CN101855871B - 无线通信系统中的媒体接入控制帧结构 - Google Patents

无线通信系统中的媒体接入控制帧结构 Download PDF

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Abstract

一种无线通信基础设施实体被配置成向与第一协议兼容的无线终端并且向与第二协议兼容的无线终端分配在无线电帧中的无线电资源。该无线电帧包括第一协议资源区域和第二协议资源区域。该无线电帧包括向与第一协议兼容的无线终端分配在第一协议资源区域中的资源的第一协议分配控制消息，和向与第二协议兼容的无线终端分配在第二协议资源区域中的资源的第二协议分配控制消息。

Description

无线通信系统中的媒体接入控制帧结构
技术领域
本公开内容通常涉及无线通信，并且更具体地，涉及具有改进的延时支持的无线通信系统中的媒体接入控制帧结构。
背景技术
对高级无线通信系统的重要考虑是单向空中接口延时。空中接口延时主要取决于媒体接入控制(MAC)帧持续时间。例如，在正在开发的IEEE 802.16m协议中，所提出的目标延时小于约10毫秒(msec)并且一些观察者已建议可能需要低得多的延时以与其他的正在开发的协议竞争，例如，与3GPP长期演进(LTE)竞争。IEEE 802.16m协议是用于IEEE 802.16e协议的WiMAX-OFDMA规范的演进。然而，传统IEEE 802.16e TDD帧结构具有相对长的持续时间并且不能实现针对IEEE 802.16m设定的延时目标。
演进无线通信系统还应当支持传统系统设备。例如，在升级到较新的系统时，一些IEEE 802.16e和IEEE 802.16m基站和移动站很可能在同一网络中共存。因此IEEE 802.16e移动站应当与IEEE 802.16m基站兼容，并且IEEE 802.16e基站应当支持IEEE 802.16m移动站。因此考虑到实现较低的延时并且在一些实施例中考虑到保持向后兼容性，提出了用于空中接口的帧结构。
传统系统被定义为与IEEE 802.16-2004(规范IEEE Std802.16-2004：Part 16：IEEE Standard for Local and metropolitan areanetworks：Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems，June 2004)指明并且由IEEE 802.16e-2005(IEEE Std 802.16e-2005，IEEEStandard for Local and metropolitan area networks，Part 16：Air Interfacefor Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems，Amendment 2：Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed andMobile Operation in Licensed  Bands，and IEEE Std.802.16-2004/Cor1-2005，Corrigendum 1，December 2005)和IEEE802.16Cor2/D3修改的无线MAN-OFDMA性能的子集兼容的系统，其中该子集由WiMAX Forum Mobile System Profile，Release 1.0(Revision 1.4.0：2007-05-02)定义，排除在section 4.1.1.2(Band ClassIndex)中指明的特定频率范围。
在仔细考虑下面的本公开的具体实施方式和下文描述的附图之后，本公开的多种方面、特征和优点对于本领域的普通技术人员将变得更全面地显而易见。附图可出于清楚的目的而被简化并且不一定依比例绘制。
附图说明
图1是无线通信系统。
图2是映射到下一代1∶2子帧的传统协议帧。
图3是具有75％占空比的帧结构配置。
图4是具有25％占空比的另一帧结构配置。
图5是超帧结构配置。
图6是具有相等持续时间的多个子块的帧。
图7是具有相等持续时间的多个子块的另一帧。
图8是具有相等持续时间的多个子块的帧。
图9是包括相等持续时间的多个帧的超帧。
图10是示例性混合帧结构。
图11是具有第一和第二协议资源区域的帧。
图12是具有第一和第二协议资源区域的另一帧。
图13是具有第一和第二协议资源区域的另一帧。
图14是具有第一和第二协议资源区域的另一帧。
图15是具有第一和第二协议资源区域的帧。
图16是具有第一和第二资源区域的无线电帧序列。
图17是具有第一和第二资源区域的另一无线电帧序列。
图18是具有第一和第二资源区域的另一无线电帧序列。
具体实施方式
在图1中，无线通信系统100包括形成分布在地理区域上的网络的一个或多个固定基础设施基础单元。基础单元还可被称为接入点、接入终端、节点B、e节点B或者本领域中使用的其他术语。一个或多个基础单元101和102服务例如小区的服务区域中的或者小区扇区中的许多个远程单元103和110。远程单元可以是固定的或者移动的。远程单元还可以被称为订户单元、移动站、用户、终端、订户站、用户设备(UE)、终端或者本领域中使用的其他术语。
通常，基础单元101和102在至少一部分相同的资源(时间和/或频率)上向远程单元传送下行链路通信信号104和105。远程单元103和110经由上行链路通信信号106和113与一个或多个基础单元101和102通信。该一个或多个基础单元可以包括服务于远程单元的一个或多个发射机和一个或多个接收机。该远程单元也可以包括一个或多个发射机和一个或多个接收机。
在一个实施例中，通信系统利用正交频分多址(OFDMA)或下一代基于单载波(SC)的频分多址(FDMA)架构用于上行链路传送，诸如交织FDMA(IFDMA)、局部型FDMA(LFDMA)、具有IFDMA或LFDMA的离散傅立叶变换(DFT)-扩展OFDM(DFT-SOFDM)。在基于OFDM的系统中，无线电资源包括OFDM符号，该OFDM符号可被划分成时隙，时隙是子载波的分组。示例性的基于OFDM的协议是802.16(e)。
