CN101895497B - 基于单载波频域均衡技术的时分多址通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单载波频域均衡技术的时分多址通信方法，预设定TDMA即时分多址帧的结构：TDMA帧由2N+1个子帧构成，每一个子帧包含多个上行时隙和多个下行时隙，每一个时隙的信号包括：训练序列、有效数据段和保护符号间隔；其中，子帧0的第一个时隙专门发送下行的链路控制消息，位于中间的子帧N的第一个时隙作为提供移动台的随机接入和移动台轮询用的接入时隙；则所述方法包括：移动台侦听下行信道，解调出子帧0第一个时隙所包含的链路控制消息；移动台根据链路控制消息选定发送时隙发送接入请求消息；本发明设计的帧结构简单，降低了系统控制的复杂度，克服了现有的采用OFDM技术的宽带系统中峰均比过高的问题。

Description

基于单载波频域均衡技术的时分多址通信方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于单载波频域均衡技术的时分多址通信方法。

背景技术

SC-FDE(单载波频域均衡系统)是宽带无线传输中一种很有效的对抗多径干扰的方法。在无线通信系统中，除了受各种噪声的干扰，发射信号的多径传播也影响着数据传输的误码率，引起码间干扰。随着接入和数据传输的速率的较大提高，越来越高的传输带宽造成了严重的时间色散，接收信号中包含了经历衰减和时延的多径波，引起频率选择性衰落，从而导致严重的码间干扰。这个时候，如果单用时域均衡减轻码间干扰，需要较多滤波器抽头才能得到可接受的均衡效果，这样很难达到实时性要求，而且随着多径时延扩展的增大，均衡复杂度甚至可能成指数增长。Sari于1994年首次发起重新讨论SC-FDE技术。接着，各国的研究者就SC-FDE的原理和性能，以及该系统特殊的符号结构和信号处理算法开始了研究。由于其性能上的优越性，已越来越受到人们的重视。

TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)是把时间分割成周期性的帧，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。

现有的实用TDMA系统中，帧结构复杂，导致控制信号繁多、资源调度方法繁琐，相应地带来了带宽效率的降低。此外，现有的宽带通信系统中，还未有完全采用单载波频域均衡技术的TDMA帧结构，一般都是采用OFDM技术或在仅上行部分采用单载波传输(如LTE)，而OFDM系统具有峰值平均功率比(峰均比)过高的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于单载波频域均衡技术的时分多址通信方法，用以解决现有TDMA系统中由于帧结构复杂导致的带宽效率降低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种基于单载波频域均衡技术的时分多址通信方法，预设定TDMA即时分多址帧的结构：TDMA帧由2N+1个子帧构成，每一个子帧包含多个上行时隙和多个下行时隙，每一个时隙的信号包括：训练序列、有效数据段和保护符号间隔；其中，子帧0的第一个时隙专门发送下行的链路控制消息，位于中间的子帧N的第一个时隙作为提供移动台的随机接入和移动台轮询用的接入时隙；则所述方法包括：

步骤A：当移动台需要接入时，移动台侦听下行信道，解调出子帧0第一个时隙所包含的链路控制消息；

步骤B：移动台根据链路控制消息选定发送时隙发送接入请求消息，并等待接收接入请求回复消息。

进一步地，所述训练序列包括：训练序列0和训练序列1，其中，训练序列0具体包括：多个重复的短导频序列和多个重复的长导频序列构成；训练序列1具体包括：两个重复的长独特字、循环前缀和一个独特字构成；所述有效数据段包括：多个数据块，其中每个数据块包括前32个独特字符号和后224个数据符号；所述链路控制消息具体包括：基站的ID号、控制消息、轮选列表大小和轮询的移动台ID号列表信息。

进一步地，所述步骤B具体包括：

步骤B1：移动台读取链路控制消息中的轮询列表大小，根据轮询列表大小、接入子时隙个数和预定的退避值确定发送时隙，并在确定的发送时隙到来时刻发送接入请求消息，然后设定等待接收接入请求回复消息的等待时限；

