CN101820693A - 通信系统 - Google Patents

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CN101820693A CN200910265271A CN200910265271A CN101820693A CN 101820693 A CN101820693 A CN 101820693A CN 200910265271 A CN200910265271 A CN 200910265271A CN 200910265271 A CN200910265271 A CN 200910265271A CN 101820693 A CN101820693 A CN 101820693A
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迈克尔·约翰·比默斯·哈特
周跃峰
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Abstract

本发明涉及通信系统。提供了多跳无线通信系统中的传输方法，该系统包括源设备、目的设备及一个或多个中间设备，在离散传输间隔内该系统可访问在分配可用传输频率带宽时使用的时频格式，该格式限定该间隔内的多个传输窗口，各窗口占用该间隔的不同部分并在该间隔的该窗口部分具有所述可用传输频率带宽内的频率带宽配置，可将各窗口分配给所述设备之一以用于传输，该方法包括：针对一个或多个该传输间隔采用所述格式以沿着至少两个连续链路逐链路地发送数据和控制信息作为一组连续发送信号，在该间隔的可用传输窗口中发送各所述信号并在同一传输间隔内发送至少两个所述信号，从而所述信息在比所述连续链路的数量更少的传输间隔中经过所述连续链路。

Description

通信系统
本申请是申请日为2007年8月17日，申请号为200710141992.X，发明名称为“通信系统”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及通信系统，更具体地说，涉及一种多跳无线通信系统和在多跳无线通信系统中使用的传输方法。
背景技术
当前，人们对在基于分组的无线电通信系统和其他通信系统中使用多跳技术非常感兴趣，其中据称这种技术将能够扩展覆盖范围并且能够增加系统容量(吞吐量)。
在多跳通信系统中，通信信号在沿着通信路径(C)的通信方向上从源设备经由一个或更多个中间设备发送到目的设备。图3示出了包括基站BS(在3G通信系统的环境中称为“节点B”NB)、中继节点RN(也称为中继站RS)和用户设备UE(也称为移动站MS)的单小区双跳无线通信系统。在信号在下行链路(DL)上从基站经由中继节点(RN)发送到目的用户设备(UE)的情况下，该基站构成源站(S)，并且该用户设备构成目的站(D)。在通信信号在上行链路(UL)上从用户设备(UE)经由中继节点发送到基站的情况下，该用户设备构成源站，并且该基站构成目的站。中继节点是中间设备(I)的示例并且包括：接收器，可用来接收来自源设备的数据；和发送器，可用来将该数据或其衍生物发送到目的设备。
已将简单的模拟转发器或数字转发器用作中继器来提高或者提供对盲点(dead spot)的覆盖。它们可以在与源站不同的传输频带中工作以防止源发送与转发器发送之间的干扰，或者它们可以在源站不发送的时候工作。
图4示出了针对中继站的多个应用。对于固定的基础设施，由中继站提供的覆盖区可以用来“填实(in-fill)”，从而允许这样的移动站访问通信网络，该移动站不然会位于其他物体的阴影中或者尽管在基站的正常范围内也不能从基站接收到有足够强度的信号。还示出了“范围扩展”，即，在移动站处于基站的正常数据传输范围之外时，中继站允许进行访问。在图4的右上部示出的填实的一个示例是定位流动中继站，从而使覆盖区可以穿透到建筑内，该建筑可以处于地平面上方、地平面处、或者地平面下方。
其他的应用为实现临时覆盖的流动中继站，其在事件或者紧急情况/灾难期间提供访问。在图4的右下部示出的最后一个应用利用置于车辆上的中继器来提供对网络的访问。
如下面所解释的，还可以与先进传输技术相结合地使用中继器，以提高通信系统的增益。