通常，无线通信系统可以实现不止一个通信技术，如典型地被升级具有较新技术的系统，例如，GSM演进到UMTS及其未来的UMTS版本。在图1中，例如，一个或多个基础单元101可以是传统技术基站，例如IEEE 802.16(e)协议基站，并且另外基站可以是例如IEEE802.16(m)协议的较新代技术的基站。在这些情况中，通常需要新的技术与传统技术向后兼容。对于IEEE 802.16(e)的演进，向后兼容性约束暗示802.16(m)基站必须支持传统帧结构，例如5毫秒持续时间的802.16(e)帧。另外，为了有效地支持延迟敏感应用，802.16(m)基站应当能够在共有帧结构中服务于802.16(m)和传统终端。
关于帧结构，通常必需设计具有相对短的持续时间的帧以便减小延时。因此，为了在具有向后兼容性的802.16m系统中递送低延时，必需开发一种基于传统802.16(e)帧的子帧结构。为了解决延时需要，必需设计具有短于5毫秒持续时间的帧。然而，为了有效地服务传统业务，还必需使802.16(m)系统具有5毫秒传统帧。因此，具有减小的延时并且支持传统802.16(e)设备的802.16(m)系统将需要两个广泛的帧类。第一类包括与802.16(e)TDD传统帧相似的具有一个DL间隔和一个UL间隔的全帧(具有5毫秒持续时间)。第二帧类包括子帧。例如，具有N个DL间隔和N个UL间隔的5毫秒帧。该帧还可以包含N个传送/接收转换间隙(TTG)和接收/传送转换间隙(RTG)间隔。N可以保持是小的，通常N＝2，以便限制TTG和RTG相关开销。根据该示例性方案，传统802.16(e)TDD帧仅可以是全帧并且802.16(m)帧优选地是子帧1∶2，尽管802.16(m)帧也可以是全帧。h-帧可以是全帧或子帧1∶2。图2图示了与传统802.16(e)TDD帧向后兼容的802.16(m)子帧1∶2，其中第一和第三块是下行链路块并且第二和第四块是上行链路块。通常，块的间隔的长度可以不同。
802.16(m)5毫秒帧可以被理解成由以下类型的基本区域组成：用于向802.16(e)终端传送下行链路业务的e-DL区域；分配用于通过802.16(e)终端传送数据和控制消息的e-UL区域；分配用于向802.16(m)终端传送的m-DL区域；以及分配用于通过802.16(m)终端传送的m-UL区域。e-DL和e-UL区域也可以用于针对/来自802.16(m)终端的传送。通常，802.16(m)区域的结构(子信道和导频结构)可以不同于802.16(e)区域的那些结构。依赖于传统和较新代终端的组群分布(population)，可能必需为802.16(e)服务或802.16(m)服务分配完整的5毫秒帧。
使用这些不同类型的区域，多种类型的5毫秒帧结构可被创建以符合业务服务需要。这些帧结构是：仅由用于服务传统802.16(e)TDD终端的e-DL和e-UL区域组成的e-帧(在传统模式中在这些帧中也可以服务802.16(m)终端)；仅由用于仅服务于802.16(m)终端的m-DL和m-UL区域组成的m-帧；包含用于服务于802.16(e)和802.16(m)终端的e-DL/e-UL和m-DL/m-UL区域的h-帧。802.16(m)部分和802.16(e)部分应当是时分复用的，使得802.16(m)控制信道、导频和子信道化可以提供灵活性。
依赖于设备类型组群分布和业务模式，可能必需将m-帧或h-帧视为小区/扇区中的传统虚拟帧。这些帧中的m-DL和m-UL区域可能具有与传统系统不同的子信道/导频结构；那些区域需要被视为传统终端不应当使用的“死区”。在结构上与传统802.16(e)帧相似的全帧可容易地映射到传统虚拟帧且全面利用帧资源。然而，也可以映射到传统802.16(e)虚拟帧的子帧1∶N将包含“死区”，其中不允许802.16(e)(TDD)传送以确保DL/UL同步。
802.16(m)基础单元可以在全帧中向传统802.16(e)终端提供服务。为了在子帧1∶N中提供服务，802.16(m)基础单元可以将传统虚拟5毫秒帧映射到N个相邻的子帧并且该子帧队列可被组织为传统5毫秒虚拟帧的队列。对于传统虚拟帧中的时分双工帧(TDD)划分位置，存在N种选择。TDD系统的全系统同步需要对下行链路和上行链路传送间隔强加了额外的约束，创建了死区，在该死区期间不应当进行针对和来自传统802.16(e)TDD终端的传送。然而，在这些死区中针对和来自802.16(m)终端的传送是可能的。图3图示了第一配置，其中传统802.16(e)TDD终端遭遇具有75％占空比的5毫秒帧。该帧包括传统前导302、DL映射304和死区306，在该死区期间，在802.16(m)上行链路间隔期间不存在传统下行链路分配。图4图示了第二配置，其中该帧包括死区406，在死区406期间，在802.16(m)下行链路间隔期间不存在传统上行链路分配。
表1中示出了用于指示死区的通用消息结构及其参数。
表1.用于死区指示的消息参数
  参数   值
  位置   <符号编号>/<时间>
  专用导频标签   0或1
在以上消息中，参数“位置”时间中的帧中的位置(该位置可以由帧中的符号编号或者绝对时间或者从帧开始的时间偏移或者从某个其他指定时间的偏移来表示)；参数“位置”的解释取决于参数“专用导频标签”的值。如果“专用导频标签”是1，则“位置”之后的导频符号是专用的；如果“专用导频标签”是0，则指示“位置”之后的导频符号不是专用导频。因此具有专用导频的区可以通过该消息的两次出现来描述：具有专用导频标签＝1和位置＝“T1”的第一消息，接着是具有专用导频标签＝0和位置＝“T2”的第二消息，其中T2＞＝T1；已被分配该区中的资源的传统终端应当仅使用其突发中的导频用于信道估计。未被分配该区中的资源的传统终端将忽略该区中的导频，而且将不需要对该专用导频区中的任何数据传送解码。这与在该区中未对任何16e移动装置进行分配的BS组合，间接地将16e移动装置禁用或从该区中隔离。因此，16e移动装置有效地忽略该区中的内容。
可以用于指示死区的示例消息是IEEE 802.16e规范的STC_DL_ZONE_IE()；该消息中的参数“OFDMA符号偏移”和“专用导频”对应于以上表1中的通用消息中的参数“位置”和“专用导频标签”。
