CN102165830B - 发送用于协作的无线通信系统的基准信号的方法和为基于中继的无线通信系统分配无线电资源的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种在无线通信系统中发送基准信号以进行协作通信的方法，其中，所述无线通信系统限定了分别具有不同模式的基准信号的多个传输模式，并且其中，参与所述协作通信的多个基站中的每一个和/或参与所述协作通信的基站与中继站中的每一个基于从这些基准信号的所述多个传输模式中选出的一个传输模式来发送这些基准信号。

Description

发送用于协作的无线通信系统的基准信号的方法和为基于中继的无线通信系统分配无线电资源的方法

技术领域

本发明涉及无线通信，更具体地说，涉及在协作的的无线通信系统(即，多小区协作无线通信系统或基于中继的无线通信系统)中发送基准信号的方法以及在基于中继的无线通信系统中分配无线电资源(radio resource，RR)的方法。

背景技术

在近年来已经积极研究的下一代多媒体移动通信系统中，需要除了早阶段的话音业务之外还能够处理并发送各种信息(例如，视频和无线数据)的系统。为了使移动通信系统中有限的无线电资源的效率最大化，已经提出了用于在时域、空域和频域更有效地发送数据的方法。

正交频分复用(OFDM)使用多个正交的子载波。此外，OFDM利用了快速傅里叶逆变换(IFFT)与快速傅里叶变换(FFT)之间的正交性。发送机通过执行IFFT来发送数据。接收机通过对所接收的信号执行FFT来恢复原始数据。发送机使用IFFT来组合多个子载波，而接收机使用FFT来划分多个子载波。根据OFDM，可以减小在宽带信道的频率选择性衰减环境下的接收机复杂度，并且当利用随不同的子载波而不同的信道特性来在频域中执行选择性的调度时，可以提高频谱效率。正交频分多址(OFDMA)是基于OFDM的多址方案。根据OFDMA，可以通过将不同的子载波分配给多个用户来提高无线电资源的效率。

为了使空域的效率最大化，基于OFDM/OFDMA的系统使用被用作适于通过在空域中生成多个时域/频域而进行高速多媒体数据传输的技术的多天线技术(例如，多输入多输出(MIMO)、单输入多输出(SIMO)、多输入单输出(MISO))。基于OFDM/OFDMA的系统还使用以下方案：用于有效地使用时域中的资源的信道编码方案、利用多个用户的信道选择特性的调度方案和适于分组数据传输的混合自动重传请求(HARQ)方案等。

为了确保高速数据传输，必须以高可靠性对发送数据所通过的各个信道进行估计。为信道估计设计基准信号以增加信道估计的可靠性是很重要的。发送机和接收机都预先获知该基准信号，并且该基准信号被称作导频。信道环境会随着时间、空间和频率发生各种变化，因而必须通过将该基准信号设计成可以通过灵活地应对信道环境而增加信道估计的可靠性来向接收机发送该基准信号。

图1示出了帧结构的示例，具体地说，示出了长期演进(LTE)无线通信系统的帧结构的示例。“帧”是指在固定时间段中的根据物理规范而使用的数据序列，并且是在无线通信系统中用于处理数据的任意时间单元。术语“帧”仅用作示例的目的，因而它的项(term)和结构可以根据无线通信系统的类型而不同。

参照图1，LTE无线通信系统的帧由10个子帧构成。由于一个帧具有10毫秒(ms)的长度，所以子帧具有1ms的长度。一个子帧可以包括时域中的多个OFDM符号(即，14个OFDM符号)，并且可以包括频域中的任意数量的子载波。这样，子帧在OFDM符号上进行时间扩展(time-spanned)，并在子载波上进行频率扩展(frequency-spanned)。一个子帧可以包括多个基本单元。以下，基本单元指的是基准信号的分配单元。分配单元在OFDM符号上进行时间扩展，并在子载波上进行频率扩展。可以针对数据传输在时域和/或频域中连续地分配基本单元。优选地，用于对基本单元进行时间扩展的OFDM符号的数量被设置为用于对子帧进行时间扩展的OFDM符号的数量的约数(divisor)。例如，如果子帧在6个OFDM符号上进行时间扩展，则基本单元可以在一个OFDM符号、两个OFDM符号、三个OFDM符号或六个OFDM符号上进行时间扩展。

