CN102204154B - 在基于分组的无线通信系统中用于时分双工操作的子帧调度的动态分配 - Google Patents

在基于分组的无线通信系统中用于时分双工操作的子帧调度的动态分配 Download PDF

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Abstract

本发明公开这样的系统和方法，用于在空中通信系统上的时分双工中将某些子帧动态分配为下行链路或上行链路资源。基站或eNB可将TDD配置的重复无线电帧内的某些子帧分配为DL或UL子帧，以便传送给用户装置或UE设备，以基于要发送的数据增加系统资源的有效使用。公开了这样的方法，用于确定所选UE的能力，并基于确定步骤动态分配某些子帧。所述方法和系统兼容于不支持子帧的动态分配的用户装备。

Description

在基于分组的无线通信系统中用于时分双工操作的子帧调度的动态分配
技术领域
概括地说，本发明涉及通信系统，更具体地，涉及一种系统和方法，用于在基于分组的通信系统中提供用户设备或移动收发器设备的使用，同时允许系统资源的有效使用、简单实现和保护，所述基于分组的通信系统包括具有动态业务分配的时分双工(TDD)通信设备。
背景技术
随着例如蜂窝电话、卫星和微波通信系统的无线通信系统被广泛地部署并不断吸引越来越多的用户，迫切需要容纳大量且可变数量的通过固定资源(例如容纳固定数据分组大小的固定信道带宽)发送越来越大量的数据的通信子系统。采用固定资源(例如对于每个用户固定的数据率)的传统通信系统设计面临的挑战是考虑到快速增长的客户基数，提供高但灵活的数据传输率。
第三代合作伙伴计划长期演进(“3GPP LTE”)是通常用于描述跨产业的持续努力以改进移动通信的通用移动电信系统(“UMTS”)的名称。作出改进，以应对持续的新需求和增长的用户基数。大体上基于此的项目的目的包括改进通信效率、降低成本、改进服务、使用新频谱机会、以及实现与其他开放标准的更好的集成以及与兼容于更早标准的某些现有架构的向后兼容。该计划展望了支持这样的服务的分组交换通信环境，所述服务例如是VoIP(“因特网协议语音”)。3GPP LTE计划本身不是致力于生成标准，但是将导致对于UMTS的标准的新提议。
UTRAN包括多个无线电网络子系统(RNS)，每个所述无线电网络子系统都包含至少一个无线电网络控制器(RNC)。然而，应注意，RNC可能不是存在于结合UTRAN的长期演进(LTE)(E-UTRAN)的实际实现系统中。LTE可包括用于控制信息的集中或分散的实体。在UTRAN操作中，每个RNC都可被连接至多个Node B，Node B是对于全球移动通信系统(GSM)基站的UMTS对应物。在E-UTRAN系统中，e-Node B可能被或者被直接连接至接入网关(“aGW”，有时被称为服务网关“sGW”)。每个Node B都可经由无线电Uu接口与多个UE(通常，用户设备包括移动收发器或蜂窝电话，但是例如具有收发器的游戏设备、固定蜂窝电话、移动web浏览器、膝上型电脑、PDA、MP3播放器的其他设备也可是UE)无线电接触。
这里所述的无线通信系统适用于例如3GPP LTE兼容无线通信系统，并且其兴趣是被称为“演进UMTS地面无线电接入网络”或E-UTRAN的LTE的一个方面。通常，由网络使用分配表、或更一般地使用下行链路资源分配信道或物理下行链路控制信道(PDCCH)，将E-UTRAN资源或多或少地临时分配给一个或多个UE。LTE是基于分组的系统，因此，可能不存在为UE和网络之间的通信保留的专用连接。通常，由Node B或演进Node B(e-Node B)在共享信道每个传输时间间隔(TTI)上对用户进行调度。Node B或e-Node B控制在Node B或e-Node B服务的小区中用户设备终端之间的通信。一般地，一个Node B或e-Node B为每个小区提供服务。Node B有时候可被称为“基站”。作为一次性分配或者以持久/半静态方式，分配数据传输所需的资源。LTE(也被称为3.9G)通常通过准同时接入处于活动状态的无线电资源来支持每个小区的大量用户。设计需求是，对于多达5兆赫(MHz)的频谱分配，在活动状态下应该支持每个小区至少200个用户，对于更高频谱分配为至少400个用户。
为了便于在共享信道上调度，e-Node B在到达特定UE的下行链路共享控制信道(PDCCH)中，向所述UE发送资源分配。分配信息可涉及上行链路和下行链路信道。分配信息可包括关于以下内容的信息：在频域或时域或两者中的哪些资源块被分配给受调度的用户、要使用的调制和编码方案，传输块的大小多大等。
e-UTRAN系统中最低等级的通信Level1，由UE和e-Node B中的物理层(“PHY”)来实现，并且PHY使用射频信号通过空中接口执行他们之间的分组的物理传输。为了确保接收到发送的分组，提供了自动重发请求(“ARQ”)和混合自动重发请求(“HARQ”)方法。因此，每当UE通过若干下行链路信道(包括公共信道和共享信道)中的一个接收分组时，UE对所接收的分组执行通信差错检查，典型地循环冗余校验(CRC)，并且在跟随对分组的接收的在后子帧中，在上行链路向e-NodeB或基站发送响应。该响应是确认(ACK)或否定确认(NACK)消息。如果响应是NACK，则e-Node B在下行链路或DL上，在之后的子帧中自动重发分组。同样，通过DL信道上的NACK/ACK消息，在随后时间响应从UE到e-Node B的任意UL传输，来完成HARQ。这样，分组通信系统保持具有低延迟时间和快速周转时间的健壮性。