表2中示出了可以用于实现死区的另一消息结构及其参数。
表2.死区信息类型2
  参数   值
  开始符号   <符号编号>/<时间>
  开始子信道   <子载波编号>/<子信道编号>
  符号计数   <符号数目>/<时间持续时间>
  子信道计数   <子载波数目>/<子信道数目>
这四个参数描述了时间-频率资源的矩形死区。在该消息中，参数“开始符号”指示其中死区开始的时间中的帧中的位置(该位置可以由帧中的符号编号或者绝对时间或者从帧开始的时间偏移或者从某个其他指定时间的偏移来表示)；“符号计数”指示从“开始符号”开始的死区的持续时间。参数“开始子信道”指示其中死区开始的子载波频率中的位置；这以子载波或子信道为单位，其中子信道是一组子载波；“子信道计数”指示频率维度中的死区的长度。该通用消息类型的示例是IEEE 802.16e规范的PAPR_Reduction_and_Safety_Zone_Allocation_IE()。在该消息中，参数“OFDMA_symbol_offset”、“子信道偏移”、“OFDMA符号编号”和“子信道编号”分别对应于通用死区消息类型2的参数“开始符号”、“开始子信道”、“符号计数”和“子信道计数”；PAPR_Reduction_and_Safety_Zone_Allocation_IE()中的PAPR_Reduction_Safety_Zone参数应当被设置成“1”以向传统终端指示减小的干扰区；这将有效地引导终端不执行该区中的任何上行链路传送。
在有效传统支持和低延时802.16(m)服务之间的求平衡正在挑战同质帧大小。上文讨论的全帧在牺牲802.16(m)终端的延时性能的同时提供了有效的延时支持。该子帧在以死区形式牺牲传统终端的容量的同时提供了对802.16(m)终端的低延时支持。
在一个实施例中，异质配置包含全帧和子帧，其中全帧和子帧随时间交织。在小区中，全帧主要用于服务于小区中存在的传统终端，而子帧主要用于服务于802.16(m)终端。然而，对于具有紧急延迟约束的服务分组，任一帧类型可以用于服务任一终端类型。全帧和子帧被组织为重复模式，被称为超帧。
在图5的超帧中，交织模式由在一个全帧之后的两个子帧1∶2组成。该模式通常在所有扇区/小区上是相同的。第一超帧包含具有75％占空比的802.16(e)TDD虚拟帧配置，并且第二超帧包含具有25％占空比的802.16(e)TDD虚拟帧配置。通常，对于相同的802.16(e)TDD虚拟帧，配置选项可针对不同的基站而不同。一个基站可以采用802.16(e)虚拟帧以与传统终端通信，而另一相邻基站可以采用16m子帧1∶2结构以在上行链路和下行链路传送之间没有任何不需要的干扰的情况下与16m基站通信。超帧中的不同类型的帧的比例以及它们的交织模式通常通过系统中的802.16(e)和802.16(m)终端的比例来确定。该配置可以基于全系统实现以确保相邻小区中的基础单元传送和接收之间不存在冲突(例如，相邻小区之间的TDD Tx/Rx边界中没有冲突)。
因此，例如图1中的802.16(m)基础单元的下一代无线通信基础设施实体将传送包括多个帧的超帧，其中每个帧包括至少两个区域。在TDD系统的情况中，区域通常是可分配给终端用于上行链路或下行链路通信的某种资源。超帧通常被顺序传送。该超帧结构必须被传递到TDD系统中的所有基站以保持所有扇区和小区的同步，以便确保相邻小区中的基础单元传送和接收之间不存在冲突。该结构可以在指明超帧的每个帧中的区域的配置特性的控制消息中传递。该控制消息可以在陆线网络上或者通过诸如基站之间的无线电通信链路的其他手段被传送到其他基站。该控制消息还可以在超帧的至少一个帧中被传送到终端。该消息可以指明其中出现该消息的同一超帧的每个帧中的区域的配置特性，或者可以在例如后续超帧的另一超帧的帧中指明超帧的每个帧中的区域的配置特性。在一个实施例中，在控制消息映射中或者通过其他手段指明超帧的每个帧中的区域的配置特性。无论如何，在一些实施例中，控制消息可以包含指明可应用于超帧的映射的参考编号，由此使得终端能够区分包含配置特性的控制消息的版本。
在一个实施例中，区域的配置特性选自包括以下的组：区域数目；区域大小；区域类型(例如，用于TDD系统的上行链路或下行链路)；和区域的排序。还可以指明多个特性。在一个实施例中，对于TDD系统，控制消息指明帧的区域是上行链路区域还是下行链路区域。因此区域选自包括以下的一组区域：上行链路区域和下行链路区域。控制消息还可以指明超帧的每个帧中的上行链路区域或下行链路区域的数目。在一些实施例中，控制消息指明超帧的每个帧中的上行链路区域或下行链路区域的大小。在图5中，帧通常具有不同的资源块数目(资源块是下行链路或上行链路传送间隔)。例如，第一和第二5毫秒子帧具有四个资源块，并且第三5毫秒子帧具有两个块。
存在用于配置提供传统兼容性并且基于所建议的框架减小延时的帧的多种方法。设计新的协议帧结构时将考虑的另一因素是对TDD和FDD两者的支持。优选地，相似的帧和子帧结构可应用于TDD和FDD两者。
在一个实施例中，帧被分为多个相等大小的块，其中这些块可以支持一个或多个协议，例如802.16(e)和/或802.16(m)。这样的帧使得802.16(m)无线通信基础设施实体能够向802.16(e)和802.16(m)无线终端分配无线电资源。通常，无线电帧包括多个块，包括第一块和最末块，其中每个块包括多个符号。在一个实施例中，每个块基本上包括相同数目的符号。第一块包括第一协议前导，例如如802.16(e)的传统协议前导。帧中的剩余块没有第一协议前导。
通常，无线电帧包括至少一个第一协议块和/或至少一个第二协议块，例如802.16(e)和/或802.16(m)块。在一些实施例中，帧包括第一和第二协议块两者。在另一实施例中，帧仅包括第二协议块，例如802.16(m)块。无线电帧包括用于分配协议块中的资源的分配控制消息。在包括第一和第二协议块的帧中，无线电帧包括用于分配第一协议块中的资源的第一协议分配控制消息和用于分配第二协议块中的资源的第二协议分配控制消息。在一个实施例中，分配控制消息是用于分配与第一协议分配控制消息所位于的无线电帧不同的例如后继帧的无线电帧的第一协议块中的资源的第一协议分配控制消息。在一个实施例中，第一分配控制消息位于第一块中。该第一块可以是第一或第二协议块，例如，802.16(e)或802.16(m)块。