“资源块”是与LTE无线通信系统中的基本单元关联地使用的术语。资源块是将无线资源分配给用户的单元。在LTE无线通信系统中，一个资源块可以包括12个子载波、7个OFDM符号。

上述帧结构仅仅用于示例的目的，因此帧中所包含的子帧的数量、用于对子帧进行时间扩展的OFDM符号的数量、用于对子帧进行频率扩展的子载波的数量、子帧中所包含的基本单元的结构、或者子帧中所包含的基本单元的数量可以发生各种变化。

一般地说，在无线通信系统中周期地发送基准信号。具体地说，根据发送基准信号的传统方法，基准信号被设计为在上述帧结构中具有单一传输模式。例如，当一个帧由多个子帧构成时，各个基站(BS)向各个子帧的特定位置分配基准信号，BS将以相同模式设置的基准信号发送给移动台(MS)。

发送基准信号的传统方法用于传统的无线通信系统中，即，非协作的无线通信系统(其中，一个MS仅与一个BS进行通信、而在小区之间不存在协作发送和接收，和/或其中，在MS和BS之间的通信中没有使用中继站(RS))。在该非协作的通信系统中，即使仅基于一个模式来发送基准信号，也不会出现与MS和BS之间的通信或者无线电资源的高效使用相关的问题。在新提出的下一代无线通信系统中考虑了多个BS的协作通信方案和/或利用一个或更多个RS进行的多跳传输方案。然而，上述发送基准信号的传统方法在有效地执行将要被新引入到协作的无线通信系统中的通信/传输方案方面会遇到困难。

因此，需要发送基准信号的新的方法，以有效地执行将要新引入到协作的无线通信系统中的通信/传输方案。

发明内容

技术问题

发送基准信号的传统方法的特点在于基站(BS)以相同的模式发送基准信号。基准信号是在BS和移动台(MS)之间预先确定的传输信号，并被MS用于标识小区或用于执行针对解调的信道估计。过去，所有无线通信系统都使用相同的发送基准信号的方法，而没有特别区分各个基准信号的传输模式。例如，在由多个子帧构成的帧中，各个BS在各个子帧的特定位置处发送基准信号。

这种发送基准信号的方法在传统的简单无线通信系统(在该系统中，MS与一个BS直接进行通信，并且在相邻的BS之间没有执行小区之间的协作发送和接收)中没有特别的问题。然而，在下一代无线网络中(其中，引入了无线中继站(RS)作为无线通信系统的一个构成组件，并且/或者预计会引入小区之间的协作发送和接收)，该发送基准信号的传统方法可能导致难以操作要新引入的功能性组件。

例如，假设无线通信系统除了MS和BS以外还包括一个或更多个无线RS。该无线RS从BS接收针对MS的下行链路信号，并将所接收的下行链路信号发送给MS。在这种情况下，在无线RS从BS接收信号的时段内，信号不能经由特定频率的信道(即，下行链路信道)在特定的时间点被发送到MS。这是因为，如果允许这样，则无线RS会遭遇这样的情况：所接收的(来自BS的)信号会被无线RS自己发送的(针对MS的)信号严重干扰。因此，在无线RS经由下行链路信道从BS接收信号的时间点，连接到相应的无线RS的MS不能从该无线RS接收包括基准信号在内的任何信号。然而，在这种情况下，如果MS不能意识到在该时间点没有发送基准信号的事实，则即使该基准信号没有被发送，也在特定的无线电资源区尝试进行信道估计。因此，信道估计值不可避免地会失真。

这种问题同样存在于引入了小区间协作的无线通信系统中。作为实现了小区间协作的无线通信系统的一个示例，假设使用了具有几乎重叠覆盖区的两个超微小区(femto-cell)。在这种情况下，当在该两个超微小区中同时发送基准信号时，会出现严重的干扰。因而，优选地在该两个超微小区中在不同的时间点发送基准信号。

根据本发明一个方面，提供了一种发送基准信号的方法，该方法可用于包含无线RS和/或支持小区间协作的无线通信系统。

根据本发明另一方面，提供了一种发送基准信号的方法，由此在包含无线RS和/或支持小区间协作的无线通信系统中，无线RS和BS都可以有效地发送数据，或者支持协作通信的多个BS可以有效地发送数据。