如目前所提议的，上行链路HARQ消息是同步的。同步HARQ遵循通过预定数量的子帧从eNB向UE的下行链路传输。因此，同步HARQ的使用将定时需求施加于随后的子帧，因为上行链路HARQ消息必须能够在特定时间限制内被发送。
E-UTRAN网络可提供对多种业务类型的支持。作为非限制性实例，UE可包括基于web的无线设施，例如web浏览设备。可为移动电视或音频或视频节目递送提供基于因特网的视频递送。这些应用中的一些在UL和DL方向上数据量方面非常不对称；通常，到UE的下行链路业务将远远频繁于来自UE的上行链路业务。在用户与UE设备连接作用时，业务分配可能改变。例如，用户可发送电子邮件，进行语音呼叫，或接入其他服务，并稍后返回web浏览。理想地，UE和eNB可动态分配子帧，以在一个方向或另一方向提供更多的数据容量。
e-UTRAN计划也需要向后的兼容支持。为了提供这一支持，对于接口定时的任意改变也必须兼容于没有实现改进的设备。例如，目前，正关注所谓“版本8”设备。如果生产这些设备，则对e-UTRAN定时规范的任何改变都必须以这样的方式实现，即，使得这些更早的设备将仍然可在系统中正确运行，即使后来的设备可具有额外特征。
因此，存在对于如下系统、方法和电路的持续需求，即：在合适的时候实现支持对eNB和UE之间的子帧分配的某些动态改变，以提供对不对称数据业务的更好支持。
发明内容
通过本发明的有利实施例，大体解决或绕过了这些和其他问题，并总体上实现了技术优点，本发明的有利实施例包括根据一个实施例的设备和方法，用于在TDD通信系统中提供支持子帧的动态分配的UE，以提供下行链路(DL)和上行链路(UL)资源的有效使用。
根据一示例性实施例，提供了一种设备，其可使用TDD配置帧内某些子帧中的UL和DL业务的动态分配，传送去往和来自基站(例如eNB)的TDD无线电帧。承载某些信道信息的帧内的子帧被指定为受保护的子帧，并且不会从原始TDD配置改变，而没有承载某些信道信息的无线电帧内的子帧则被指定为灵活子帧。一种设备可根据某些规则分配灵活子帧中的DL或UL业务。以这种方式，可根据被发送的数据业务动态地对UL或DL业务的数据容量进行重新分割。
根据另一示例性实施例，可以在灵活子帧内进行动态DL子帧分配，所述灵活子帧是eNB和UE设备之间的空中通信中使用的TDD无线电帧的一部分。在该实施例中，UE将检测或否则被通知：当前子帧是下行链路子帧。按需要，将在相应UL子帧中传输ACK/NACK消息，该消息确认对在DL子帧中传输的数据的接收。TDD帧中的某些子帧将被视为固定子帧，并且对这些子帧的UL或DL分配可能不是动态分配的。
根据另一示例性实施例，可仅在固定子帧中进行对一组子帧中的某些灵活子帧的DL或UL数据分配，所述一组子帧包括在UE和eNB之间的空中接口上的TDD无线电通信系统中的重复帧结构。以如下方式进行对某些灵活子帧的动态分配：通过以不与自动重发请求冲突的方式改变分配，来与不支持动态分配的UE向后兼容。
根据另一示例性实施例，提供一种设备，用于使用空中接口从TDD通信系统中的eNB接收用于未来子帧的DL和UL分配。根据重复帧结构的其他子帧中的协议，可将重复帧结构中的某些子帧分配为DL或UL子帧。
根据另一示例性实施例，用于使用TDD空中接口发送和接收数据分组以便与UE设备通信的设备在重复帧结构的特定子帧中向UE发送对某些UL和DL子帧的动态分配。
根据另一示例性实施例，用于在具有固定和灵活子帧的重复帧结构的TDD通信系统中对用于DL和UL数据传输的子帧进行动态分配的方法，包括：可选地确定UL或DL数据业务是否是主要的；响应于确定步骤，将灵活子帧分配为DL或UL子帧；在DL子帧中向UE传送对未来子帧的分配；以及响应于将要传送给UE的数据业务，继续动态分配DL和UL子帧。
根据另一示例性方法，一种用于在TDD通信系统中提供动态子帧分配的方法，包括：对于所选UE确定UE是否能够支持子帧的动态分配；以及如果UE能够支持，则根据重复帧配置中的动态子帧分配来分配子帧，以更好地匹配于正被传送的去往和来自UE的数据业务。
根据另一示例性实施例，提供用于在TDD通信系统中动态分配子帧的方法，作为计算机可读介质上的一组可执行指令，当由使用空中接口的可编程通信设备执行时，基于某个协议提供对子帧的动态分配。承载某些信道信息的重复帧中的子帧被指定为受保护子帧，并且不会从原始TDD配置改变，而没有承载某些信道信息的无线电帧中的子帧被指定为灵活子帧。可根据某些规则将灵活子帧分配为DL或UL子帧。这样，可根据被传输的数据业务来动态地增加用于UL或DL业务的数据容量。
根据另一示例性实施例，能够通过空中接口在TDD通信系统中动态分配子帧以便与一个或多个UE设备通信的设备，经由空中接口通信或通过网络通信，确定临近小区中的UE通信和eNB是否将由于TDD子帧的动态分配的使用而受到干扰，并且响应于确定步骤，在重复帧结构的特定子帧中向UE发送对某些UL和DL子帧的动态分配。跟随DL子帧中向UE传输的消息，将根据某个协议在随后的UL子帧中接收到来自UE的响应。如果UE响应指示消息没有被正确接收，则eNB将在后续DL子帧中重发该消息。
上文非常概略地给出了本发明的特征和技术优点，以便可更好地理解随后的本发明的详细描述。以下，将描述形成本发明权利要求的主题的本发明的额外特征和优点。本领域技术人员应理解，公开的概念和特定实施例可容易地用作修改或设计用于执行与本发明相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还可意识到，这样的等同结构没有脱离如呈现的权利要求中限定的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更加完整地理解本发明及其优点，现在参照结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1示例性示出包括无线通信系统的射频接口通信系统的系统级视图；