可以基于子块在帧中的位置和子块的特性来描述子块。例如，支持802.16(e)和802.16(m)协议的5毫秒帧的特性可以被表征为以上讨论的一种区域类型。存在五种类型的802.16(m)子块。每个子块具有设计成实现向后兼容性目标和有效802.16(m)性能的独特特性。802.16(m)DL引导子块在第一符号中包含传统802.16(e)前导。帧的剩余符号可以被分配给802.16(m)。该子块可以仅在第一子帧中传送。除16e前导之外，802.16(m)DL引导兼容子块还包含802.16(e)FCH和802.16e DL-MAP用于与传统终端向后兼容性。剩余的符号被分配给802.016(m)。引导兼容子块可以仅在第一子帧中传送。802.16(m)同步子块包含可用于使802.16(m)终端同步并且描述802.16(m)帧的更广泛的方面的广播控制。该子块占用5ms帧中的独特位置作为用于同步的基准。第二子帧是用于该同步子块的适当的，但不是必需的位置。802.16(m)DL子块是包含802.16(m)下行链路数据和802.16(m)控制的通用16m子块。这可能占用第二、第三或第四子帧。802.16(m)UL子块是包含802.16(m)下行链路数据和802.16(m)控制的通用802.16(m)子块。该块可以占用第二、第三或第四子帧。
存在可以在802.16(m)帧结构中分配的五种类型的802.16(e)子块。这些子块符合802.16(e)帧的传统规范并且传统移动装置无法区分这些子块和传统802.16(e)帧。传统DL引导子块与包含802.16(e)前导、802.16(e)FCH、802.16(e)DL-MAP的传统帧相同。该子块将包含802.16(e)下行链路数据并且通常包含UL MAP。传统DL二级子块与传统802.16(e)数字论相同并且包含802.16(e)DL数据。传统DL二级子块可以仅跟随传统DL引导子块。传统DL三级子块与传统802.16(e)数字论相同并且包含802.16(e)DL数据。传统DL三级子块可以仅跟随传统DL二级子块。传统UL三级子块包含传统上行链路数据并且还可以包含传统上行链路控制。传统UL尾子块包含传统上行链路数据并且还可以包含传统上行链路控制。
在一个实现中，所分配的子块类型取决于帧位置。以下子块可以被分配给第一子帧位置：802.16(m)引导子块；802.16(m)DL引导兼容子块；以及传统DL引导子块。以下子块可以被分配给第二子帧位置：802.16(m)同步子块；802.16(m)DL子块；802.16(m)UL子块；以及传统DL二级子块。以下子块可以被分配给第三子帧位置：802.16(m)DL子块；802.16(m)UL子块；传统DL三级子块；以及传统UL三级子块。以下子块可以被分配给第四子帧位置：802.16(m)DL子块；802.16(m)UL子块；以及传统UL尾子块。
使用这些不同类型的区域，可以创建多种类型的帧结构以适合以上也讨论的业务服务需要。通常，帧中的第一块是具有分配用于前导的第一符号的DL区域。如果下一块是UL块，则对于具有相对大的半径的小区，DL块的最末符号或者最末的2或3个符号将被分配用于TTG。如果最末块是UL块，则5毫秒帧的最末部分被分配用于RTG。对于额外的DL/UL划分，(跟随UL块的)DL块的第一符号被分配用于RTG。
图6是具有相等大小的子块的示例性802.16(m)帧600。该帧包含前导602和RTG 604。所有四个块606、608、610和612包含m-DL或m-UL区域并且它不包含任何传统802.16(e)结构。m-帧中的第一块(子帧)包含802.16(m)-DL区域。存在数种可能的TDD划分：75％、50％、25％或100％(全DL或全UL帧)。可以构造m-帧的全帧和子帧1∶2格式。由于m-帧不支持802.16(e)数据，因此根据802.16(m)控制信道设计，该帧的控制开销可以是小的。可能需要多达3个比特来信号通知802.16(m)帧的构造。该帧是具有12个符号/帧的5毫秒帧。然而，在其他实施例中，该帧可以具有更长或更短的持续时间并且每个块可以包含某个其他数目的符号。
图7是设计成在相同的5毫秒间隔中服务于802.16(e)和802.16(m)数据业务的具有相等大小的子块的混合帧700，它还被称为HEM-I帧。该帧包含前导702和RTG 704。第一块是开始于1个符号的前导的802.16(e)DL区域，该前导后面是802.16(e)MAP 706和802.16(e)DL业务资源区域708。其他3个块是802.16(e)和802.16(m)区域(DL或UL)的组合。对于802.16(e)终端，802.16(m)子帧处于具有专用导频的单独的区中。通过该类型的帧可以构造全帧和子帧1∶2两者。在该结构中存在数种约束：第二块不可能是e-UL，因为它将不满足传统802.16(e)系统中允许的TTD划分；为了构造子帧1∶2，第二块必须是m-UL。这需要，802.16(m)MAP位于第1块中或者位于前一5毫秒帧间隔中。帧700包括全大小16e MAP开销以支持802.16(e)业务。然而，由于部分帧被分配用于802.16(m)业务，因此该帧中的802.16(e)用户的数目小于传统802.16(e)帧。帧700的控制信道开销是适中的。可能需要多达5个比特用于信号通知802.16(m)帧的构造。
图8是仅支持802.16(m)数据业务的具有相等大小的子块的帧800，它还被称为HEM-II帧。该帧包含前导802和RTG 804。该符号后面是802.16(e)基本MAP 806。该802.16(e)基本MAP保证向后兼容性并且仅包括诸如包含在IEEE 802.16e压缩映射中的强制元素的基本MAP IE。IEEE 802.16e压缩映射包含以下基本元素：压缩映射指示符、附属UL-MAP、预留比特、映射消息长度、PHY同步字段、DCD计数、运营商ID、扇区ID、OFDMA符号的数目和DL IE计数。