而当在包含无线RS和/或支持小区间协作的无线通信系统中根据传统的分配无线电资源的方法来发送基准信号等时，需要其它类型的方法来解决前述问题。在BS仅通过下行链路频段向MS和/或RS发送信号的传统方法中，如果无线RS在每个子帧中发送下行链路信号，则BS无法向无线RS发送信号。因此，在这种情况下，BS仅在除该下行频段以外的频段被使用时可以向该无线RS发送信号。这意味着需要新设计用于发送基准信号、数据信号等的帧结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种分配无线电资源的方法，由此即使使用传统的分配基准信号的方法，BS和无线RS也都可以在包含无线RS的无线通信系统中有效地发送信号。

问题解决方案

根据本发明一个方面，提供了一种在无线通信系统中发送基准信号以进行协作通信的方法。所述无线通信系统限定了分别具有不同模式的基准信号的多个传输模式，并且参与所述协作通信的多个基站中的每一个和/或参与所述协作通信的基站与中继站中的每一个基于从这些基准信号的所述多个传输模式中选出的一个传输模式来发送这些基准信号。

可以利用在由多个子帧构成的帧单元中的所述多个子帧中的每一个处是否发送这些基准信号，来限定这些基准信号的传输模式。在这些基准信号的所述多个传输模式中的一些或全部传输模式中，可以以彼此互斥的方式发送这些基准信号。

根据本发明的一个方面，提供了一种在基于中继的无线通信系统中分配无线电资源的方法。所述无线通信系统具有彼此分开的上行链路频段和下行链路频段，并且所述无线通信系统的基站利用从所述上行链路频段和下行链路频段中随机选出的一个频段来向中继站发送信号。

发明的有益效果

根据本发明，在包含无线RS的无线通信系统中基站(BS)和中继站(RS)可以在非交叠的子帧中独立地发送基准信号。此外，在实现了小区间协作的协作无线通信系统中，可以在具有重叠覆盖区的相邻BS之间在非交叠的子帧中独立地发送基准信号。另选地，BS在特定的时间点不仅可经由下行频段还可经由上行频段来发送信号，因而可以进一步有效地使用无线电资源。

附图说明

图1示出了帧结构的一个示例；

图2是示出了作为根据本发明的实施方式的无线通信系统的一个示例的多小区协作无线通信系统的示例性结构图；

图3是示出了作为根据本发明的实施方式的无线通信系统的一个示例的基于中继的协作无线通信系统的示例性结构的图；

图4是示出根据本发明的实施方式的基准信号的示例性传输模式的图；

图5示出了根据本发明的实施方式的频段切换传输方法的示例。

具体实施方式

图2是示出作为根据本发明实施方式的无线通信系统的一个示例的多小区协作无线通信系统的示例性结构的图。参照图2，该多小区协作无线通信系统包括：移动台(MS)；位于该MS所属的小区中的服务基站(BS)；以及M个相邻的BS(其中M是大于或等于1的整数)。多小区协作无线通信系统可以广泛用于提供诸如话音、分组数据等的各种通信业务。不仅服务BS而且相邻的BS都参与下行链路(DL)和/或上行链路(UL)信号的发送和接收。

图3是示出作为根据本发明的实施方式的无线通信系统的一个示例的基于中继的协作无线通信系统的示例性结构图。参照图3，该基于中继的协作无线通信系统包括BS、RS(或协作节点)以及一个或更多个MS。基于中继的协作无线通信系统可以广泛用于提供诸如话音、分组数据等的各种通信业务。

下文所述的本发明的实施方式可以用于各种无线通信系统。例如，本发明的实施方式不仅可用于具有多个发射(Tx)天线的通信系统，还可用于具有单个Tx天线的通信系统。这种无线通信系统不仅可以是多输入多输出(MIMO)系统或多输入单输出(MISO)系统，还可以是单输入单输出(SISO)系统或者单输入多输出(SIMO)系统。此外，本发明的实施方式可以不考虑无线通信系统的信道编码方案而进行应用。也就是说，可以使用各种公知的信道编码方案(例如，卷积编码、turbo编码等)。