已经公知的是，由于无线电通信在通过空间传播时被散射或吸收而导致发生传播损耗或者“路径损耗”，这会使信号的强度减弱。影响发送器和接收器之间的路径损耗的因素包括：发送器天线高度；接收器天线高度；载波频率；杂波类型(城市、郊区、农村)；形态的细节，诸如高度、密度、间距、地形类型(多山、平坦)。发送器和接收器之间的路径损耗L(dB)可以利用下式建模：
L＝b+10nlogd    (A)
其中，d(米)是发送器-接收器间距，b(db)和n是路径损耗参数，绝对路径损耗由l＝10(L/10)给出。
在间接链路SI+ID上经历的绝对路径损耗之和可能小于在直接链路SD上经历的路径损耗。换句话说，有可能：
L(SI)+L(ID)＜L(SD)         (B)
将单个传输链路分成两个较短的传输段，从而利用路径损耗与距离之间的非线性关系。根据使用式(A)对路径损耗进行的简单理论分析可以理解，如果将信号从源设备经由中间设备(例如，中继节点)发送到目的设备，而不是从源设备直接发送到目的设备，则可以实现总路径损耗的减少(从而提高或者增加信号强度，并因此提高或者增加数据吞吐量)。如果被适当实现，多跳通信系统可以降低进行无线发送的发送器的发送功率，这导致干扰水平的降低以及减少了对电磁发射的暴露。另选的是，可以利用总路径损耗的减少来提高在接收器处的接收信号质量，而不会增加传送信号所需的总辐射发送功率。
多跳系统适合与多载波传输一起使用。在诸如FDM(频分复用)、OFDM(正交频分复用)或者DMT(离散多音)的多载波传输系统中，将单个数据流调制到N个并行的子载波上，各子载波信号具有其自身的频率范围。这允许将总带宽(即，在给定时间间隔中要发送的数据的量)针对多个子载波进行划分，从而增加了各数据码元的持续时间。因为各子载波具有较低的信息率，所以与单载波系统相比，多载波系统的好处在于对信道诱发失真有增强的抗扰性。这可以通过确保传输速率并因而使各子载波的带宽小于信道的相干带宽来实现。结果，在信号子载波上经历的信道失真与频率无关，因而可以利用简单的相位和振幅校正因子进行校正。因此，在系统带宽超过信道的相干带宽时，多载波接收器内的信道失真校正实体可以具有比单载波接收器内的对应实体明显更低的复杂度。
正交频分复用(OFDM)是一种基于FDM的调制技术。OFDM系统利用在数学意义上正交的多个子载波频率，从而由于这些子载波的谱相互独立这一事实，它们可以无干扰地重叠。OFDM系统的正交性免除了对保护带频率的需要，从而提高了系统的谱效率。已针对很多无线系统提出并采用了OFDM。OFDM目前用于非对称数字用户线(ADSL)连接、一些无线LAN应用(诸如基于IEEE802.11a/g标准的WiFi装置)和诸如WiMAX(基于IEEE802.16标准)的无线MAN应用。OFDM通常与信道编码、纠错技术结合使用，以产生编码的正交FDM或COFDM。COFDM现在广泛用于数字电信系统，用来改善基于OFDM的系统在多径环境中的性能，在该多径环境中，跨频域中的子载波和时域中的码元二者都可以看到信道失真的变化。已经发现该系统在视频和音频广播(诸如DVB和DAB)以及某些类型的计算机组网技术中的用途。
在OFDM系统中，在发送器处使用离散傅里叶逆变换或者快速傅里叶逆变换算法(IDFT/IFFT)，将由N个经调制的并行数据源信号构成的块映射到N个正交的并行子载波上，以形成时域中的被称为“OFDM码元”的信号。因此，“OFDM码元”是所有N个子载波信号的复合信号。OFDM码元在数学上可以表示为：
x ( t ) = 1 N Σ n = 0 N - 1 c n · e j 2 πnΔft , 0≤t≤Ts         (1)
其中，Δf是以Hz为单位的子载波间距，Ts＝1/Δf是以秒为单位的码元时间间隔，cn是经调制的源信号。(1)中的其上调制有各源信号的子载波矢量c∈Cn，c＝(c0，c1...cN-1)是来自有限星座图的N个星座图码元的矢量。在接收器处，通过应用离散傅里叶变换(DFT)或者快速傅里叶变换(FFT)算法，将所接收的时域信号变换回频域。
OFDMA(正交频分多址)是OFDM的多址变型。OFDMA通过将子载波的子集分配给个体用户来工作。这允许从多个用户同时发送，导致了更好的谱效率。但是，仍然存在允许无干扰的双向通信(即，在上行链路方向和下载方向上的双向通信)的问题。