802.16(e)基本MAP的大小为约2与约4个OFDM符号之间。第一块的剩余部分包含802.16(m)-DL区域808。最末块包含802.16(m)UL区域并且其他2个块包含802.16(m)DL或802.16(m)UL区域。可以使用该配置构造全帧和子帧1∶2。可以使用该配置构造全帧和子帧1∶2。帧800的控制开销是小的，因为它不支持802.16(e)数据业务。可能需要多达2个比特用于信号通知帧800的构造。即使图7的帧700和图8的帧800可以组合成一种帧类型，通过使它们分离仍然节约了控制信令。
图9图示了包括具有固定持续时间子块的多个5毫秒帧的超帧900的通用结构，其中所述帧支持802.16(e)和802.16(m)终端或其组合。在一个实施例中，802.16(m)帧结构基于20毫秒超帧。为了减小控制开销以及简化信令和对802.16(m)移动装置的检测(避免盲检测)，超帧的第一帧902具有图8所示的类型或者是图6所示的m-帧。802.16(m)广播信道(m-BCH)904位于第一帧的第一块的末端，并且它可以用于确定初始化终端时的20毫秒阶段。802.16(m)帧结构对于传统802.16(e)终端应当是透明的。因此，802.16(e)终端不需要检测任何新的控制信号。在混合帧中，802.16(m)区域被分配具有专用导频的单独的区。在信号通知802.16(m)终端该超帧和帧和子帧结构中的控制信号是基于分级结构的。该信号是m-BCH的一部分，并且每20ms传送。编码的BCH可映射到40ms(如果x-2)间隔中的数目x(例如，x＝2)个超帧。由于广播该信号，因此应当减小该信号的大小并且使其可靠。表3中图示了示例性超帧结构控制信号。
Figure GSB00000774896600141
表3；超帧结构控制信号
表4示出了m-帧子帧结构控制信号。
Figure GSB00000774896600151
表4.m-帧子帧结构控制信号
表5示出了HEM-II子帧结构控制信号。
表5.HEM-II子帧结构控制信号
表6图示了示例性HEM-I子帧结构控制信号。
Figure GSB00000774896600161
表6.HEM-I子帧结构控制信号
在图9中，描述了用于TDD 16m系统的以上的示例性帧结构。然而，在替代实施例中，相似的帧/子帧结构可应用于FDD 802.16(m)。而且，即使在一个5ms帧中仅存在四个子帧，但是在一个超帧中仍存在16个子帧。由于表1-4中的控制信号可以分配用于每个子帧的DL/UL和e/m，因此DL/UL和e/m之间的划分粒度是1/16或6.25％。
图10图示了支持802.16(e)和802.16(m)的示例性混合帧结构。如讨论的，5毫秒帧开始于802.16(e)前导。802.16(e)终端从其中将802.16(m)区域分配为单独的区的802.16(e)MAP确定802.16(e)和802.16(m)分配。802.16(m)区域由一个或多个m子帧组成，所述m子帧具有固定大小并且位于802.16(e)DL和802.16(e)UL区域之间。该方案与HEM-I相似，不同之处在于子帧大小是不同的，DL/UL被划分，并且e/m是固定的。图10图示了示例性结构。m子帧的持续时间可选自48个符号的因子，在该情况中是16个符号。h-帧结构中的m子帧的数目和大小可以基于负载、延迟或其他要求而改变。在该情况中，2个m子帧在混合(h)帧中。在h-帧内部的m子帧的位置可以是任何地点，只要TTG由m-帧区域覆盖。通过相对于传统TDD划分仔细设计m子帧可以实现完全的DL/UL同步和最大帧利用。通过使用5毫秒帧中的一个m子帧可以构造全帧，并且可以使用2个m子帧构造子帧1∶2。固定大小的m子帧结构有助于802.16(m)终端使用盲检测确定802.16(m)分配，尽管可以使用明确的控制信令。
在以上的示例中，对传统和802.16(m)业务的帧资源分配和对DL和UL间隔的分配明确地是12个符号的块。该方案需要小的控制开销，然而，仅允许有限的传统和802.16(m)分区集合和有限的TDD划分集合。在该章节中描述了替代方案，该替代方案允许灵活地分配传统和16m分区大小并且允许TDD划分的更宽的范围，使得在适应DL/UL业务比中能够具有更大的灵活性。在该方案中，存在包括以下的一个或多个的超帧结构：传统802.16(e)帧、802.16(m)帧和/或混合帧。在一些实施例中，超帧的长度可以是5毫秒的任何倍数，因此5ms的混合帧是所包括的超帧结构的特殊情况。在其他实施例中，超帧长度可以不同于5ms。802.16(e)帧与传统帧相同。802.16(m)帧不需要支持802.16(e)服务并且它们不需要具有任何传统分量。它们可以具有全帧结构或者由N个m子帧组成的子帧1∶N结构。m子帧可以被配置成具有可能宽范围的TDD划分。在同一5毫秒时段中支持802.16(e)和802.16(m)终端的混合帧中，5毫秒间隔被分区为802.16(e)和802.16(m)区域。描述了两种不同类型的分区。
图11图示了适于向与第一和第二协议兼容的无线通信终端分配无线电资源的具有例如802.16(e)和802.16(m)分区的资源区域分区的大小的灵活性的帧结构。5毫秒帧可以具有e-DL、e-UL、m-DL和m-UL区域。然而，除了802.16(e)区域的大小服从于由那些区域中使用的子信道类型的粒度所强加的约束之外，在帧大小(符号的数目)中不存在约束。下行链路无线电帧通常包括第一协议资源区域和第二协议资源区域。该无线电帧还包括用于分配第一协议资源区域中的资源的第一协议分配控制消息和用于分配第二协议资源区域中的资源的第二协议分配控制消息。在一些实施例中，第一协议分配控制消息可以将第一协议资源区域中的资源分配给与第一协议兼容的无线终端，并且第二协议分配控制消息可以将第二协议资源区域中的资源分配给与第二协议兼容的一个或多个无线终端。
例如802.16(m)基站的无线通信基础设施实体通常传送无线电帧序列，例如，用于向与第一协议兼容的无线终端和与第二协议兼容的无线终端分配无线电资源。在一个实施例中，序列中的至少百分之五十(50％)的无线电帧包括第一协议前导，例如802.16(e)前导，以便促进任何802.16(e)移动单元保持与系统同步的能力。在该实施例中，包括第一协议前导的无线电帧可以包含或也可以不包含第一协议分配控制消息。