图2示例性示出通信系统的实例通信元件的简化系统级视图；
图3示例性示出无线通信设备和网络元件的实施例的框图；
图4示例性示出在e-UTRAN系统中使用的类型2传输无线电帧，以便使用TDD物理传送去往和来自例如e-Node B设备的分组；
图5示出在关于TDD无线电帧的e-UTRAN中可用的TDD帧配置；
图6示例性示出使用TDD无线电通信的临近小区中的干扰信号的实例；
图7示例性示出包括信道信号和与其关联的子帧的配置1中的TDD无线电帧的实例；
图8示例性示出本发明示例性实施例中包括对某些子帧的动态分配的TDD无线电帧；以及
图9示例性示出使用本发明的方法用于TDD子帧中的四个示例性重发请求的HARQ序列的操作。
具体实施方式
所述的示例性实施例涉及具有TDD的E-UTRAN系统中的应用。然而，实施例不限于这个实例应用，在其他通信系统中使用实施例以便提供隐含规则，以便确定和配置基于分组的子帧的动态分配并动态地改变对资源的调度，被预期是本发明的一部分，并落在任何权利要求所体现的范围内。
首先参照图1，示出射频接口通信系统的系统级视图，其包括提供环境用于本发明原理的应用的无线通信系统。无线通信系统可被配置为提供包含在演进UMTS地面无线电接入网络(“e-UTRAN”)通用移动电信服务中的特征。移动管理实体(“MME”)和用户平面实体(“UPE”)经由S1接口或通信链路提供对于一个或多个e-UTRAN节点B(被指定为“eNB”、“演进节点B”，还被统称为“基站”)的控制功能。基站经由X2接口或通信链路进行通信。各种通信链路典型地是光线、微波或其他高频金属通信路径，如同轴链路，或其组合。
基站在空中接口上与用户设备(被指定为“UE”)通信，所述用户设备典型地是用户携带的移动收发器。或者，用户设备可以是移动web浏览器、文本消息传送设施、具有移动PC调制解调器的膝上型电脑、或被配置用于蜂窝或移动服务的其他用户设备。因此，将基站耦合至用户设备的通信链路(被指定为“Uu”通信链路)是采用了无线通信信号的空中链路。例如，设备可使用已知的信令方法进行通信，例如1.8GHz正交频分复用(“OFDM”)信号。可使用其他射频信号。
eNB可宿留(host)的功能例如：无线电资源管理(例如，因特网协议(“IP”)、用户数据流的报头压缩和加密、用户数据流的译码、无线电载体控制、无线电准入控制、连接移动性控制、在上行链路和下行链路中到用户设备的资源的动态分配)、在用户设备附件处的移动性管理实体的选择、用户平面数据向用户平面实体的路由、寻呼消息(源自移动性管理实体)的调度和传输、广播信息(源自移动性管理实体或操作和维护)的调度和传输、以及针对移动性和调度的测量和报告配置。MME/UPE可宿留的功能例如，寻呼消息向基站的分发、安全性控制、出于寻呼原因终止U-平面分组、为了支持用户设备移动性的U-平面的切换、空闲状态移动性控制、和系统架构演进载体控制。UE从eNB接收被标记为物理资源块(“PRB”)的一组信息块的分配。
图2示出通信系统的实例通信元件的简化系统级视图，该系统为本发明原理的应用提供了环境和结构。在没有限制的情况下，通信元件可代表包括eNB、UE(例如终端或移动站)、网络控制元件等的设备。通信元件至少包括处理器、存储临时或更持久特性的程序和数据的存储器、天线、和射频收发器，所述射频收发器耦合至天线和处理器以便双向的无线通信。也可提供其他功能。通信元件可提供点对点和/或点对多点的通信服务。
通信元件(例如蜂窝网络中的eNB)可耦合至通信网络元件，例如公共交换电信网络(“PSTN”)的网络控制元件。接下来，可通过处理器、存储器以及其他电子元件(未示出)形成网络控制元件。对于PSTN的接入可使用光纤、同轴电缆、双绞线、微波通信、或耦合至适当链路端接元件的类似通信链路来提供。形成为UE的通信元件通常是自包含设备，用于由端用户携带并通过空中接口与网络中的其他元件通信。
通信元件中的处理器(可通过一个或多个处理设备来实现)执行与其操作关联的功能，非限制性地包括，形成通信消息的个体比特的编码和解码、信息的格式化、以及通信元件的总体控制，包括与资源管理相关的处理。与资源的管理相关的示例性功能非限制性地包括，硬件安装、业务管理、性能数据分析、端用户和移动站的跟踪、配置管理、端用户支配、移动站的管理、资费的管理、定制、和账单等。与资源的管理相关的特定功能或过程的全部或部分的执行可在与通信元件分离和/或与其耦合的设备中执行，结果是向通信元件传送用于执行的此类功能或过程。通信元件的处理器可以是适用于本地应用环境的任意类型，作为非限制性实例，可包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(“DSP”)、和基于多核处理器架构的处理器中的一个或多个。
通信元件的收发器将信号调制到载波波形上，以便经由天线由通信元件进行的到另一通信元件的传输。收发器对经由天线接收的信息进行解调，用于其他天线元件的进一步处理。
