入子帧和新的控制信道。这些方法虽然在一定程度上解决了16m关于低反馈时延的要求，但降低了上下行配置的灵活性，同时也在一定程度上增加了开销，而开销的增加会影响和限制16m高峰值速率和高吞吐量的实现。根据16m空口标准的需求，16m系统的帧结构必须支持现有WiMAX系统的终端，需要在后向兼容性方面有所考虑。

因此，现有技术需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在WiMAX系统演进时，如何实现新版本系统的后向兼容性，同时提高新版本系统的效能、降低反馈时延、减少开销、不影响上下行配置的灵活性。

本发明的技术方案如下：

一种WiMAX系统超帧结构的设置方法，其包括以下步骤：所述超帧结构设置前导、广播信道、映射、下行突发和上行突发；并且，所述超帧结构设置多个帧；每个帧按照时分方式分别设置多个旧版本系统和新版本系统的下行子帧和上行子帧；并且，将每个帧的第一个子帧设置为下行子帧。

所述的设置方法，其中，所述超帧结构的第一帧的第一个子帧设置至少四个正交频分复用多址符号，第一个符号是传输所述新版本系统的前导码和广播信息，第二个符号是所述旧版本系统的前导，第三、四个符号分别是所述旧版本系统的帧控制头和下行映射。

所述的设置方法，其中，所述超帧结构的各帧的第一个子帧设置至少四个正交频分复用多址符号，第一个符号是传输所述新版本系统的前导码和广播信息，第二个符号是所述旧版本系统的前导，第三、四个符号分别是所述旧版本系统的帧控制头和下行映射。

所述的设置方法，其中，所述新版本系统的前导码携带系统的带宽信息，占用其所在的正交频分复用多址符号的中心固定带宽的子载波；所述前导码是以等间隔的方式或连续的方式映射到对应子载波。

所述的设置方法，其中，所述新版本系统的广播信息设置在其对应的前导码所占带宽的两侧；所述广播信息是以等间隔的方式或连续的方式映射到对应子载波；所述广播信息携带系统信息和/或描述系统的下行上行映射。

所述的设置方法，其中，所述新版本系统的前导码所占带宽与所述新版本系统的广播信息所占带宽之和为预设值。

所述的设置方法，其中，所述新版本系统的映射设置在所述新版本系统的下行突发，由所述新版本系统的广播信息描述，所述新描述包括位置、调制编码方式、多天线发送方式、功率控制；所述新版本系统的映射用于描述除了预留给所述旧版本系统之外的时频资源，所述时频资源包括分配情况、调制编码方式、多天线发送方式、功率控制。

所述的设置方法，其中，所述旧版本系统是802.16e系统，所述新版本系统是802.16m系统。

一种WiMAX系统超帧结构的接入方法，所述超帧结构包括前导、广播信道、映射、下行突发和上行突发，并且，所述超帧结构由多个帧组成；每个帧按照时分方式分别包括多个旧版本系统和新版本系统的下行子帧和上行子帧；并且，每个帧的第一个子帧是下行子帧；所述接入方法包括以下步骤：A1、判断终端要接收新版本系统的信息，则执行A2，终端要接收旧版本系统的信息，则执行A3；A2、检测所述新版本系统的前导码，获取所述新版本系统的带宽信息，检测所述旧版本系统的前导码，获得其携带的小区号和扇区号，进行信道估计，解出广播信道，获得下行映射信息，实现接入；A3、检测所述旧版本系统的前导码，获取所述旧版本系统的带宽信息，以及携带的小区号和扇区号，解帧控制头，解出映射信息，实现接入。

所述的接入方法，其中，步骤A2具体包括以下步骤：A21、检测所述新版本系统的前导码，获取所述新版本系统的带宽信息，判断所述旧版本系统的前导集合；A22、匹配所述旧版本系统的前导码，获得其携带的小区号和扇区号；A23、进行信道估计，解出广播信道，获得下行映射信息，实现接入；所述映射信息包括位置、调制编码方式、多天线发送方式。

采用上述方案，本发明能够兼容旧版本的WiMAX系统，增加系统上下行资源配置的灵活性，降低开销，以满足新版本系统更低反馈时延、更高峰值速率、更高频谱效率的要求。

附图说明

图1为现有技术的帧结构示意图；

图2为本发明超帧结构的一种实施方式的示意图；

图3为本发明超帧结构的另一种实施方式的示意图；

图4为本发明接入方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明的主旨是提供一种WiMAX系统的超帧结构设置方法和接入方法，使得按照新的帧结构所设计的新系统可以兼容原有的16e的同时，增加上下行比例配置的灵活性和降低控制信道的开销。