例如802.16(m)的第二协议的分配控制消息可以位于无线电帧中的预定位置。通过将第二协议分配消息定位在已知或预定位置，可以减小802.16(m)移动站的复杂性，因为能够避免尝试盲检测消息的位置。盲检测通常涉及尝试在多个资源集合上对消息解码直至获得适当的消息循环冗余校验(CRC)。第一协议资源区域通常包括导频子载波。在一个实施例中，无线电帧包括(例如，通过传递指示专用导频区的消息，在该专用导频区中没有针对第一协议终端的分配，或者通过指示安全区的消息，或者通过其他手段)指示第一协议终端不应当使用第二协议资源区域中的导频子载波的消息。第二区域中的子载波可以不存在或者可以位于与第一区域中的导频不同的位置。在另一实施例中，该消息识别包括第二协议资源区域的专用导频间隔。该无线电帧还可以包括(例如，通过传递指示专用导频区的消息，在该专用导频区中没有针对第一协议终端的分配，或者通过指示安全区的消息，或者通过其他手段)识别第一协议资源区域的边界的消息。
在图11中，帧的第一符号包含独立于802.16(e)MAP识别802.16(m)区域的802.16(m)MAP或者802.16(m)MAP的子集或者802.16(m)MAP指针。这后面是一个符号的802.16(e)前导和802.16(e)MAP。802.16(e)MAP使用安全区或专用导频区指示16m区域。可以在802.16(m)区中定义新的导频/子信道/控制结构，该结构比802.16(e)结构更加有效。在该示例中，802.16(e)DL和UL区域被示出以使用PUSC区。然而，替代地还可以使用其他802.16(e)排列。而且，在802.16(m)下行链路和上行链路区(下行链路和上行链路上的第二协议区域)中，排列、导频模式和导频密度以及诸如子载波间距或循环前缀长度或符号持续时间的其他参数可以与802.16(e)中定义的参数相同或不同。在其他实施例中，帧的第一符号包含802.16(e)前导和802.16(m)MAP或者以上提及的控制信道/控制信令处于帧中的不同位置。例如：在标为16m DL的帧的部分中(例如，从802.16(e)的角度看，专用导频区或安全/PAPR减小区)。通常，802.16(m)MAP不需要是时间复用的，但是可以使用时分复用(TDM)、频分复用(FDM)或者码分复用(CDM)中的任何复用方案或其组合进行复用。而且，802.16(m)MAP及其信息可被广播(例如，预期可以通过当前小区覆盖区域中的几乎所有802.16(m)移动装置解码)，专用(例如，预期可以仅通过特定的移动装置或者移动装置组解码)，或者广播和专用的某种组合(例如，部分控制/信令信息被广播，并且移动特定的控制/信令信息被专用)。
而且在图11中(此外)，在802.16(e)MAP/控制信道结构中示出了16m安全优先(override)指示符。这是可以被包括的可选方面，以便允许802.16(m)移动装置识别特定的802.16(e)安全区，或者专用导频区正在用作用于802.16(m)移动装置的802.16(m)区。这可以用于至少两个方面中。首先，如果802.16(m)移动装置可以对802.16(e)MAP/控制信道结构解码，则它然后将知道802.16(m)区在帧中的位置。然后，如果802.16(m)MAP处于802.16(m)区中的已知位置，则802.16(m)移动装置将知道MAP的位置以简化MAP的检测。换言之，在该情形中，针对802.16(m)MAP的位置的指针被提供给802.16(m)移动装置。其次，当802.16(m)移动装置知道特定的安全区或者专用导频区将用作802.16(m)区时，802.16(e)MAP可以用于在802.16(m)区中为802.16(m)移动装置分配资源。使用802.16(e)MAP分配802.16(m)区中的资源可以单独完成(例如，当帧中不存在单独的802.16(m)MAP时)，或者除了可以通过单独的802.16(m)MAP进行的资源分配之外，完成使用802.16(e)MAP分配802.16(m)区中的资源。16m安全优先指示符可以通过与802.16(e)协议兼容的方式包括在802.16(e)MAP中。例如，来自802.16(e)协议的预定的可用或预留下行链路间隔使用码指示符(DIUC)或者扩展DIUC(例如，仍未被指配给特定的802.16(e)功能的)可以用作16m安全优先指示符。这样的指示符可以在下行链路MAP或者上行链路MAP(在上行链路MAP中，DIUC的等同物是上行链路间隔使用码或UIUC)或者此两者(注意到，在本发明的描述中将一般地使用术语DIUC/UIUC，并且这些术语还可以涵盖扩展DIUC/UIUC、扩展-2DIUC/UIUC和扩展DIUC/UIUC-依赖IE)中使用。在利用可用DIUC的情况中，由于802.16(e)移动装置通常知道忽略不能解释的任何DIUC或UIUC，因此802.16(e)移动装置的操作不应被削弱。其他802.16(e)兼容方法也是可能的，诸如利用其他信息元素或IE中的其他预留码或字段)，但是必须小心确保802.16(e)移动装置的操作未被削弱。通常，传统(802.16(e))MAP区域中示出的安全区/专用导频优先可以被隐含地或明确地指明。隐含指示的示例是定义提供针对帧的16m区域的指针的新的仅16m MAP IE(例如，基于预留DIUC/UIUC)，并且该指针将被设置成与例如802.16(e)安全区或专用导频区的起点一致。另一示例是，IE可以向16m移动装置指配安全/专用导频区中的资源(使用现有的16e MAP IE或者新定义的16m MAP IE)。明确优先的示例是指令16m移动装置忽略安全/专用导频区IE的新的IE(例如，基于预留的DIUC/UIUC)。而且注意到，在一些实施例中，作为替换，可以在与MAP不同的更高层的信令中指示传统MAP区域中示出的安全区/专用导频优先，诸如偶尔传送而非每帧传送的下行链路信道描述符(DCD)中。这将减小MAP开销，特别是在16m区的大小/布置仅缓慢改变的情况中。