此外，本发明的实施方式可以不考虑服务BS与相邻的BS互相协作的方法、而应用于所有的多小区协作无线通信系统。也就是说，本发明的实施方式可以不考虑在多小区协作无线通信系统中由服务BS和相邻的BS发送DL信号的方法或者对由服务BS和相邻的BS所接收的UL信号进行组合的方法、而用于多小区协作无线通信系统。

MS可以是固定的或移动的，并且可被称为诸如用户设备(UE)、用户终端(UT)、订户台(SS)、无线装置等的其它术语。MS至少包括收发机和处理器。收发机是MS可以用来通过无线网络(诸如移动通信网络的)发送和接收各种信号和数据(即，UL信号和DL信号)的实体。处理器控制MS的操作并生成要通过收发机发送的UL信号、或者解码所接收的信号。此外，处理器执行根据本发明实施方式的用于控制UL功率的功能(以下描述)。

BS(服务BS、相邻的BS)通常是与MS通信的固定站，可被称为诸如演进节点B(eNB)、基站收发机系统(BTS)、接入点等的其它术语。根据本发明的实施方式，BS可以从多个基准信号中选出以特定模式设置的基准信号，并将所选出的基准信号发送给RS和/或MS。此外，在UL频段和DL频段被分开的无线通信系统中，BS可以选择该两个频段中的一个，然后向RS发送信号。

发送基准信号的方法

在根据本发明的实施方式的发送基准信号的方法中，假定采用多个模式来发送基准信号。发送基准信号的实体(例如，BS或者RS)从用于这些基准信号的多个传输模式中选出任一传输模式，然后发送这些基准信号。在这种情况下，为了周期地发送基准信号，可以在特定的单元(例如，帧单元或多个帧单元)中重复这些基准信号的传输模式。

“帧”是在固定的时间段内根据物理规范所使用的数据序列，并且是在无线通信系统中用于处理数据的任意时间单元。例如，在长期演进(LTE)无线通信系统的情况下，帧具有10毫秒(ms)的长度。帧由多个子帧(例如，在LTE无线通信系统的情况下是10个子帧)构成。构成一个帧的子帧的数量可以根据无线通信系统的类型而不同。在本发明中所使用的术语“帧”及其结构仅仅是用作示例的目的，因而当使用第4代无线通信系统或者其它类型的无线通信系统时，“帧”的术语和结构可以改变。

更具体地说，假设在包含多个子帧的帧单元中重复基准信号的传输模式。还假设并不能在各子帧中的任意位置发送基准信号，而是只允许在特定位置处发送基准信号。在这种情况下，可以按照在整个帧中任意组合在特定子帧中发送或不发送基准信号的方式来配置基准信号的多个传输模式中的每一个。

例如，在多个传输模式中，第1传输模式可被配置为仅在帧的奇数子帧中发送基准信号。第2传输模式可被配置为仅在帧的偶数子帧中发送基准信号。第3传输模式可被配置为在构成该帧的所有子帧中发送基准信号。

另选地，在多个传输模式中，第4传输模式可被配置为仅在帧的一些子帧(例如，第1子帧、第4子帧、第7子帧等)中发送基准信号。第5传输模式可被配置为仅在帧的一些子帧(例如，第2子帧、第5子帧、第8子帧等)中发送基准信号。第6传输模式可被配置为仅在帧的一些子帧(例如，第3子帧、第6子帧、第9子帧等)中发送基准信号。在此，多个传输模式还可以包括前述的第1传输模式至第3传输模式。

在这种情况下，优选地，基准信号的多个传输模式中的至少一些是彼此互斥的，以下将说明其原因。例如，假设帧由10个子帧构成。在这种情况下，第1传输模式可被配置为在第1子帧、第3子帧、第5子帧、第7子帧、第9子帧中发送基准信号，第2传输模式可被配置为在第2子帧、第4子帧、第6子帧、第8子帧、第10子帧中发送基准信号。当然，在基准信号的多个传输模式中的一些中，在其中发送基准信号的多个子帧可以与另一传输模式交叠。在前述示例中，在所有10个子帧处发送基准信号的第3传输模式还可以被包含在基准信号的多个传输模式中。在图4中示出了这三个传输模式中的每一个。

