CN101997600B

CN101997600B - 减小移动通信系统中保护时间间隔的方法和基站

Info

Publication number: CN101997600B
Application number: CN200910194809.1A
Authority: CN
Inventors: 梁学俊; 刘扬; 段军
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-08-27
Also published as: CN101997600A

Abstract

本发明实施例提供了一种减小移动通信系统中保护时间间隔的方法和基站，将基站所服务的小区内的用户划分为中心用户和边缘用户；根据中心用户和边缘用户与基站之间的传输时延来确定保护时间间隔；以及基于所述保护时间间隔，在不同的上下行转换周期内，中心用户进行双向传输，边缘用户交替地进行单向传输。由于本发明实施例采用非对称的传输方式，因此可以在满足相同覆盖要求的情况下采用更小的保护时间间隔，进而可以增加系统的可用资源，提高频谱效率。

Description

减小移动通信系统中保护时间间隔的方法和基站

技术领域

本发明实施例涉及移动通信技术领域，具体涉及减小移动通信系统中保护时间间隔的方法和基站。

背景技术

时分双工(TDD)系统能够满足非对称业务的需求以及频率分配零散化的趋势，在下一代移动通信系统中具有较强的优势。TDD系统上下行传输都发生在同一频率，只能通过不同时隙来区分上行和下行链路。由于无线电波在空气中传播存在延迟，将使得基站和用户信号在上行与下行之间存在一个时序上的差异。那么，为了避免上下行数据在发送时发生碰撞，必须在上行和下行时隙之间留出足够的保护时间间隔(GP)。GP越大则允许更大的小区覆盖范围(单向传输时间更长)。

确定GP的大小的原则是必须保证上下行传输互不干扰，即，GP必须保证在上行(或下行)开始之前收到所有下行(或上行)信号。GP通常包含基站到小区边缘用户的最大往返时延和硬件传输状态转换时延。

图9是示出了在采用传统GP配置的示意图。

如图9所示，目前TDD系统上行采用了提前传输的机制，基站将为用户估计时间T_TA，用户提前T_TA时刻传输上行数据，从而实现与基站的同步。T_TA值由用户与基站的距离决定，不同位置用户的T_TA值也不相同。每个上下行转换周期T_SP内包含一个GP，GP通常由基站到用户的信号往返时延T_RTT和状态转换时间组成。状态转换时间由用户的硬件设备决定，且远小于T_RTT，因此可以忽略不计。那么，GP＝T_RTT＝T_BS-UE+T_UE-BS，T_BS-UE为基站到用户的传输时延，T_UE-BS为用户到基站的传输时延。在传统的GP配置中，T_RTT由基站到小区最边缘的用户的往返时延来确定，T_BS-UE＝T_UE-BS＝R/C，使得GP＝T_RTT＝T_BS-UE+T_UE-BS＝2R/C，其中R为小区半径，C为信号传输速率。

然而，传统的GP配置存在缺陷。

图10是示出了在传统的GP配置下存在空闲时隙的示意图。

如图10所示，对于非小区边缘用户来说，信号传输时延T_BS-UE＜R/C，T_UE-BS＜R/C，上行与下行之间将出现空闲时隙(如阴影部分所示)，而这种空闲时隙造成了TDD系统时频资源的浪费。以LTETDD为例，规范中定义了9种GP配置选项，长度对应1～10个OFDM符号，时间约为70us～700us，对应支持10～100km的小区覆盖半径。在100km覆盖范围的小区内，位于小区中心40km处的用户，无线电波的往返时间为280us，特殊时隙中将出现420us的空闲时隙，对应6个OFDM符号不能使用。对于其他的TDD系统而言，这样的问题同样存在。

可以看出，长的GP对频谱资源造成了浪费，特别是在提供广域覆盖的时候，会降低TDD系统的频谱效率。因此，在频谱资源稀缺的下一代移动通信系统中，设计即能满足广域覆盖要求，又开销较小的GP成为TDD的研究重点。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种减小移动通信系统中保护时间间隔的方法和基站。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种减小移动通信系统中保护时间间隔的方法，包括：将基站所服务的小区内的用户划分为中心用户和边缘用户；根据中心用户和边缘用户与基站之间的传输时延来确定保护时间间隔；以及基于所述保护时间间隔，在不同的上下行转换周期内，中心用户进行双向传输，边缘用户交替地进行单向传输。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种减小移动通信系统中保护时间间隔的基站，包括：用户划分装置，用于将基站所服务的小区内的用户划分为中心用户和边缘用户；保护时间间隔设置装置，用于基于用户划分装置的划分结果，根据中心用户和边缘用户与基站之间的传输时延来确定保护时间间隔；以及传输控制装置，用于根据用户划分装置的划分结果，在保护时间间隔设置装置所设置的保护时间间隔下，在不同的上下行转换周期内，允许中心用户进行双向传输，允许边缘用户交替地进行单向传输。