在图12中，第一802.16(m)子帧(还被称为区域或资源区域或区)完全包含在传统TDD边界前方的由安全区或者专用导频区创建的802.16(m)区域中。DL和UL间隔是相邻的。第二m子帧的DL间隔也位于传统TDD边界前方。然而，第二m子帧的UL间隔与传统TDD边界通过802.16(e)UL区域分离。第一m子帧的UL间隔与第二m子帧的DL间隔的相邻性将有利于诸如AMC和MIMO波束赋形中的链路适应性能。然而，由于缺乏足够的处理时间，该相邻性可能不利于快速重传，该重传可能必须等待直至下一帧中的DL间隔。
在图13中，两个802.16(m)子帧位于通过两个安全区或专用导频区创建的两个802.16(m)区域中。对于这两个子帧，UL间隔与DL间隔相邻。该方案的缺陷在于传统TTG中的未使用的资源，对于802.16(m)帧结构或者对于802.16(e)传统虚拟帧，该资源均是不需要的。
在图14中示出了子帧结构，其中802.16(m)区域开始于已知位置。因此不同于例如图10的结构的其他实施例，不需要第一符号中(或者替代地通过802.16(e)兼容方式，诸如基于利用预留DIUC，嵌入或包括在802.16(e)MAP中)的802.16(m)MAP指针/MAP子集/MAP。在图14中，802.16(m)UL区域呈现在用于两个802.16(m)子帧的802.16(m)DL区域前方。因此，UL MAP相关性优选地用于下一802.16(m)子帧。对于第一802.16(m)子帧，UL区域位于e-DL区域后方，通过TTG间隔分离。因此，可以基于已知的TTG间隔位置来盲检测802.16(m)区域的开始位置。在第一m子帧中可以描述第二m子帧的开始位置。m-UL间隔与前一m子帧的m-DL间隔的宽的分离可以允许更快的HARQ反馈，导致更快的重传和更低的分组延时。
图15是替代的802.16(m)帧结构，其中使用FCH之后的802.16(e)DL-MAP的第一DL-MAP-IE()，即4个时隙，广播5毫秒混合帧的结构。这些IE()被802.16(e)终端放弃。多个这样的IE()可以用于实现更高的重复因子并且由此实现高的可靠性/覆盖。通过该结构，独立于802.16(e)MAP的802.16(m)控制的有效检测可以是可能的，并且在802.16(m)终端中可以实现有效微眠。该结构的主要优点在于，不需要为802.16(m)MAP指针/MAP子集/MAP分配完整的符号。m子帧中的通常DL/UL顺序可被保持。在以上帧结构中，802.16(e)DL和UL区域中的任一区域可以减小至零，由此为802.16(m)业务分配完整的帧。通过消除802.16(e)DL和UL区域以及802.16(e)MAP也可以构造非向后兼容的802.16(m)帧。用于在802.16(e)MAP中包括802.16(m)帧结构信息的另一方法是利用预留的802.16(e)的DIUC/UIUC中的预定的一个指示在特定IE中的信息是帧描述性信息。作为示例，在DL-MAP-IE()结构中，可以使用扩展-2DIUC依赖IE()(它对应于DIUC值14)。在该扩展-2DIUC依赖IE()结构中，可以使用在范围0x0B-0x0D或者0x0F中的扩展-2DIUC的预留值来描述802.16m帧结构；在该IE中的长度参数将被设置成以字节为单位的帧结构的大小。替代地，可以使用HARQ-DL-MAP-IE()(使用具有扩展-2DIUC值0x07的扩展-2DIUC依赖IE())；具有“模式”参数的该HARQ-DL-MAP-IE()结构被设置成在范围0b0111-0b1111(它们是预留的并且未用于802.16(e)结构)中的值。还可以使用的另一结构是具有DIUC＝15的DL-MAP-IE()，它识别扩展DIUC依赖IE()结构；使用在范围0x09-0x0A或0x0C-0x0E中的用于扩展DIUC参数的预留值，可以构造802.16(m)帧结构描述。
图16图示了适于向与第一和第二协议(例如，802.16(e)和802.16(m))兼容的无线通信终端分配无线电资源的具有例如802.16(e)和802.16(m)分区的资源区域分区的大小的灵活性的帧结构。在一个实施例中，序列中的至少百分之五十(50％)的无线电帧包括例如802.16(e)协议的第一协议的前导。该序列包括第一协议资源区域和第二协议资源区域，其中第一协议分配控制消息分配在第一协议资源区域中的资源并且第二协议分配控制消息分配在第二协议资源区域中的资源。
在图17中，共有帧n中的控制消息描述了用于例如802.16(e)和802.16(m)协议的第一和第二协议的帧n+1中的分配。图17还图示了由在前一帧n中的控制消息描述的共有帧n+1中的第一和第二资源区域。在一个实施例中，第一和第二协议分配控制消息出现在共有帧中，其中第一协议分配控制消息在共有帧后面的帧中分配在第一协议资源区域中的资源，并且第二协议分配控制消息在共有帧后面的帧中分配在第二协议资源区域中的资源。在另一实施例中，第一和第二协议资源区域出现在共有帧中，其中第一协议分配控制消息出现在共有帧前面的帧中，并且第二协议分配控制消息出现在共有帧前面的帧中。
图18图示了在共有帧n中用于第一和第二协议的控制消息。第一协议控制消息的一部分分配在帧n+1的第一协议区域中的资源，并且第二协议控制消息分配在同一帧n的第二协议区域中的资源。
在本发明的一些实施例中，第一协议分配控制消息(例如，802.16(e)MAP)可以向与第一协议和第二协议都兼容的无线终端(例如，802.16(m)终端)分配在第一协议资源区域(例如，802.16(e)区域或区)中的资源。在该情况中，可能需要被指配/分配在802.16(e)区域中的资源的802.16(m)终端使用802.16(e)协议接收和/或传送。通过该方式向802.16(m)移动装置指配/分配在802.16(e)区域中的资源对于负载平衡目的可能是有利的。例如，可能存在数次如下情况，即当802.16(e)区域未被充分利用时，802.16(m)区域可能变为被完全分配/利用。这可以基于业务模式和调度策略动态地发生。在这样的情况中，一些802.16(m)终端可以被分配在802.16(e)区域中的资源以便容纳用于802.16(m)终端的更高的业务总量。