根据本发明的实施方式，在包含RS和/或支持多个小区间的协作通信的无线通信系统中，如上所述限定的多个传输模式可用于发送基准信号。更具体地说，当无线通信系统包含RS时，BS和RS中的每一个可以通过选择彼此互斥的传输模式来发送基准信号，以使得基准信号的发送时间不会交叠。例如，如图4所示，BS可以通过选择第1传输模式而在各个奇数子帧中发送基准信号，而RS可以通过选择第2传输模式而在各个偶数子帧中发送基准信号。此外，当具有重叠覆盖区的多个BS参与协作传输时，该多个BS可以通过选择彼此互斥的传输模式来发送基准信号。

由此，根据本发明的实施方式，当各个BS和/或RS根据不同的传输模式来发送基准信号时，该BS和该RS必须向接收设备(即，RS或MS)报告与使用了哪一种传输模式相关的信息。根据本发明的实施方式，对于向接收设备报告与由RS或RS使用的传输模式相关的信息的方法没有特别的限制，并且可以使用特定的控制信号(例如，用于报告小区信息的信号)。此外，根据本发明的一个方面，如果有必要，当在相邻的小区中发送基准信号以进行切换等时，BS和RS可以报告与所使用的传输模式相关的信息。

当根据某个传输模式仅在一部分子帧处发送基准信号时，并且当接收设备获知该信息时，RS或者RS可以基于该信息通过在包含基准信号的子帧处检测基准信号而执行诸如信道估计等的操作。因此，根据本发明的实施方式，可以避免MS等试图在不包含任何基准信号的子帧处检测基准信号或者由此所导致的不准确的信道估计的问题。

根据本发明的一个方面，BS和/或RS可以不向接收设备报告与使用了哪一种基准信号的传输模式相关的信息。也就是说，即使预先没有接收到与基准信号的传输模式相关的信息，接收设备(例如，MS等)也可以通过使用特定的方法来仅在包含基准信号的子帧处检测基准信号。下文将参照图4的传输模式来更详细地说明前述方法。

首先，MS可以针对所有已限定的基准信号的传输模式来检测基准信号，然后基于所检测的信号的大小(magnitude)来计算各个基准信号的传输模式的可靠性。例如，在图4所示的传输模式中，假设利用第1传输模式发送了基准信号。此外，假设简单地将对在各个传输模式的子帧处接收到的基准信号的功率取平均的方法作为信号检测方法。一般地说，特定的伪噪声序列被用于基准信号，因而接收MS对特定的序列和基准信号预计将被发送到的区域进行相关计算(correlate)。于是，当该特定的序列与实际发送了基准信号的子帧进行相关时，会出现高的接收(Rx)功率。另一方面，当该序列与没有发送基准信号的子帧进行相关时，这意味着伪噪声序列与实际噪声进行相关，因而Rx功率将表现为接近于零。在这种情况下，当MS首先基于第1传输模式检测基准信号时，仅在实际发送了基准信号时将信号功率相加以进行平均。因而，可以得到最高的Rx信号功率。另一方面，当MS基于第2传输模式检测基准信号时，仅在实际没有发送基准信号时将信号功率相加以进行平均。因而，可以得到最低的Rx信号功率。此外，当MS基于第3传输模式检测基准信号时，可以得到具有以上两种情况的中间值(median value)的Rx信号功率。这是因为在这种情况下，在第1子帧、第3子帧、第5子帧、第7子帧和第9子帧处接收到了大功率的信号，而在其余的子帧(即，第2子帧、第4子帧、第6子帧、第8子帧和第10子帧)处接收到了小功率的信号。

因此，根据本发明的实施方式，接收设备(例如，MS等)即使在BS和/或RS不报告使用了哪一种基准信号的传输模式的状态下也可以确定所使用的传输模式。为此，MS可以利用对各个基准信号的传输模式进行的可靠性度量。这仅用于示例性目的，因而本发明的实施方式不限于此。在其它实施方式中，MS可以向BS仅报告与所计算的Rx信号的平均值相关的信息，从而该BS可以确定所使用的传输模式。