步骤B2：基站在接收到移动台发送的接入请求消息后，在本帧的子帧N+1～2N时间段内，选定一下行时隙发送接入请求回复消息；

步骤B3：移动台根据等待接收接入请求回复消息的结果决定是否需要重新开始初始化接入过程。

所述步骤B3具体包括：

如果移动台在预定时间内接收到接入请求回复消息，则本次初始化接入完成；否则移动台确定新的退避值，转到步骤B2并将重试次数计数器加1；

如果重试次数预定的最大值，则返回步骤A重新开始初始化接入过程。

本发明有益效果如下：

本发明设计的帧结构简单，所需的控制消息较少，易于调度，降低了系统控制的复杂度，也提高了带宽效率；采用完全基于单载波频域均衡技术的帧结构，克服了现有的采用OFDM技术的宽带系统中峰均比过高的问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明实施例中，TDMA帧的结构示意图；

图2为本发明实施例中，训练序列0的结构示意图；

图3为本发明实施例中，训练序列1的结构示意图；

图4为本发明实施例中，有效数据块的结构示意图；

图5为本发明实施例中，链路控制消息的结构结构图；

图6为本发明实施例中，接入时隙的结构示意图；

图7为本发明实施例中，退避算法的示意图；

图8为本发明实施例中，初始接入流程示意图；

图9为本发明实施例中，移动台在初始状态时的详细状态图；

图10为本发明实施例中，移动台进入接入等待状态时的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。

首先结合附图1到附图10对本发明实施例所述方法进行详细说明。

本发明实施例需要预设定TDMA即时分多址帧的结构：TDMA帧由2N+1个子帧构成，每一个子帧包含多个上行时隙和多个下行时隙，每一个时隙的信号包括：训练序列、有效数据段和保护符号间隔；其中，子帧0的第一个时隙专门发送下行的链路控制消息，位于中间的子帧N的第一个时隙作为提供移动台的随机接入和移动台轮询用的接入时隙。

当移动台需要接入时，移动台侦听下行信道，解调出子帧0第一个时隙所包含的链路控制消息；移动台根据链路控制消息选定发送时隙发送接入请求消息，并等待接收接入请求回复消息。

如图1所示，图1为TDMA帧的结构示意图，一个TDMA帧由2N+1个子帧组成，每一子帧包含若干个上行和下行时隙，每一时隙的信号包括：训练序列0，训练序列1，有效数据段和保护符号间隔；其中，

训练序列0和训练序列1，用于物理层信号的同步以及信道估计，以进行后面有效数据段的解调。如图2和图3所示，图2和图3分别为训练序列0和训练序列1的结构示意图，其中，训练序列段0由若干重复的SP(短导频序列)和若干重复的长导频序列(LP)构成，通过训练序列0可以完成时隙信号的定时同步和频偏估计。训练序列1由两个重复的长独特字、循环前缀和一个独特字构成，通过训练序列1可以完成信道估计提供给后面的有效数据段做频域均衡用。

有效数据段，用于承载有用消息。如图4所示，图4为有效数据段的结构示意图，有效数据段由若干个数据块组成，每个数据块包括前32个独特字符号和后224个数据符号。独特字在单载波频域均衡系统中起到了循环前缀的作用，一般选用具有时域频域平坦特性的序列，如Frank-Zadoff序列或Chu序列。大小为256的数据块是单载波系统均衡、解调的基本单位。

保护符号间隔，是一段无效数据，用于消除传播效应、收发转换等延迟。

在2N+1个子帧中，子帧0的第一个时隙专门发送下行的链路控制消息。如图5所示，图5为链路控制消息的结构示意图，具体包括：基站的ID号，控制消息，轮询列表大小和轮询的移动台ID号列表信息；其中，控制消息承载了用户正确解调所需要的相关消息，如编码、调制格式，交织信息，上下行时隙个数分配信息等。用户获得这些消息就可以在正确的时隙发送上行信号。

位于中间的子帧N的第一个时隙专门作为接入时隙，用于提供移动台的随机接入和移动台轮询功能。如图6所示，图6为接入时隙的结构示意图，接入时隙包括K个接入子时隙。设本帧的链路控制消息中轮询列表大小为L(L＜K)，则这些子时隙的前L个被分配作为轮询时隙，L个轮询时隙分配给已完成接入的用户，这些用户采用无竞争的方式在相应的轮训时隙发送上行信号。随机接入用户只能在后K-L个接入子时隙进行接入，接入的退避算法采用二进制指数回退算法。