因此，本发明提出了一种WiMAX系统超帧结构的设置方法，其包括以下步骤：所述超帧结构设置前导、广播信道、映射、下行突发和上行突发；并且，所述超帧结构设置多个帧；每个帧按照时分方式分别设置多个旧版本系统和新版本系统的下行子帧和上行子帧；并且，将每个帧的第一个子帧设置为下行子帧。即，本发明提出了一种WiMAX系统的超帧结构设计方案。该超帧结构由多个帧组成，每个帧又由多个下行子帧和上行子帧组成，每个帧的第一个子帧为下行子帧，其它每个子帧要么用于下行，要么用于上行，各下行子帧和上行子帧是按照时分方式划分的，并且，为了支持旧版本的WiMAX系统终端，如16e，新系统中，如16m，超帧结构中部分下行子帧和上行子帧预留给旧版本系统使用，旧版本WiMAX系统的下行帧和上行帧在所述预留的下行和上行子帧的时隙上。一般来说，所述旧版本系统可以是802.16e系统，所述新版本系统可以是802.16m系统。

例如，所述新系统的超帧结构包括前导、用于携带广播信息的广播信道映射(MAP)和下行、上行突发。

如图1所示，是旧版本系统16e的帧结构示意图。该帧结构包括下行(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。该帧结构的第一个符号是preamble、第2、3个符号是帧控制头。所述的旧版本系统中的前导码，在图1中为16e 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。

进一步的，所述超帧结构的第一帧的第一个子帧设置至少四个正交频分复用多址符号，第一个符号是传输所述新版本系统的前导码和广播信息，第二个符号是所述旧版本WiMAX系统的前导，第三、四个符号分别是所述旧版本系统的帧控制头FCH和下行映射DL-MAP。即，所述超帧结构中第一帧的第一个子帧至少包含四个正交频分复用多址符号：第一个符号用于传输新系统的前导码和广播信息。

或者，进一步的，所述超帧结构的各帧的第一个子帧设置至少四个正交频分复用多址符号，第一个符号是传输所述新版本系统的前导码和广播信息，第二个符号是所述旧版本系统的前导，第三、四个符号分别是所述旧版本系统的帧控制头和下行映射。即，所述超帧结构中除第一帧外，其余各帧的第一个子帧为下行子帧，其至少包含四个正交频分复用多址符号：第一个符号用于传输新系统的数据突发或其它信息。

进一步的，所述新系统的前导码携带有系统的带宽或其它信息，占用该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；前导码可以是等间隔的方式映射到对应子载波，也可以是连续的方式映射。

进一步的，所述新系统的广播信息放置在该正交频分复用多址符号中的前导码所占带宽的两侧；广播信息可以是等间隔的方式映射到对应子载波，也可以是连续的方式映射或其它方式。

进一步的，所述新系统的广播信息可以携带系统信息或/和描述新系统的下行上行映射。

进一步的，所述新系统的前导码所占带宽与广播信息所占带宽之和为某个固定的值，如2.5MHz、5MHz或其它。

进一步的，所述新系统的映射位于新系统下行突发，由广播信息来描述，包括但不局限于位置、调制编码方式、多天线发送方式、功率控制等。

进一步的，所述新系统的映射用于描述除了预留给旧版本系统之外的时频资源，包括但不局限于分配情况、调制编码方式、多天线发送方式、功率控制等。

上述超帧结构的一种实施方式如图2所示，其中，16e的帧长是5ms(毫秒)，根据实际应用场景确定16m的超帧长度是20ms，即16m超帧由4个5ms帧组成。16e和16m的系统带宽都是5MHz，16m的前导占2.5MHz带宽，BCH占2.5MHz带宽。如图2所示，16m由2个5ms帧组成，第一个帧的8个子帧分别是SF0，...，SF7，第二个帧的8个子帧分别是SF8，...，SF15，第三个帧的8个子帧分别是SF16，...，SF23，第四个帧的8个子帧分别是SF24，...，SF31，每个子帧由6个OFDM符号组成。16m超帧中第一帧的第一个子帧中，第1个符号包括位于中心频带的16m前导，和位于16m前导两侧的BCH，BCH携带了系统带宽等系统信息；第2～4个符号是16e的前导和控制信道；第5～6个符号用于传输16m的下行突发。第一帧中第2～8个子帧用于传输16e的下行和上行、16m的下行和上行，具体的组合如图2中所示。在第二帧中的第一个子帧，其第1、5、6个符号用于16m的下行，第2～4个符号是16e的前导和控制信道；第二帧中的第2～8个子帧分别用于传输16e、16m的上下行；第三、四帧的结构类似于第二帧，其具体组合如图中所示。由图2可知，16e的终端能够顺利接入16m系统，保证了后向兼容；而根据16m前导和BCH的设计，16m的终端可以快速接入系统，如16m前导对于不同的系统带宽5MHz、10MHz、20MHz，都只占用中心频带的2.5MHz，BCH占用两侧的总共2.5MHz，BCH携带一些系统信息以及描述新系统映射MAP的位置、调制编码方式、重复编码指示、多天线发送方式等；同时16m的反馈时延大为降低；16m的前导和BCH的发送周期是10ms，加上对16m资源指配采用更为有效的设计，则与16e相比，16m可以大大降低开销。