如上所述，通信元件的存储器可以是适用于本地应用环境的任意类型，并且可使用任意适合的易失性或非易失性数据存储技术(例如基于半导体的存储设备、磁存储设备和系统、光存储设备和系统、固定存储器、和可移除存储器)来实现。存储在存储器中的程序可包括这样的程序指令，当其由相关的处理器执行时，使得通信元件能够执行这里所述的任务。这里所述的系统、子系统和模块的示例性实施例可至少部分地由例如移动站和基站的处理器可执行的计算机软件、或由硬件、或由其组合来实现。可使用其他程序，例如固件和/或状态机。如更加明显的，如上所示和所述的通信元件中可实现这些系统、子系统和模块。
图3示出根据本发明原理构成并耦合至MME的UE和eNB的一个实施例的框图。UE和eNB均包括多个层和子系统：物理层(“PHY”)子系统、介质访问控制层(“MAC”)子系统、无线电链路控制层(“RLC”)子系统、分组数据汇聚协议层(“PDCP”)子系统、和无线电资源控制层(“RRC”)子系统。此外，用户设备和移动管理实体(“MME”)包括非接入层(“NAS”)子系统。
物理层子系统支持通过LTE空中接口的分组的物理传输，并且作为非限制性实例，提供循环冗余校验(“CRC”)插入(例如，24比特CRC是关于物理下行链路共享信道(“PDSCH”)的基线)、信道编码(例如，基于QPP与格子端接的内部交织的turbo编码)、物理层混合自动重复或重发请求(“HARQ”)处理、和信道交织。物理层子系统还执行扰码，例如在下行链路共享信道(“DL-SCH”)、广播信道(“BCH”)和寻呼信道(“PCH”)上的传输信道特定扰码，以及特定多媒体广播多播服务单频率网络(“MBSFN”)传输中涉及的所有小区的共同多播信道(“MCH”)扰码。物理层子系统还执行信号调制，例如四相移频键控(“QPSK”)、16正交幅度调制(“QAM”)和64QAM、层映射和预编码、以及到所分配的资源和天线端口的映射。介质访问层或MAC执行HARQ功能和逻辑传输层(或等级(Level)2)和物理传输层(或等级1)之间的其他重要功能。
在系统中实现每个层，并且可通过多种方式来实现。上述层，例如UE中的PHY，可使用硬件、软件、可编程硬件、固件、或如本领域已知的这些的组合来实现。例如DSP、RISC、CISC、微处理器、微控制器等的可编程设备可用于执行层的功能。例如，可建立可重用的设计核或宏(如由厂商提供为ASIC库功能)，以提供所述功能的一些或全部，并且这些可通过多个半导体铸造提供商限定，以使得新UE、或e-Node B方案的设计更快和更容易在新设备的设计和商业生产中执行。
e-UTRAN系统架构具有影响系统中的定时的若干重要特征。传输时间间隔(“TTI”)被定义，并且用户(例如UE或移动收发器)在每个TTI在公享信道上被调度。在e-UTRAN的实现中考虑的大多数UE或移动收发器是全双工设备。因此，这些UE可从他们连接的e-NODE B或基站在他们活动的任意子帧间隔内接收控制和数据分配和分组。UE在物理下行链路控制信道(PDCCH)上的分配消息中检查何时为其分配了资源。当向UE分配下行链路资源时，UE可确定在当前帧或在到来帧中，将要向其传输数据或其他分组。同样，UE可具有向其分配的上行链路资源。在这种情况下，将期望UE基于所分配的UE资源，在上行链路上的到来帧中向e-Node B进行传输。
在该环境中存在额外的与定时相关的服务。e-UTRAN通信系统提供自动重发请求(ARQ)和混合自动重发请求(HARQ)支持。HARQ由UE支持，并且这个支持具有两个不同方法。在下行链路方向，支持异步HARQ。然而，上行链路或UL信道则是不同的使用单载波FDMA的标准信道(SC-FDMA)，并且作为目前所提供的，其需要同步HARQ。然而，在任何方法(即同步或异步)中，在向UE或eNB传输分组之后，将由UE或eNB在稍后的预定时间段向eNB或UE传输ACK/NACK(确认/否定确认)响应。如果接收到NACK，则eNB将在接收NACK的预定延迟之后，在任意子帧中使用相同的HARQ信道在DL方向重发分组，这被认为是异步HARQ；而UE将在预定子帧中使用相同的HARQ信道在UL方向重发分组，这被认为是同步HARQ。当前作为3GPP UE规范一部分的这个同步HARQ规范对子帧资源分配施加了定时限制。在目前配置LTE规范时，UE必须能够在一定时间点进行UL传输。
e-UTRAN规范使用频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两者来支持空中接口信令；在FDD中，上行链路(从UE到eNB的信令)和下行链路(从eNB向UE的信令)可同时发生但被以不同的频率分隔开；在TDD中，UL和DL帧在相同的载波上传送，但在时间上分隔开。本发明实施例特别关注的是TDD无线电帧的帧结构。选出帧结构，使得可在同一环境中支持TDD和FDD服务，并容易地实现双模设备。对FDD或TDD服务的选择可取决于数据的类型，数据传输是否是不对称的(例如，因特网浏览趋于大量消耗下行链路，而语音则可能在下行链路和上行链路上或多或少对称)，环境，和其他参数，对于本领域普通技术人员来说已知的是对于每个都既有优点也有缺点。
网站www.3gpp.org可用的题为“3GPP TS 36.300”版本8.5.0(2008-05)的技术规范(TS)文档部分上提供了用于E-UTRAN网络的物理接口的规范。
图4以非常简单的形式示出了在e-UTRAN系统中使用的类型2帧结构，以使用TDD通过空中接口将去往和来自例如e-Node B设备和一个或多个UE设备的分组进行物理传送。TS 36.300v8.5.0在第19-20页更详细地描述了TDD帧结构。目前，将系统中的无线电帧定义为具有10毫秒的长度。进一步地，将无线电帧细分为10个子帧，每个具有1毫秒的长度。进一步地，将每个子帧再次分为2个时隙；每个时隙具有如所示出的0.5毫秒的长度。