为了能够在两个节点之间进行双向通信，存在两种众所周知的不同方法，用于使这两个(正向或下载，以及反向或上行链路)通信链路实现双工，以克服装置无法在同一资源介质上同时进行发送和接收的物理限制。第一种方法，即频分双工(FDD)，涉及通过将传输介质细分为两个不同的带(一个用于正向链路通信，另一个用于反向链路通信)来同时地但在不同的频带上操作这两个链路。第二种方法，即时分双工(TDD)，涉及在同一频带上操作这两个链路，但是按时间细分对介质的访问权，从而在任一时间点，将只有正向链路或只有反向链路使用该介质。这两种方法(TDD和FDD)具有它们相对的优点，并且对于单跳有线和无线通信系统而言，都是使用良好的技术。例如，IEEE802.16标准结合了FDD和TDD模式两者。
作为示例，图5示出了在IEEE802.16标准(WiMAX)的OFDMA物理层模式中使用的单跳TDD帧结构。
每个帧被分成DL子帧和UL子帧，每个子帧都是离散的传输间隔。它们被发送/接收转换保护间隔以及接收/发送转换保护间隔(分别是TTG和RTG)分隔开。各DL子帧以前导码开始，然后是帧控制报头(FCH)、DL-MAP和UL-MAP。
FCH包含DL帧前缀(DLFP)，该DLFP用于指定DL-MAP的长度和突发配置(burst profile)。DLFP是在每帧的开始处发送的数据结构，并且包含关于当前帧的信息；DLFP被映射到FCH。
同时发生的DL分配可以是广播、组播和单播，并且它们还可以包括针对另一BS而不是正在服务的BS的分配。同时发生的UL可以是数据分配以及测距请求或带宽请求。
本专利申请是由同一申请人同日提交的一组10个英国专利申请中的一个，这10个英国专利申请的申请号或代理机构参考文献号为GB0616477.6、GB0616481.8、GB0616482.6、P106772GB00、GB0616479.2、P106795GB00、P106796GB00、GB0616474.3、P106798GB00和P106799GB00，它们描述了由本发明人提出的与通信技术相关的相互关联的发明。其他9个申请中的每一个的全部内容通过引用而并入本文中。
发明内容
在独立权利要求中限定了本发明，这里将引用独立权利要求。在附属权利要求中阐述了有益的实施方式。
提供了一种在多跳无线通信系统中使用的传输方法，所述系统包括源设备、目的设备以及一个或更多个中间设备，所述源设备可用来沿着形成通信路径的一系列链路发送信息，所述通信路径从所述源设备经由所述中间设备或各中间设备延伸到所述目的设备，并且所述中间设备或各中间设备可用来接收来自所述路径上的前一设备的信息，并将所接收的信息发送到所述路径上的下一设备，在离散传输间隔内所述系统可访问在分配可用传输频率带宽时使用的时频格式，所述格式限定这种间隔内的多个传输窗口，各窗口占用所述间隔的不同部分并且在所述间隔中的该窗口部分上具有所述可用传输频率带宽内的频率带宽配置，针对这种传输间隔可将各所述窗口分配给所述设备之一以用于进行传输，该方法包括：针对一个或更多个这种传输间隔采用所述格式，以沿着至少两个连续的所述链路逐个链路地一起发送数据和控制信息作为一组连续发送信号，在所述间隔的可用传输窗口中发送各所述信号，并且在同一所述传输间隔内发送至少两个所述信号，从而所述信息在比所述连续链路的数量更少的传输间隔中传输通过所述连续链路。
附图说明
现在将参照附图纯粹利用实施例来描述本发明的优选特征，在附图中：
图1示出了帧结构；
图2示出了各区带(zone)内的节点活动；
图3示出了双跳系统；
图4示出了中继的应用；以及
图5示出了在OFDMA中使用的TDD帧结构。
具体实施方式
在一节点(例如，与基站和移动站通信的中继站)需要支持到两个不同节点的两个独立链路时，为了使中继器的实现可实际应用，现有的TDD或者FDD帧结构需要进行一些修改。
本发明的实施方式提供了用于多跳通信系统的帧结构，该帧结构是对系统中任何数量的跳跃提供支持的标准TDD帧结构(例如，参见IEEE802.16标准)的扩展。如在本说明书中稍后所描述的，所提出的帧结构具有很多优点。
所提出的帧结构假设：MS无法可靠地接收源自头节点的控制信息，或者网络包含中继器，该中继器将执行一定程度的本地连接管理和/或介质分配管理。该本地管理可以基于在这样的RS处所作的决定，该RS独立于通信系统或网络中的所有其他节点，或者在包含一些控制功能的不同节点之间具有一定程度的协作。此外，可能有以下情况：虽然RS具有发送控制信息的能力，但是在除发送信号的RS以外的节点处作出所有管理决定。