尽管通过建立所有权和使本领域的普通技术人员能够实现和使用本公开的方式已经描述了本公开及其最佳模式，但是将理解和认识到，存在此处公开的示例性实施例的等同物，并且在不偏离本发明的范围和精神的前提下可以对其进行修改和变化，本发明的范围和精神应当不是通过示例性实施例而是通过权利要求来限定。

Claims (29)

1.一种利用无线通信基础设施实体执行的方法，所述方法包括：
向与第一协议兼容的无线终端并且向与第二协议兼容的无线终端分配在无线电帧中的无线电资源，
所述无线电帧包括第一协议资源区域和第二协议资源区域，
所述无线电帧包括第一协议分配控制消息和第二协议分配控制消息，
所述第一协议分配控制消息向与所述第一协议兼容的所述无线终端分配在所述第一协议资源区域中的资源，以及所述第二协议分配控制消息向与所述第二协议兼容的所述无线终端分配在所述第二协议资源区域中的资源。
2.如权利要求1所述的方法，所述无线电帧构成无线电帧序列，其中，在所述序列中的至少百分之五十的所述无线电帧包括第一协议前导。
3.如权利要求1所述的方法，所述第二协议分配控制消息位于所述无线电帧中的预定位置。
4.如权利要求1所述的方法，至少所述第一协议资源区域包括导频子载波，所述无线电帧包括指示与所述第一协议兼容的无线终端不应当使用在所述第二协议资源区域中的导频子载波的消息。
5.如权利要求4所述的方法，所述指示与所述第一协议兼容的无线终端不应当使用在所述第二协议资源区域中的导频子载波的消息识别专用导频间隔，所述专用导频间隔包括所述第二协议资源区域。
6.如权利要求4所述的方法，所述无线电帧包括识别所述第一协议资源区域的边界的消息。
7.如权利要求1所述的方法，所述无线电帧包括指向所述无线电帧中的所述第二分配控制消息的位置的指针。
8.如权利要求1所述的方法，所述第一协议是IEEE 802.16(e)并且所述第二协议是IEEE 802.16(m)。
9.如权利要求1所述的方法，其中，当特定的安全区或者专用导频区将被用作第二协议资源区域时，所述第一协议分配控制消息还为与所述第二协议兼容的无线终端分配在所述第二协议资源区域中的资源。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一协议分配控制消息进一步向与所述第一协议和所述第二协议都兼容的无线终端分配在所述第一协议资源区域中的资源。
11.一种利用无线通信基础设施实体执行的方法，所述方法包括：
向与第一协议兼容的无线终端并且向与第二协议兼容的无线终端分配在无线电帧序列中的无线电资源，
所述无线电帧序列包括第一协议资源区域和第二协议资源区域，
所述无线电帧序列包括第一协议分配控制消息和第二协议分配控制消息，
所述第一协议分配控制消息分配在所述第一协议资源区域中的资源，所述第二协议分配控制消息分配在所述第二协议资源区域中的资源。
12.如权利要求11所述的方法，
所述第一协议分配控制消息和所述第二协议分配控制消息出现在共有帧中，
所述第一协议分配控制消息在所述共有帧后面的帧中分配在第一协议资源区域中的资源，所述第二协议分配控制消息在所述共有帧后面的帧中分配在第二协议资源区域中的资源。
13.如权利要求11所述的方法，
所述第一协议资源区域和所述第二协议资源区域出现在共有帧中，
所述第一协议分配控制消息出现在所述共有帧前面的帧中，并且所述第二协议分配控制消息出现在所述共有帧前面的帧中。
14.如权利要求11所述的方法，在所述序列中的至少百分之五十的所述无线电帧包括第一协议前导。
15.如权利要求11所述的方法，所述第二协议分配控制消息位于所述无线电帧序列中的至少一些帧中的预定位置。
16.如权利要求11所述的方法，至少所述第一协议资源区域包括导频子载波，所述无线电帧包括指示与所述第一协议兼容的无线终端不应当使用在所述第二协议资源区域中的导频子载波的消息。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述指示与所述第一协议兼容的无线终端不应当使用在所述第二协议资源区域中的导频子载波的消息识别专用导频间隔，所述专用导频间隔包括所述第二协议资源区域。
18.如权利要求16所述的方法，所述无线电帧包括识别所述第一协议资源区域的边界的消息。
19.如权利要求18所述的方法，所述无线电帧包括指向所述无线电帧中的所述第二分配控制消息的位置的指针。
20.如权利要求11所述的方法，所述第一协议是IEEE 802.16(e)并且所述第二协议是IEEE 802.16(m)。
21.一种在无线通信基础设施实体中的方法，所述方法包括：
向与第一协议兼容的无线终端并且向与第二协议兼容的无线终端分配在无线电帧中的无线电资源，所述第一协议不同于所述第二协议，
所述无线电帧包括多个块，所述多个块包括第一块和最末块，
每个块包括多个符号，
所述第一块包括第一协议前导，剩余块没有第一协议前导，
所述多个块中的每个块是第一协议块或第二协议块。
22.如权利要求21所述的方法，
所述无线电帧包括至少一个第一协议块和至少一个第二协议块，
所述无线电帧包括用于分配在所述第一协议块中的资源的第一协议分配控制消息，
所述无线电帧包括用于分配在所述第二协议块中的资源的第二协议分配控制消息。
23.如权利要求21所述的方法，
所述无线电帧包括用于分配在第一协议块中的资源的第一协议分配控制消息，
所述第一协议分配控制消息位于所述第一块中。
24.如权利要求23所述的方法，所述第一块是第一协议块。
25.如权利要求23所述的方法，所述第一块是第二协议块。
26.如权利要求23所述的方法，所有所述块是第二协议块。
27.如权利要求23所述的方法，所述第一协议分配控制消息分配在与所述第一协议分配控制消息所位于的无线电帧不同的无线电帧的第一协议块中的资源。
28.如权利要求21所述的方法，每个块包括基本上相同数目的符号。
29.如权利要求21所述的方法，所述第一协议是IEEE 802.16(e)并且所述第二协议是IEEE 802.16(m)。
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