TDD帧进一步具有3个特定字段，其可在长度上不同，以形成1毫秒的特定子帧。这些特定字段是下行链路导频时隙(DwPTS)、保护期间(GP)和上行链路导频时隙(UpPTS)。TDD帧与FDD帧结构长度相同(10毫秒，是2个半帧，或10个子帧，每个都具有2个时隙)，使得双模设备更易于实现。
E-UTRAN TDD帧进一步被设计为具有5毫秒和10毫秒的切换点周期性。为TDD定义有7个配置，其确定要使用的下行链路和上行链路模式的哪个布置。图5提供了TDD配置模式，这将由无线电资源控制器RCC选择并由eNB发送至UE，从而所选的配置模式对于UE和eNB都是已知的。典型地，认为对于大部分应用要选择的配置是#1，并且这将用作随后讨论的非限制性实例。然而，可将配置选为规范中定义的7个中的任一个。此外，可由所选的TDD配置#0-6部分地确定下行链路和上行链路子帧量。
可选择TDD信令用于e-UTRAN系统的特定部分，以利用TDD的若干有利方面。可保持相当简单的TDD设备的UE实现，这例如降低了设备的成本。在有限频谱中提供高峰数据率(由于所有传输都在共享频谱内，不像FDD)。可获得快速和高效的链路适配和优化的天线方法的互利。最后，实现中继效率中的显著收益的能力(例如确保可用带宽的最高可能利用的收益，从而需要更少的总带宽来达到给定系统中的服务需求)来自于动态调整上行链路和下行链路资源以匹配于小区中的业务需求的能力。LTE规范对TDD运营商提供分配高达80％-90％的系统资源，用于下行链路业务。
然而，在LTE标准的当前版本中，快速或动态TDD适配是不可用的。例如，在当前系统中，理论上每80毫秒UL/DL比可能改变。但是，必须解决小区间干扰问题，以便确保健壮性操作，如果快速切换UL/DL比，则系统容量损失将很大。因此，至此，已经将实施基于这样的工作假设，即，需要跨整个网络来协调UL/DL切换点的改变。这意味着改变将不会频繁地进行，可能是基于每天、每月或者甚至是每年。
这些系统中关于干扰的目标性能准则是信号干扰噪声比(SINR)。保持高SINR的当前系统方法是：协调遍及不同小区的UL和DL传输。这通过确保所有小区同时在下行链路进行传输来实现，反之亦然。这在“近远”(near far)环境中尤为显著，在该环境中，与要向其进行传输的eNB远离的UE可能与另一UE或另一eNB更近。如果两个小区没有被协调，则同时并在相同频谱中传输的UL和DL业务将干扰。另一问题是与RACH请求的干扰。如果新UE进入小区并且没有协调UL/DL模式，则可能不能经由随机接入信道传输(RACH)(这是上行链路消息)进入系统。没有与RACH请求协调的下行链路业务可导致小区对于进入该区域的移动UE或新UE不可用。RACH信号将简单地被高功率下行链路信号“淹没”。
图6示出必须考虑的消息干扰的两个实例。在图6中，eNB 61正在向UE 65发送DL消息。与eNB 61相比，UE 65物理上更接近于UE 67。同时，UE 67正在向eNB 63发送UL消息。在这个实例中，可能发生两种类型的干扰。标记(a)的干扰是来自67的UL消息与从eNB 61到UE 65的下行链路消息的接收的干扰。干扰(b)示出eNB 61下行链路消息与从67到eNB 63的上行链路消息的干扰。eNB传输的信号强度被假定为远大于UE传输，由此，即使从61至63的距离超过67至63的距离，eNB下行链路消息也具有比UE上行链路消息更强的信号。
图6示出如果在不考虑可能造成的SINR或其他问题的情况下执行特定于小区的动态TDD分配，在干扰方面可能发生什么。除了这些干扰问题之外，来自高信号强度eNB的未协调DL业务可与从UE发向相邻小区中的eNB的更弱的上行链路RACH接入信令干扰，有效地阻止了新设备接入小区。
LTE中的UL使用同步HARQ。当没有接收到分组时，下行链路(DL)消息指示需要重发。因为同步HARQ的往返时间(RTT)是10ms，所以在TDD中存在对于大部分UL/DL配置而发现的一些问题。因此，必须对TDD子帧定时的改变特别关注，从而可执行UL消息的重发。
现在描述本发明的实施例。这些实施例提供了在TDD系统中能够实现某些UL和DL子帧的动态分配的方法和设备。为了执行该动态分配，某些参数是受保护的。已知的是在目前定义的TDD配置中，如果没有协调DL和UL传输，则某些子帧包括对于干扰特别敏感的控制消息。例如，图7示出配置#1TDD帧的10个子帧和在每个子帧或子帧的一部分中传输的某些消息类型。子帧#0，例如处于配置1，DL子帧中，并承载消息主广播信道(P-BCH)和辅同步信道(S-SCH)。图7中的子帧#1是专用切换子帧，并被分成三部分，第一部分(DwPTS)承载主同步信道(P-SCH)，最后一部分(UpPTS)承载两个信道：短RACH信道(S-RACH)和探测参考符号(SRS，Sounding Reference Symbol)。上行链路子帧SF#2承载RACH信道。
在图7中，子帧#3、4、8和9不承载用于可靠系统控制信息的任何特定重要信道。因此，本发明的实施例通过关注这些子帧为“灵活”子帧，来实现对子帧资源的动态分配。子帧#0、1、2以及5、6、7受到保护，从而重要的控制信道信息不经受使用动态分配带来的额外干扰。重要地，通过将这些重要信道保持在他们的相对位置，不支持对于灵活子帧的动态调度的现有UE仍然可通过使用本发明的系统来可靠地运行。