上述超帧结构的一种实施方式如图3所示，其中，16e的帧长是5ms，根据实际应用场景确定16m的超帧长度是20ms，16e系统带宽是10MHz，16m系统带宽是20MHz，16m的前导占2.5MHz带宽，BCH占2.5MHz带宽。如图3所示，16m由2个5ms帧组成，第一个帧的8个子帧分别是SF0，...，SF7，第二个帧的8个子帧分别是SF8，...，SF15，第三个帧的8个子帧分别是SF16，...，SF23，第四个帧的8个子帧分别是SF24，...，SF31，每个子帧由6个OFDM符号组成。16m超帧中第一帧的第一个子帧中，第1个符号包括位于中心频带2.5MHz的16m前导，和位于16m前导两侧共2.5MHz的BCH，BCH携带了系统带宽等系统信息，其它资源可以用于发送16m下行突发；第2～4个符号是16e的前导和控制信道，占用频带中间的10MHz；第5～6个符号用于传输16m的下行突发。在第二帧中的第一个子帧，其第1、5、6个符号用于16m的下行，第2～4个符号是16e的前导和控制信道；第二、三、四帧中的第2～8个子帧分别用于传输16e、16m的上下行，其具体组合如图3中所示。由图3可知，16e的终端能够顺利接入16m系统，保证了后向兼容；而根据16m前导和BCH的设计，16m的终端可以快速接入系统；16m的反馈时延大为降低；16m可以大大降低开销。在用于发送16e下行和上行的时隙中，由于16e只占用频带中间的10MHz，其它的资源可以用于16m的下行和上行。

并且，本发明还提供了一种WiMAX系统超帧结构的接入方法，应用于包含了上述的超帧结构的系统中；其包括以下步骤。

A1、判断终端要接收新版本系统的信息，则执行A2，终端要接收旧版本系统的信息，则执行A3；

A2、检测所述新版本系统的前导码，获取所述新版本系统的带宽信息，检测所述旧版本系统的前导码，获得其携带的小区号和扇区号，进行信道估计，解出广播信道，获得下行映射信息，实现接入；其中，步骤A2具体可以包括以下步骤：A21、检测所述新版本系统的前导码，获取所述新版本系统的带宽信息，判断所述旧版本系统的前导集合；A22、匹配所述旧版本系统的前导码，获得其携带的小区号和扇区号；A23、进行信道估计，解出广播信道，获得下行映射信息，实现接入；所述映射信息包括位置、调制编码方式、多天线发送方式。

例如，对于新系统的终端，其接入方法包括以下步骤：

1)在固定的前导带宽下，终端首先搜索出对应的前导码，获得其携带的信息，如系统带宽；

2)根据所获得的系统带宽信息，判断16e的前导集合；

3)匹配16e的前导码，获得其携带的小区号Cell ID和扇区号Segment ID；

4)利用16e的前导符号进行信道估计，解出广播信道(BCH，Broadcast Channels)，获得映射MAP的位置、调制编码方式、多天线发送方式等信息；

5)根据BCH携带的信息，用相应的方式接收下行映射。

A3、检测所述旧版本系统的前导码，获取所述旧版本系统的带宽信息，以及携带的小区号和扇区号，解帧控制头，解出映射信息，实现接入；也就是说，对于旧版本系统的终端，按照原来的方法接入系统。