由于本发明实施例采用非对称的传输方式，因此可以在满足相同覆盖要求的情况下采用更小的保护时间间隔，进而可以增加系统的可用资源，提高频谱效率。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的时分非对称传输的示意图；

图2是示出了根据本发明实施例的GP配置的示意图；以及

图3是示出了根据本发明实施例的减小移动通信系统中保护时间间隔的基站的框图；

图4是示出了根据本发明实施例的减小移动通信系统中保护时间间隔的方法的流程图；

图5是示出了示例性LTE TDD帧结构的示意图；

图6是示出了图5所示示例性LTE TDD帧结构中特殊子帧结构的详细结构图；

图7是应用了本发明实施例情况下图5的示例性LTE TDD帧结构的示意图；以及

图8是示出了图7所示LTE TDD帧结构中特殊子帧结构的详细结构图。

图9是示出了在采用传统GP配置的示意图；

图10是示出了在传统的GP配置下存在空闲时隙的示意图；

具体实施方式

本发明的总体构思是，采用非对称传输方式，这样就可以相应地设置更小的保护时间间隔GP，从而实现减小GP开销的目的。

图1是示出了根据本发明实施例的非对称传输的示意图。

如图1所示，将基站所服务的小区内的用户划分为中心用户和边缘用户，在不同的上下行转换周期内，中心用户进行双向传输，边缘用户交替地进行单向传输。

例如，假定小区的半径为R，可以设置一个阈值距离D，0＜D＜R。在小区中，将与该小区中心的距离小于D的用户划分为中心用户，将小区中除了中心用户以外的其他用户划分为边缘用户。当然，也可以将与该小区中心的距离小于等于D的用户划分为中心用户，将与该小区中心的距离大于D的用户划分为边缘用户，可以根据需要来选择限定边界情况的方式。

如图1所示，可以在奇数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行下行传输；在偶数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行上行传输。当然，也可以相反地，在奇数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行上行传输；而在偶数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行下行传输(图中未示出)。

在这种非对称传输的情况下，需要相应地配置GP。本发明实施例根据中心用户和边缘用户与基站之间的传输时延来确定保护时间间隔。

图2是示出了根据本发明实施例的GP配置的示意图。

如图2所示，TDD系统的GP仍由两个部分组成GP＝T_BS-UE+T_UE-BS，T_BS-UE为基站到用户的传输时延，T_UE-BS为用户到基站的传输时延。在传统的GP配置中，T_BS-UE＝T_UE-BS＝R/C，GP＝2R/C。而在本发明实施例的GP设计中，T_BS-UE≠T_UE-BS。例如，在奇数T_SP内，T_BS-UE＝R/C，T_UE-BS＝D/C；在偶数T_SP内，T_BS-UE＝D/C，T_UE-BS＝R/C。当然，相反地，也可以采用在偶数T_SP内，T_BS-UE＝R/C，T_UE-BS＝D/C；在奇数T_SP内，T_BS-UE＝D/C，T_UE-BS＝R/C(图中未示出)。由于上下行传输覆盖采用非对称模式，GP由原先的2R/C变为(R+D)/C，在最大覆盖范围不变的情况下，GP减小了(R-D)/C。

上述方案中，新的GP长度由R和D共同决定。R值由TDD系统支持的最大覆盖半径决定。在数据传输过程中，可以根据中心用户和边缘用户的分布情况来相应地调整D的大小，从而获得系统频谱效率与时延之间的均衡。例如，当中心用户业务量大于边缘用户业务量时，减小D值；当中心用户业务量小于边缘用户业务量时，增大D值；当D＝R时，与传统GP配置方式一致。