图8示出应用于作为配置1的修改版本的TDD帧的本发明示例性实施例的子帧。对于版本8UE，这个TDD帧在许多方面与先前方法完全相同；在对灵活子帧进行分配中，eNB将避免对何时UE可在下行链路和上行链路方向被调度有影响的分配。换句话说，eNB将以这样的方式来对灵活子帧进行分配，使得TDD帧对于更早的UE配置向后兼容。在图8中，假设两个小区之间的子帧业务具有一些通过空中或其他的同步。这有必要保护上述控制信道、RACH和同步信道。子帧#0、1和2保持像以前一样，如图7所示，是下行链路帧、专用切换帧和上行链路帧。子帧#3和4是特定于小区的灵活子帧。在以下进一步描述的优选发明实施例中，这些可被分配为UL或DL。子帧#5、6和7也是受保护的子帧，并且保持像以前那样分配，而子帧#8和#9现在被指定为灵活子帧，可以动态方式对其进行分配。
如图8所示，通过使用本发明的实施例来实现灵活子帧分配，该方法实现了对于每个5毫秒期间的两个灵活子帧(在这个实例中，TDD配置#1)。因此，可从可用带宽的大约20％到大约60％，对UL进行动态切换。应注意，如果子帧#4是UL子帧，则子帧#3必须也是UL子帧，因为在5毫秒期间仅允许一个切换点。此外，如果子帧#3是DL子帧，则子帧#4也是DL子帧。
在优选实施例中，对于动态子帧分配的调度有两种基本方法。在一种方法中，在灵活子帧是下行链路子帧时，在这些子帧中嵌入调度授权。UE于是将执行子帧的“盲解码”。在另一方法中，使用新UL/DL分配授权方法；然而，在该方法中，不是在灵活子帧中发送授权。在该第二种方法中，在受保护的子帧中进行授权；对于一个非限制性实例，将关于灵活子帧3和4的授权放置在子帧0和1中，在子帧#5和6中调度关于灵活子帧#8和9的授权。我们还可考虑混合选项，例如，其中DL调度授权被嵌入在灵活子帧中，但是UL调度授权则不在。考虑到存在从发送UL调度授权直到UE准备在上行链路发送为止的较大遗留处理延迟，后者可能是有吸引力的方案。
在实现使用灵活子帧时一个主要考虑是，确保适当的HARQ序列仍旧可用。感兴趣的特定控制信道是物理下行链路控制信道(PDCCH)、物理上行链路控制信道(PUCCH)和物理HARQ指示信道(PHICH)。为了实现对灵活子帧的使用，需要对于这些控制信道的实现和相应规范的一些改变。
表1代表关于HARQ控制的三个选项：
表1
Figure BDA0000058817680000151
因此，对于选项1，在灵活子帧被动态选为DL子帧的情况下，在其中传输DL子帧授权(PDCCH消息)。在示例性实施例的受保护或固定子帧中传输UL子帧授权、PHICH和PUCCH。在选项2，始终在固定或受保护的子帧中进行授权。在选项3，该方法考虑将UL授权放置在灵活子帧中。从向后兼容角度看，在不支持动态分配的具有版本8或更早的UE的系统中，选项受到限制，因为必须设置HARQ过程从而他们不与灵活子帧冲突。如果UL授权非常可靠(因此HARQ不频繁)，则使用具有这些更早设计的设备的选项3也是可行的。如果系统也可确保灵活子帧中的上行链路控制信道的性能，则也可使用该子帧(在被动态选为上行链路子帧的情况下)以便承载ACK/NACK。因此，在eNB或基站将暂时遵循缺省版本8.0模式的那些情况下，连接至相同基站的所有UE都将能够利用所有系统资源，就像针对固定UL/DL配置选项的情况那样。所以由于遗留TDD配置模式，灵活子帧将必须调度数据，使得上行链路业务在版本8.0UE认为应该是上行链路子帧的子帧中。在这种情况下，eNB还需要被约束为在稍后的灵活子帧中具有上行链路，以便与关于同步HARQ过程的定时(以及关于下行链路中所需的任意确认，例如，涉及关于版本8.0UE的所需PHICH定时)匹配。
在研究表1的各种选项以实现TDD子帧的动态分配时，从实现成本的角度，选项1可能是最优选的实施例。在选项1中，被放置在固定子帧中的UL授权需要被扩展，以覆盖额外的UL调度(例如，在基站向上行链路业务分配灵活子帧的情况下)。此外，需要对灵活子帧中的上行链路分配的所有情况建立PHICH定时规则。对于不需要额外灵活性的版本8.0用户，设计需要是透明的。
选项2也是受关注的。为了实现这个方法，将需要在LTE标准中指定以下规则或参数：
将在是固定子帧(例如#0，1和#5，6)的DL子帧中，调度示例性配置中用于灵活子帧(例如#3，4和#8，9)的所有UL/DL授权。
在这个实例中，将在固定DL子帧#0，1和#5，6中，发送确认在灵活子帧#3，4或#8，9中发送的UL业务所需的ACK/NACK物理资源。
在固定UL子帧#2和#7中，发送确认在灵活子帧#3-4，#8-9中发送的DL业务所需的ACK/NACK物理资源。
在上行链路中实现异步HARQ，以优化TDD灵活性。
因此，为了实现TDD适配，需要对系统规范以及UE和eNB的操作的若干改变。
在研究关于重发循环的往返时间(RTT)时，看到在本发明示例性方法实施例中提供的实现动态TDD子帧分配中的设计权衡。即，在用NACK对消息进行响应时，发送者自动开始寻找下一可用子帧以重发消息。目前，3GPP规范假设所接收的消息具有限制可多快调度重发的最小处理时间。例如，目前，对eNB分配最小3ms的处理时间；类似地，UE具有3ms的最小处理时间。在后者实现中，希望可假设这些最小处理时间。
图9示出对于灵活子帧是UL或DL子帧的若干情况，在RTT循环时间上使用灵活TDD子帧分配的影响。从第一传输到可能发生的第一重发，测量RTT时间。
在图9中，示出系统中关于TDD子帧的四个定时图，其使用灵活子帧并具有本发明的TDD配置(其具有与目前LTE TDD配置#1类似的切换点和受保护的子帧)。在每个定时图中，帧被示为分成10个1毫秒的子帧，从子帧#0-#9编号，模式持续重复。对于该实例，TDD配置模式，在子帧#1和#6中有特定的切换子帧。