还假设：经修改的帧TDD结构应该向不知道中继站的遗留移动装置提供支持，从而使它们能够在通信系统或网络中工作。
图1中示出了所提出的一般TDD帧结构。
该TDD帧结构由用于下行链路子帧和上行链路子帧的多个发送区带和接收区带构成。这些区带的类型为：
B与控制相关的信息(诸如：同步序列、命令、帧的结构或布局的信息和细节)的广播。
C在非广播区带中(即，向单个接收器或一组接收器)传输的专用控制信息。
T专用用户数据传输。
下面，在表1中描述了9个不同的区带。
  区带号   标注   描述
  1   P   用于小区识别的前导码或同步序列的传输
  2   MAP   帧格式描述(区带边界、区带内的分配等)
  3   RP   中继前导码或同步发射或接收区带。
  4   BS-RS/BS-MS/RS-RS   BS至RS发送区带和RS至RS发送区带。如果支持空分多址，则还可以用于BS至MS发送(即，可以使用同一传输资源与多于一个的实体进行通信)
  5   BS-MS/BS-RS/RP   BS至MS发送区带和RS至RS发送区带(包括如上述项(3)所述的RP区带)。
  6   BS-MS/RS-MS   RS至MS发送区带和BS至MS发送区带(理想的是，BS向受同时RS发送的影响有限的MS进行发送)。
  7   MS-BS/MS-RS   至RS或BS的MS控制信息发送区带。控制信息可以是来自MS的信息或请求。
  8   MS-BS/MS-RS   MS至RS发送区带和MS至BS发送区带。
  9   MS-BS/RS-RS   MS至BS发送区带和RS至RS发送区带。
  10   RS-BS/RS-RS   RS至BS发送区带和RS至RS发送区带。如果支持空分多址，则还可以用于MS至BS发送(即，可以使用同一传输资源与多于一个的实体进行通信)
图2示出了就BS、RS和MS在表1中所述的各区带内的活动而言的操作。
虽然图2仅示出了BS-RS1-RS2-RS3-MS链路(即，一个四跳链路)的情况，但是可以使用该帧结构来支持任何数量的跳跃。如针对RS3的情况所示，可归纳出，该跳(RSn)中的最后一个中继器不需要在DL子帧中发送RP区带或RSn至RSn+1区带或者在上行链路中接收RSn+1至RSn区带。由于RS在从前一发送器(即，BS或RS)接收到控制信息之后发送MAP信息这一事实，双跳中继将总是导致至少一个额外帧的延迟。
然而，由于可以在从RS至RS的帧内对控制信息进行中继这一事实，所以如果经历了多于两跳的中继，则所提出的帧结构将使由中继诱发的延迟保持为最小，其中所述延迟由下式给出：
Lrelay(frames)＝floor(Nhops/2)        (1)
为了能够实现，该帧结构还需要包含一些间隔时间，以允许节点转向(即，从发送模式变为接收模式，或者从接收模式变为发送模式)。在这种情况下，一些区带还可以包含间隔区域或间隙区带，该间隔区域或间隙区带可能插入在需要改变节点的操作模式的两个相邻区带之间。
进一步优选的是，在BS在MAP区带中向RS发送信息的情况下，在向任何MS进行发送之前，BS首先安排向RS的发送。然后，BS可以在MAP区带中指出对于该RS不再有即将来临的信息的时间，从而使它可以停止接收，同时BS向其他接收器发送MAP信息并且使用该时间作为转向的时机。
总而言之，本发明实施方式的优点是：
○使得能够构建包含对介质访问的一定程度的本地管理的中继器
○通过确保BS在空闲时在帧中没有任何时间，使谱效率最大化
○最小的延迟：双跳或三跳中继导致1帧的延迟；4跳或5跳中继导致2帧的延迟；6跳或7跳中继导致3帧的延迟，等等
○使能实现该中继的系统能够向遗留单跳TDD用户提供支持
○使用基于SDMA的技术可以进一步提高谱效率，以使得在小区内的BS和RS及MS之间能够使用相同的传输资源(频率和时间)
○可以扩展到任何数量的跳跃
○限定特殊的同步间隔，以使该中继器能够与其他中继器或基站同步
○使RS能够发送遗留(不知道中继器的)用户可以解码的标准前导码或同步序列(与由BS发送的相似)