从整个时间轴来看，这种非对称传输方式保证了系统的最大覆盖范围，也就是说整个小区内的用户都能够正常通信。并且，考虑到较小的上下行转换周期T_SP和用户数据处理时延，该方案不会影响系统的多用户分集增益。

基于上述构思，本发明实施例提供了一种减小移动通信系统中保护时间间隔的基站。

图3是示出了根据本发明实施例的减小移动通信系统中保护时间间隔的基站的框图。

如图3所示，本发明实施例的基站可以包括：用户划分装置101，用于将该基站所服务的小区内的用户划分为中心用户和边缘用户；保护时间间隔设置装置102，用于基于用户划分装置101的划分结果，根据中心用户和边缘用户与基站之间的传输时延来确定保护时间间隔GP；以及传输控制装置103，用于根据用户划分装置101的划分结果，在保护时间间隔设置装置102所设置的保护时间间隔GP下，在不同的上下行转换周期内，允许中心用户进行双向传输，允许边缘用户交替地进行单向传输。

用户划分装置101可以包括：阈值距离设置单元1011，用于设置阈值距离D；用户划分单元1012，用于将所述小区中与该小区中心的距离小于阈值距离D的用户划分为中心用户，将该小区中除了中心用户以外的其他用户划分为边缘用户。

保护时间间隔设置装置102可以根据阈值距离D，将保护时间间隔GP设置为小区半径R与阈值距离D之和除以信号传输速率C，即，(R+D)/C。

传输控制装置103可以包括：第一传输控制单元1031，用于根据用户划分装置101的划分结果，在保护时间间隔设置装置102所设置的保护时间间隔下，在奇数的上下行转换周期内，允许中心用户进行上行和下行传输，允许边缘用户进行下行传输；以及第二传输控制单元1032，用于根据用户划分装置101的划分结果，在保护时间间隔设置装置102所设置的保护时间间隔下，在偶数的上下行转换周期内，允许中心用户进行上行和下行传输，允许边缘用户进行上行传输。在这种情况下，GP仍由两个部分组成GP＝T_BS-UE+T_UE-BS，T_BS-UE为基站到用户的传输时延，T_UE-BS为用户到基站的传输时延。保护时间间隔设置装置102可以如下设置：在奇数T_SP内，T_BS-UE＝R/C，T_UE-BS＝D/C；在偶数T_SP内，T_BS-UE＝D/C，T_UE-BS＝R/C。

当然，反之也是可以的。例如，第一传输控制单元1031用于根据用户划分装置101的划分结果，在保护时间间隔设置装置102所设置的保护时间间隔下，在奇数的上下行转换周期内，允许中心用户进行上行和下行传输，允许边缘用户进行上行传输；第二传输控制单元1032用于根据用户划分装置101的划分结果，在保护时间间隔设置装置102所设置的保护时间间隔下，在偶数的上下行转换周期内，允许中心用户进行上行和下行传输，允许边缘用户进行下行传输。在这种情况下，同样地，GP由两个部分组成GP＝T_BS-UE+T_UE-BS，T_BS-UE为基站到用户的传输时延，T_UE-BS为用户到基站的传输时延。相应地，保护时间间隔设置装置102可以如下设置：在奇数T_SP内，T_UE-BS＝R/C，T_BS-UE＝D/C；在偶数T_SP内，T_BS-UE＝R/C，T_UE-BS＝D/C。

较佳地，阈值距离设置单元1011还可以根据所述小区内用户业务量的分布情况来相应地调整阈值距离的大小，从而获得系统频谱效率与时延之间的均衡。例如，当中心用户业务量大于边缘用户业务量时，减小D值；当中心用户业务量小于边缘用户业务量时，增大D值；当D＝R时，与传统GP配置方式一致。

可以看出，在传统的GP配置中，T_BS-UE＝T_UE-BS＝R/C，GP＝2R/C，然而在本发明实施例中，由于上下行传输覆盖采用非对称模式，使得T_BS-UE≠T_UE-BS，GP由原先的2R/C变为(R+D)/C，在保证最大覆盖范围不发生改变的同时，GP减小了(R-D)/C。

在本发明实施例中，性能表现依赖于T_SP和D，选取合适的T_SP和D至关重要，T_SP和D的选取需要考虑系统频谱效率和时延的权衡。

虽然上面以分离的功能模块的形式描述了本发明实施例的基站，但是图3中示出的每一个组件在实际应用中可以用多个器件实现，示出的多个组件在实际应用中也可以集成在一块芯片或一个设备中。该基站也可包括用于其它目的的任何单元。