第一定时图91示出位置#8中的灵活子帧用于上行链路传输(UE到eNB或移动站到基站)的实例。eNB可用来发送确认(图中标记为A)的下一固定帧是子帧#5。注意，子帧#1是DL子帧，但是不是3毫秒或UL消息之后的更多毫秒，所以不满足处理时间需求。
在该实例中，确认下行链路消息A指示请求了重发。在子帧号5，下一固定DL子帧中，发送ACK/NACK。现在，UE需要等待至少3毫秒，然后寻找下一个可用的UL子帧，以便重发消息。在该实例中，是子帧#9。然后，经过的RTT时间是11毫秒。
在图9中，第二定时图93相比以上实例有一个子帧不同，这是首先在子帧#9中传输上行链路消息。同样，在3毫秒时间之后，第一个可用的固定DL子帧是在子帧#5中。在多于3毫秒的时间之后，可发生重发，同样是子帧#9。所以，在该实例中，UL中的确认ACK DL消息和重发消息位于与定时图91中的实例相同的子帧中，但是因为第一重发子帧在时间上是稍后的一个位置，所以RTT时间减少到10毫秒。
在图9中，还示出具有重发的下行链路消息和上行链路HARQ的两个实例。定时图95示出子帧#8中的DL消息。UE在下一可用UL子帧#2中发送ACK请求重发，其满足3毫秒处理时间规则。重发发生在子帧#6，下一可用DL子帧中。所以在这个实例中，RTT时间是8毫秒。
最后，在定时图97中，示出其中DL子帧的第一传输是#9的实例。在子帧#7中，UE用UL子帧中的确认ACK/NACK消息进行响应。注意在这个实例中，子帧#2不可用，因为它不满足3毫秒处理时间规则。最后，重发发生在下一子帧#1中，这是在来自UE的重发请求ACK UL消息之后大于3毫秒的DL子帧。
在使用本发明的动态分配方法中，UL/DL业务分配可被调节为5或10毫秒那样小，只要环境中的UE包括对这些特征的支持。在包括版本8.0UE的系统中，eNB必须留意可在改变子帧分配之前完成任何剩余的同步HARQ过程。在修改UE以支持灵活子帧分配的系统中，相比于现有系统的TDD子帧分配，可实现TDD的所有优点，其中对于分配的改变实际上仅仅是不频繁地可用并且以系统范围为基础。
在确定是否实现实施例的灵活动态TDD分配时，eNB应优选地考虑其他小区的存在，以及还考虑系统中版本8UE的数量。在存在许多版本8的UE的情况下(他们具有固定或同步HARQ调度)，灵活子帧的使用在增加系统资源的有效使用方面可能是效率低的。同样，在更早版本的UE存在于临近小区中的一些情况下，灵活子帧的使用可能由于使用未协调的子帧分配而降低临近小区中的SINR。
已经模拟了本发明的优选实施例的使用，在PDCCH下行链路实例的模拟中，示出动态TDD子帧分配的使用，以提供系统性能的显著收益。在小区和/或临近小区中有多个版本8UE在使用的情况下，本发明实施例的使用可能不如其用于具有新设计的UE的小区那样理想。
应注意，上述任意实施例的实现可以在软件、硬件、固件中进行，并且可作为从存储装置提取并由可编程处理器或其他可编程设备(作为UE或eNB实施的一部分，包括但不限于，例如RISC、ARM、CPU、DSP和微控制器核的核心处理器，单机集成电路设备)执行的一组指令来提供。方法可作为具有关联的逻辑电路、FPGA或CPLD、ASIC、可使用的半定制IC等的状态机来实现。存储装置可以是非易失性存储器，例如FLASH或编程存储器，例如PROM、ROM、EPROM等。存储装置可以是包含用于执行实施例的可执行指令的CD或DVD程序存储介质。在一个实施例中，可执行指令在计算机可读介质上提供，当执行时，执行在TDD通信系统中确定用于灵活子帧的动态子帧分配的方法。上述示例性方法涉及具有TDD的LTE 3GPP通信系统。然而，实施例不限于这个示例性应用，并且可预期实施例在其他通信系统中的使用以便提供在时分双工通信系统中用于子帧的动态分配的规则可作为本发明的一部分，并且在提供的任意权利要求的范围内。

Claims (32)

1.一种通信方法，包括：
经由空中接口接收关于一个或多个灵活子帧的动态子帧分配；
形成周期性子帧模式，其包括用于通过所述空中接口接收和发送分组的灵活子帧分配；以及
其中，时分双工信号被使用定义的帧通过射频空中接口来发送和接收，所述定义的帧具有包括下行链路和上行链路子帧的周期性子帧模式。
2.如权利要求1所述的方法，其中，接收动态子帧分配还包括：
接收指示某些子帧是受保护子帧的信息；以及
使用隐式规则向灵活子帧指派下行链路和上行链路子帧分配。
3.如权利要求1所述的方法，其中，接收动态子帧分配还包括：在周期性子帧模式中时间上更早发生的受保护下行链路子帧中接收关于灵活子帧的分配。
4.如权利要求1所述的方法，其中，接收动态分配还包括：在周期性子帧模式中更早发生的受保护下行链路子帧中接收关于灵活上行链路子帧的分配。
5.如权利要求1所述的方法，其中，接收关于灵活下行链路子帧的动态分配还包括：在下行链路子帧中接收分配，以及对所接收的分配执行盲解码。
6.如权利要求1所述的方法，其中，接收关于灵活子帧的动态分配还包括：在灵活子帧内接收分配，以及对所接收的分配执行盲解码。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：支持混合自动重发请求，并且对于动态分配的下行链路子帧，选择在周期性帧中在后的适当上行链路子帧以便发送重发请求。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
在受保护子帧中接收关于灵活上行链路子帧的动态分配；