下面给出一个更详细的例子，如图4所示，首先需要判断终端是16e的终端还是16m的终端。如果是16m的终端，则接入步骤如下：

1)进行16m前导的检测，获得系统的带宽等信息；

2)进行16e前导的检测，获得小区号Cell ID和扇区号Segment ID；

3)利用16e的前导进行信道估计；

4)根据步骤3的结果，进行信道均衡，解出BCH；

5)根据BCH的指示：描述新系统映射MAP的位置、调制编码方式、重复编码指示、多天线发送方式等，解出MAP信息。

如果是16e的终端，则接入步骤如下：

1)进行16e前导的检测，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。

2)解帧控制头FCH；

3)根据FCH的指示，解出DL-MAP。

这样，采用本发明提供的一种WiMAX系统的超帧结构设置和接入方法，能够兼容旧版本的WiMAX系统，增加系统上下行资源配置的灵活性，降低开销，以满足新系统更低反馈时延、更高峰值速率、更高频谱效率的要求。

本发明的优点是采用超帧结构，可以增加上下行比例配置的灵活性和降低控制信道的开销；同时，可以根据业务模型选择合适的超帧长度、子帧长度和子帧组合，并根据新系统和旧版本WiMAX系统的业务模型进行合理和灵活的子帧分配。该超帧结构在兼容旧版本系统的基础上，能实现WiMAX到更高带宽系统的平滑演进。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，本发明还可有其它多种实施例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种WiMAX系统超帧结构的设置方法，其包括以下步骤：

所述超帧结构设置前导、广播信道、映射、下行突发和上行突发；

并且，所述超帧结构设置多个帧；

每个帧按照时分方式分别设置多个旧版本系统和新版本系统的下行子帧和上行子帧；

并且，将每个帧的第一个子帧设置为下行子帧。

2、根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，所述超帧结构的第一帧的第一个子帧设置至少四个正交频分复用多址符号，第一个符号是传输所述新版本系统的前导码和广播信息，第二个符号是所述旧版本系统的前导，第三、四个符号分别是所述旧版本系统的帧控制头和下行映射。

3、根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，所述超帧结构的各帧的第一个子帧设置至少四个正交频分复用多址符号，第一个符号是传输所述新版本系统的前导码和广播信息，第二个符号是所述旧版本系统的前导，第三、四个符号分别是所述旧版本系统的帧控制头和下行映射。

4、根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，所述新版本系统的前导码携带系统的带宽信息，占用其所在的正交频分复用多址符号的中心固定带宽的子载波；所述前导码是以等间隔的方式或连续的方式映射到对应子载波。

5、根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，所述新版本系统的广播信息设置在其对应的前导码所占带宽的两侧；所述广播信息是以等间隔的方式或连续的方式映射到对应子载波；所述广播信息携带系统信息和/或描述系统的下行上行映射。

6、根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，所述新版本系统的前导码所占带宽与所述新版本系统的广播信息所占带宽之和为预设值。

7、根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，所述新版本系统的映射设置在所述新版本系统的下行突发，由所述新版本系统的广播信息描述，所述新描述包括位置、调制编码方式、多天线发送方式、功率控制；所述新版本系统的映射用于描述除了预留给所述旧版本系统之外的时频资源，所述时频资源包括分配情况、调制编码方式、多天线发送方式、功率控制。

8、根据权利要求1至7任一所述的设置方法，其特征在于，所述旧版本系统是802.16e系统，所述新版本系统是802.16m系统。

9、一种WiMAX系统超帧结构的接入方法，

所述超帧结构包括前导、广播信道、映射、下行突发和上行突发，并且，所述超帧结构由多个帧组成；每个帧按照时分方式分别包括多个旧版本系统和新版本系统的下行子帧和上行子帧；并且，每个帧的第一个子帧是下行子帧；

所述接入方法包括以下步骤：

A1、判断终端要接收新版本系统的信息，则执行A2，终端要接收旧版本系统的信息，则执行A3；

A2、检测所述新版本系统的前导码，获取所述新版本系统的带宽信息，检测所述旧版本系统的前导码，获得其携带的小区号和扇区号，进行信道估计，解出广播信道，获得下行映射信息，实现接入；

A3、检测所述旧版本系统的前导码，获取所述旧版本系统的带宽信息，以及携带的小区号和扇区号，解帧控制头，解出映射信息，实现接入。

10、根据权利要求9所述的接入方法，其特征在于，步骤A2具体包括以下步骤：

A21、检测所述新版本系统的前导码，获取所述新版本系统的带宽信息，判断所述旧版本系统的前导集合；

A22、匹配所述旧版本系统的前导码，获得其携带的小区号和扇区号；

A23、进行信道估计，解出广播信道，获得下行映射信息，实现接入；所述映射信息包括位置、调制编码方式、多天线发送方式。

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