相应地，本发明实施例还提供了一种减小移动通信系统中保护时间间隔的方法。

图4是示出了根据本发明实施例的减小移动通信系统中保护时间间隔的方法的流程图。

在步骤S1，将基站所服务的小区内的用户划分为中心用户和边缘用户。

在本实施例中，假定小区的半径为R，可以设置一个阈值距离D，0＜D＜R。在小区中，将与该小区中心的距离小于D的用户划分为中心用户，将小区中除了中心用户以外的其他用户划分为边缘用户。在基站与用户通信的过程中，可以根据所述小区内用户业务量的分布情况来相应地调整阈值距离的大小，从而获得系统频谱效率与时延之间的均衡。例如，当中心用户业务量大于边缘用户业务量时，减小D值；当中心用户业务量小于边缘用户业务量时，增大D值；当D＝R时，与传统GP配置方式一致。

在步骤S2，根据中心用户和边缘用户与基站之间的传输时延来确定GP。

例如，可以将GP设置为所述小区半径R与所述阈值距离D之和除以信号传输速率C。在本实施例中，TDD系统的GP仍由两个部分组成GP＝T_BS-UE+T_UE-BS，T_BS-UE为基站到用户的传输时延，T_UE-BS为用户到基站的传输时延。在奇数T_SP内，T_BS-UE＝R/C，T_UE-BS＝D/C；在偶数T_SP内，T_BS-UE＝D/C，T_UE-BS＝R/C。当然，相反地，也可以采用在偶数T_SP内，T_BS-UE＝R/C，T_UE-BS＝D/C；在奇数T_SP内，T_BS-UE＝D/C，T_UE-BS＝R/C。可以看出，GP被设置为(R+D)/C，减小了(R-D)/C。

在步骤S3，基于在步骤S2中确定的GP，在不同的上下行转换周期内，中心用户进行双向传输，边缘用户交替地进行单向传输。

例如，可以在奇数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行下行传输；在偶数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行上行传输。当然，反之也是可以的，即，在奇数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行上行传输；在偶数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行下行传输。

为了便于说明，以LTE TDD帧结构为例来说明本发明的实施例，然而本发明实施例不限于此，本发明实施例提出的方案也可以应用于其它不同的帧结构和不同的TDD系统。

图5是示出了示例性LTE TDD帧结构的示意图。

需要说明的是，在图5以及后面的图6、图7和图8中，点状阴影部分表示下行，斜线阴影部分表示上行。

如图5所示，示例性LTE TDD帧结构每帧10ms，包含10个1ms的子帧(0#至9#)，支持5ms的上下行转换周期，即T_SP＝5ms。GP包含在特殊子帧(例如，0#子帧与2#子帧之间的子帧，5#子帧与7#子帧之间的子帧)中。

图6是示出了图5所示示例性LTE TDD帧结构中特殊子帧结构的详细结构图。

如图6所示，在LTE TDD帧中，1ms的特殊子帧由下行导引时隙(DwPTS)、GP和上行导引时隙(UpPTS)三部分组成，DwPTS用于下行数据或导频的传输，UpPTS不用作数据传输。根据小区大小，可以将GP的长度表示为OFDM符号数。LTE TDD最大支持100km小区覆盖，即R＝100km，相应地，GP的长度是10个OFDM符号，DwPTS的长度是3个OFDM符号，UpPTS的长度是1个OFDM符号。

图7是应用了本发明实施例情况下图5的示例性LTE TDD帧结构的示意图。

如图7所示，在对图5的示例性LTE TDD帧应用了本发明实施例的情况下，在奇数半帧内，所有用户都可以接收下行数据，但只有小区中心用户可以发送上行数据，T_BS-UE＝R/C，T_UE-BS＝D/C，GP＝T_BS-UE+T_UE-BS＝(R+D)/C。在奇数半帧内，所有用户都可以发送上行数据，但只有小区中心用户可以接收下行数据，T_UE-BS＝R/C，T_BS-UE＝D/C，GP＝T_BS-UE+T_UE-BS＝(R+D)/C。当然，如上所述的，反之也是可以的，这里不再赘述。