在灵活子帧中接收关于灵活下行链路子帧的动态分配；以及
对灵活子帧分配执行盲解码。
9.一种通信方法，包括：
确定时分双工帧配置；
确定时分双工帧的周期性子帧模式内的某些子帧是受保护子帧；
确定时分双工帧的周期性子帧模式内的某些子帧是可被动态分配的灵活上行链路和灵活下行链路子帧；
确定用于灵活子帧的动态分配；
通过空中接口向收发器设备发送关于所述灵活子帧的至少一个的动态分配；以及
其中，时分双工信号被使用定义的帧通过射频空中接口来发送和接收，所述定义的帧具有包括下行链路和上行链路子帧的周期性子帧模式。
10.如权利要求9所述的方法，其中发送还包括：
在周期性子帧模式中时间上更早发生的受保护下行链路子帧中发送关于灵活子帧的分配。
11.如权利要求9所述的方法，其中发送还包括：
在周期性子帧模式中更早发生的受保护下行链路子帧中发送关于灵活上行链路子帧的分配。
12.如权利要求9所述的方法，其中发送还包括：
在下行链路子帧中发送关于灵活下行链路子帧的分配。
13.如权利要求9所述的方法，其中发送还包括：
在下行链路子帧中发送下行链路子帧分配。
14.如权利要求9所述的方法，其中发送还包括：
在下行链路子帧中发送子帧分配。
15.如权利要求9所述的方法，其中发送还包括：
在受保护子帧中发送关于灵活上行链路子帧的动态分配；以及
在灵活子帧中发送关于灵活下行链路子帧的动态分配。
16.一种通信设备，包括：
接收器，被配置为通过空中接口接收动态子帧分配；
处理器，被配置为使用周期性子帧模式和使用所接收的动态子帧分配形成时分双工周期性帧；以及
其中，所述接收器被配置为使用形成的时分双工周期性帧，通过空中接口接收时分双工下行链路分组和发送时分双工上行链路分组。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，基于隐式规则确定时分双工帧内的受保护子帧和灵活子帧。
18.如权利要求16所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，接收在周期性子帧模式中时间上更早发生的受保护下行链路子帧中发送的关于灵活子帧的分配。
19.如权利要求16所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，接收在周期性子帧模式中更早发生的受保护下行链路子帧中发送的关于灵活上行链路子帧的分配。
20.如权利要求16所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，在灵活下行链路子帧内接收动态子帧分配，以及被配置为，对所接收的分配执行盲解码。
21.如权利要求16所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，在灵活子帧内接收动态子帧分配，以及被配置为，对所接收的动态子帧分配执行盲解码。
22.如权利要求16所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，使用隐式规则向灵活子帧指派下行链路和上行链路子帧分配。
23.一种通信设备，包括：
至少一个通过空中接口运行的射频收发器，被配置为支持在定义的时分双工帧内动态分配上行链路和下行链路子帧的使用，用于与用户装备设备的分组通信；
处理器，被配置为，由所选的时分双工帧配置，确定周期性时分双工帧内的某些子帧是受保护子帧，以及周期性时分双工帧内的某些子帧是灵活上行链路和灵活下行链路子帧；
所述处理器被配置为，确定对灵活上行链路和灵活下行链路子帧的动态分配；以及
所述处理器被配置为，通过空中接口向用户装备设备发送动态分配。
24.如权利要求23所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，基于隐式规则确定时分双工帧内的受保护子帧和灵活子帧。
25.如权利要求23所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，在周期性子帧模式中更早发生的受保护下行链路子帧中发送关于灵活子帧的分配。
26.如权利要求23所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，在周期性子帧模式中更早发生的受保护下行链路子帧中发送关于灵活上行链路子帧的分配。
27.如权利要求23所述的设备，其中，所述处理器还被配置为，在下行链路子帧中发送关于灵活下行链路子帧的分配。
28.一种通信设备，包括：
用于通过空中接口接收关于一个或多个子帧的动态子帧分配的装置，其中所述子帧是周期性时分双工帧内的灵活子帧；
用于响应于所接收的动态分配，向下行链路或上行链路使用指派灵活子帧的装置；以及
用于形成周期性子帧模式的装置，所述周期性子帧模式包括用于通过空中接口接收和发送时分双工分组的灵活子帧分配。
29.如权利要求28所述的设备，还包括：
用于使用隐式规则向灵活子帧指派下行链路和上行链路子帧分配的装置。
30.如权利要求28所述的设备，还包括：
用于在周期性子帧模式中时间上更早发生的受保护下行链路子帧中接收关于灵活子帧的分配的装置。
31.如权利要求28所述的设备，还包括：
用于在周期性子帧模式中更早发生的受保护下行链路子帧中接收关于灵活上行链路子帧的分配的装置。
32.如权利要求28所述的设备，还包括：
用于在灵活子帧内接收灵活子帧分配并对所接收的分配执行盲解码的装置。
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