BS与RS之间的频段切换

上述发送基准信号的方法是在无线通信系统使用半双工传输方案或时分传输方案(其中BS和RS使用在时域被划分的下行区域)的假设下进行描述的。但是，不利的是，由于引入了RS，而导致前述发送基准信号的方法必须被设计为使得MS可以处理多个模式的基准信号，并且降低了资源使用效率。在上行链路和下行链路都被使用的频分双工无线通信系统的通常情况下，缺点在于必须不连续地发送DL信号以使得RS从BS接收信号。以下将说明在BS与RS之间发送信号以克服该缺点的一种新方法。

根据本发明的实施方式，当BS向RS发送信号(例如，数据等)时，不仅允许使用DL频段还允许使用UL频段，从而克服了RS不连续地发送DL信号的缺点。也就是说，允许针对BS与RS之间的下行链路传输进行频段切换。下文将更详细地对此进行说明。

例如，假设RS在特定子帧处利用DL频段向MS发送信号。在这种情况下，根据传统的信号传输方法，RS在该特定子帧处不能通过DL频段从BS接收信号。这意味着BS在该特定子帧处不能通过RS所使用的DL频段发送任何信号，因而资源使用效率在该方面被降低。

根据本发明的实施方式，为了解决上述问题，在RS利用DL频段向MS发送信号的时间点(例如，子帧)，BS利用UL频段的全部或者一部分来向RS发送信号。当BS使用UL频段的一部分时，MS可以利用UL频段的其余部分来向RS发送信号。BS可以通过DL频段向与该BS直接通信的MS发送信号。

图5示出了根据本发明的实施方式的频段切换传输方法的示例。参照图5，RS通过DL频段向第一MS(即，MS1)发送信号，并且BS通过该DL频段向第二MS(即，MS2)发送信号。BS通过UL频段向该RS发送信号，MS1也通过该UL频段向该RS发送信号。在这种情况下，BS和MS1用于发送信号的UL频段是在时域和/或频域经划分后的资源。根据本发明的一个方面，当BS打算在上行链路中向RS发送信号时，BS可以在一时间点(例如，每个帧中的一个或更多个子帧)处通过不在上行链路中调度用户来使用该UL频段的频率。在这种情况下，关于其余的子帧，BS通过停止向RS发送信号来在UL信道上调度用户(即，MS)。结果，BS和RS以通常的ULRx模式进行运作。

根据本发明的示例性实施方式，在BS通过UL信道向RS发送信号的时间段内，将要被周期地或者非周期地从MS发送到BS的多个控制信号(例如，探测基准信号、信道质量信息等)需要暂时停止传输、或者需要在特定的延迟时间以后进行传输。此外，BS需要预先向RS报告利用UL频段的全部或者一部分来发送信号的事实。BS需要具有通过UL频段发送信号的能力。由于RS原本就可以通过UL频段接收信号，所以不需要额外的功能。然而，RS必须能够同时执行信号发送和接收。

尽管已经参照本发明的示例性实施方式具体示出并描述了本发明，但是，本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面对本发明进行各种改变。

Claims (1)

1.一种在无线通信系统中发送基准信号以进行协作通信的方法，

其中，所述无线通信系统限定了分别具有不同模式的基准信号的多个传输模式，并且，

其中，参与所述协作通信的基站与中继站中的每一个基于从这些基准信号的所述多个传输模式中选出的一个传输模式来发送这些基准信号；

其中所述中继站被配置为在传输期间利用从所述多个传输模式中选出的基准信号的第二传输模式向用户设备UE传输正交频分复用OFDM信号，并且被配置为在所述传输期间从所述UE接收信号，并且被配置为不传输与所述第二传输模式相关的第二分配信息；

其中所述基站被配置为在所述传输期间利用从所述多个传输模式中选出的基准信号的第一传输模式向所述中继站传输OFDM信号，并且被配置为不传输与所述第一传输模式相关的第一分配信息；

其中所述多个传输模式包括所述第一传输模式、所述第二传输模式和第三传输模式，在所述第一传输模式中奇数帧包括基准信号并且偶数帧不包括基准信号，在所述第二传输模式中偶数帧包括基准信号并且奇数帧不包括基准信号，并且在所述第三传输模式中每个帧都包括基准信号；

其中通过由十个子帧构成的帧传输所述OFDM信号；

其中所述UE被配置为通过对所述多个传输模式与所接收到的信号进行相关计算而检测所述第一传输模式。