本发明的实施方式可以实现在硬件中，或者实现为在一个或更多个处理器上运行的软件模块，或者实现为它们的组合。即，本领域的技术人员将理解，在实践中可以使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现实施了本发明的发送器的一些或全部功能。本发明还可以实施为用于执行本文所述的任何方法中的一部分或全部方法的一个或更多个装置或设备程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。实施了本发明的这种程序可以存储在计算机可读介质上，或者例如可以是一个或更多个信号的形式。这种信号可以是可从互联网网站下载的数据信号，或者在载波信号上提供，或者为任何其他形式。

Claims (12)

1.一种在多跳无线通信系统中使用的通信方法，所述多跳无线通信系统包括基站设备、多个中间设备和用户设备，所述通信方法包括以下步骤：
在无线帧中设置第一传输窗口和第二传输窗口；以及
利用所述第二传输窗口从距离所述基站设备奇数跳的中间设备发送数据，并且利用所述第一传输窗口从距离所述基站设备偶数跳的中间设备发送数据。
2.根据权利要求1所述的通信方法，其中所述用户设备从与最后一跳相对应的中间设备接收数据。
3.根据权利要求1或2所述的通信方法，其中所述基站设备利用所述第一传输窗口在下行链路传输的第一跳中向中间设备发送数据。
4.根据前述权利要求中任一项所述的通信方法，其中所述用户设备在上行链路传输的第一跳中向中间设备发送数据。
5.根据前述权利要求中任一项所述的通信方法，其中所述基站设备在上行链路传输的最后一跳中利用所述第一传输窗口从中间设备接收数据。
6.根据前述权利要求中任一项所述的通信方法，其中所述基站设备和除了与下行链路传输的最后一跳相对应的中间设备之外的所述多个中间设备，利用相应的传输窗口来发送前导码、帧结构信息或中继导码。
7.根据前述权利要求中任一项所述的通信方法，其中距离所述基站设备最远的中间设备利用所述第一传输窗口或所述第二传输窗口来接收下行链路传输，但并不利用所述第一传输窗口和第二传输窗口向所述用户设备进行发送。
8.根据前述权利要求中任一项所述的通信方法，其中距离所述基站设备最远的中间设备不发送任何中继导码。
9.一种多跳无线通信系统，所述多跳无线通信系统包括：
基站设备；
多个中间设备；
用户设备，
其中，在无线帧中设置了第一传输窗口和第二传输窗口，距离所述基站设备奇数跳的中间设备被设置成利用所述第二传输窗口来发送数据，而距离所述基站设备偶数跳的中间设备被设置成利用所述第一传输窗口来发送数据。
10.一种在包括多个中间设备的多跳无线通信系统中使用的基站设备，所述基站设备包括：
发送单元，其被设置成利用无线帧中的第一传输窗口在第一跳中向中间设备发送数据，其中距离所述基站设备奇数跳的中间设备利用所述无线帧中的第二传输窗口来发送数据，而距离所述基站设备偶数跳的中间设备利用所述无线帧中的所述第一传输窗口来发送数据。
11.一种在包括多个中间设备的多跳无线通信系统中使用的中间设备，所述中间设备包括：
发送单元，其被设置成根据从基站设备到所述中间设备的跳数而利用无线帧中的第一传输窗口或第二传输窗口来发送数据，其中距离所述基站设备奇数跳的中间设备利用所述无线帧中的所述第二传输窗口来发送数据，而距离所述基站设备偶数跳的中间设备利用所述无线帧中的所述第一传输窗口来发送数据。
12.一种在包括多个中间设备的多跳无线通信系统中使用的用户设备，所述用户设备包括：
接收单元，其被设置成从距离基站奇数跳的中间设备接收数据并利用无线帧中的第二传输窗口向下一个中间设备发送数据，或者从距离基站偶数跳的中间设备接收数据并利用所述无线帧中的第一传输窗口向下一个中间设备发送数据，发送将被所述接收单元接收的所述数据的中间设备是距离所述基站最远的中间设备并通过所述无线帧的另一传输窗口向所述用户设备进行发送。
CN200910265271A 2006-08-18 2007-08-17 通信系统 Pending CN101820693A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

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