如图7所示，图7为退避算法的示意图，例如，假设当前接入用户的退避值b＝15，链路控制消息中轮询列表大小值L＝2，接入时隙包含的子时隙个数K＝8，则每个接入时隙的前两个接入子时隙都作为轮询时隙，专门分配给指定的移动台用户，而当前用户只能在后6个有效接入子时隙内完成退避过程。

如图8所示，图8为移动台初始接入流程示意图，具体可以包括：

步骤(1)：移动台侦听下行信道，直至完成初始同步，并解调出帧第一个时隙所包含的链路控制消息；

步骤(2)：移动台读取链路控制消息中的轮询列表大小L，根据L、接入子时隙个数K和退避值b确定发送时隙，在选定时隙到来时刻发送接入请求消息，同时设定等待时长，例如可以启动接入请求回复消息等待定时器T1；

步骤(3)：基站若接收到移动台发送的接入请求消息，则在本帧的子帧N+1～2N时间段内，选定某一下行时隙发送接入请求回复消息。

步骤(4)：若移动台在T1超时前接收到接入请求回复消息，则完成过程完成。否则(T1超时仍未接收到接入请求回复消息)，移动台执行二进制指数回退算法得到新的退避值b，重复步骤(2)并将重试次数计数器加1。若重试次数超过最大值，则返回步骤(1)重新开始初始化接入过程。

如图9和图10所示，图9为移动台在初始状态时的详细流程图，对应上面的步骤(1)。图10为移动台进入接入等待状态时的流程示意图，对应上面的步骤(2)～(4)。

综上所述，本发明实施例提供了一种基于单载波频域均衡技术的时分多址通信方法，本发明实施例设计的帧结构简单，所需的控制消息较少，易于调度，降低了系统控制的复杂度，也提高了带宽效率；采用完全基于单载波频域均衡技术的帧结构，克服了现有的采用OFDM技术的宽带系统中峰均比过高的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于单载波频域均衡技术的时分多址通信方法，其特征在于，预设定TDMA即时分多址帧的结构：TDMA帧由2N+1个子帧构成，每一个子帧包含多个上行时隙和多个下行时隙，每一个时隙的信号包括：训练序列、有效数据段和保护符号间隔；其中，子帧0的第一个时隙专门发送下行的链路控制消息，位于中间的子帧N的第一个时隙作为提供移动台的随机接入和移动台轮询用的接入时隙；则所述方法包括：

步骤A：当移动台需要接入时，移动台侦听下行信道，解调出子帧0第一个时隙所包含的链路控制消息；

步骤B：移动台根据链路控制消息选定发送时隙发送接入请求消息，并等待接收接入请求回复消息；

其中，所述训练序列包括：训练序列0和训练序列1，其中，训练序列0具体包括：多个重复的短导频序列和多个重复的长导频序列构成；训练序列1具体包括：两个重复的长独特字、循环前缀和一个独特字构成；所述有效数据段包括：多个数据块，其中每个数据块包括前32个独特字符号和后224个数据符号；所述链路控制消息具体包括：基站的ID号、控制消息、轮选列表大小和轮询的移动台ID号列表信息；

所述步骤B具体包括：

步骤B1：移动台读取链路控制消息中的轮询列表大小，根据轮询列表大小、接入子时隙个数和预定的退避值确定发送时隙，并在确定的发送时隙到来时刻发送接入请求消息，然后设定等待接收接入请求回复消息的等待时限；

步骤B2：基站在接收到移动台发送的接入请求消息后，在本帧的子帧N+1～2N时间段内，选定一下行时隙发送接入请求回复消息；

步骤B3：移动台根据等待接收接入请求回复消息的结果决定是否需要重新开始初始化接入过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B3具体包括：

如果移动台在预定时间内接收到接入请求回复消息，则本次初始化接入完成；否则移动台确定新的退避值，转到步骤B2并将重试次数计数器加1；

如果重试次数预定的最大值，则返回步骤A重新开始初始化接入过程。