如图8所示，在半径R为100km小区中，采用本发明的实施例，假设由中心用户和边缘用户的业务分布情况，取D＝40km，则GP长度应为7个OFDM符号。为了保持与LTE系统一致性，与图6所示的10个OFDM符号的GP长度相比，采用本发明实施例从GP中节省出的3个OFDM符号将用于DwPTS中。这样，每帧内有6个OFDM符号可用于下行数据或导频的传输，可用资源提高了4.3％，相当可观。

综上所述，本发明实施例采用非对称的传输方式，令小区中心用户始终能够双向通信，而小区边缘用户交替地进行单向通信，从而以牺牲小区中的边缘用户为代价，使得在保证最大覆盖范围不变的同时，可以采用更小的保护时间间隔。换言之，应用本发明的实施例，在满足相同覆盖要求的情况下，可以增加系统的可用资源，从而提高频谱效率。

本领域技术人员应该很容易认识到，可以通过编程计算机实现上述方法的不同步骤。在此，一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备(如，数字数据存储介质)以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法的一些或全部步骤。例如，程序存储设备可以是数字存储器、磁存储介质(如磁盘和磁带)、硬件或光可读数字数据存储介质。实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。

描述和附图仅示出本发明实施例的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思，并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。

Claims

1.一种减小移动通信系统中保护时间间隔的方法，包括：

将基站所服务的小区中与所述小区中心的距离小于或小于等于阈值距离的用户划分为中心用户，将所述小区中除了中心用户以外的其他用户划分为边缘用户；

将保护时间间隔设置为所述小区半径与所述阈值距离之和除以信号传输速率；以及

基于所述保护时间间隔，在不同的上下行转换周期内，中心用户进行双向传输，边缘用户交替地进行单向传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述在不同的上下行转换周期内，中心用户进行双向传输，边缘用户交替地进行单向传输包括：

在奇数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行下行传输；

在偶数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行上行传输。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述在不同的上下行转换周期内，中心用户进行双向传输，边缘用户交替地进行单向传输包括：

在奇数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行上行传输；

在偶数的上下行转换周期内，中心用户进行上行和下行传输，边缘用户进行下行传输。

4.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述小区内用户业务量的分布情况来相应地调整阈值距离的大小。

5.一种减小移动通信系统中保护时间间隔的基站，包括：

用户划分装置，包括用户划分单元，所述用户划分单元用于将基站所服务的小区中与所述小区中心的距离小于或小于等于阈值距离的用户划分为中心用户，将所述小区中除了中心用户以外的其他用户划分为边缘用户；

保护时间间隔设置装置，用于基于用户划分装置中包括的用户划分单元的划分结果，将保护时间间隔设置为所述小区半径与所述阈值距离之和除以信号传输速率；以及

传输控制装置，用于根据所述划分结果，在保护时间间隔设置装置所设置的保护时间间隔下，在不同的上下行转换周期内，允许中心用户进行双向传输，允许边缘用户交替地进行单向传输。

6.根据权利要求5所述的基站，其中所述传输控制装置包括：

第一传输控制单元，用于根据所述划分结果，在保护时间间隔设置装置所设置的保护时间间隔下，在奇数的上下行转换周期内，允许中心用户进行上行和下行传输，允许边缘用户进行下行传输；以及

第二传输控制单元，用于根据所述划分结果，在保护时间间隔设置装置所设置的保护时间间隔下，在偶数的上下行转换周期内，允许中心用户进行上行和下行传输，允许边缘用户进行上行传输。

7.根据权利要求5所述的基站，其中所述传输控制装置包括：

第一传输控制单元，用于根据所述划分结果，在保护时间间隔设置装置所设置的保护时间间隔下，在奇数的上下行转换周期内，允许中心用户进行上行和下行传输，允许边缘用户进行上行传输；

第一传输控制单元，用于根据所述划分结果，在保护时间间隔设置装置所设置的保护时间间隔下，在偶数的上下行转换周期内，允许中心用户进行上行和下行传输，允许边缘用户进行下行传输。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的基站，其中所述用户划分装置还包括：

阈值距离设置单元，用于设置阈值距离。

9.根据权利要求8所述的基站，其中所述阈值距离设置单元还用于根据所述小区内用户业务量的分布情况来相应地调整阈值距离的大小。