CN102449930A - 帧结构配置方法及相应的基站、用户设备和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种自适应帧结构配置方法，包括：统计在一时间段内的上下行业务量，并根据统计的结果来计算当前上下行业务资源需求比；在已知的帧结构集合中选择一帧结构，该帧结构的上下行传输比例与当前上下行业务资源需求比最为接近；将所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号进行比较；在所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号不相等时，采用所选择的帧结构。本发明还提出了相应的通信系统、基站和用户设备。

Description

帧结构配置方法及相应的基站、 用户设备和通信系统 技术领域

本发明涉及 种帧结构配置方法以及相应的基站、用户设备和通信系统，具体地， 涉及用于时分复用通信系统中的自适应帧结构配置方法以及相应的家庭基站、 用户设 备和通信系统。 背景技术

在下一代移动通信系统中， 可用频谱资源不断向高频段发展， 所使用的大部分频 率耍高于 2GHz。高频段无线信号的空间传输损耗较大，对建筑物墙体的穿透能力较弱， 室内覆盖质量往往不尽人意。 事实上， 大量的高速数据与多媒体业务， 如视频电话、 流媒体、 游戏等业务一般都发生在室内环境， 这些业务都需要较大的系统容量和良好 的网络质量， 因而人们认识到， 必须能够在室内场景中提供大的吞吐量和良好的覆盖。

家庭基站 H-BS (Home Base Station) 是一种以固定宽带接入网络为回程的室内覆 盖解决方案。 H-BS支持频分双工（FDD ) 和时分双工 （TDD ) 两种模式， 其中， 由于 采用 TDD模式可以在下行链路（DL)和上行链路（UL)之间实现不对称的传输分配， 使其在非对称业务方面所具有的灵活性越来越受到关注。 但是， TDD H-BS系统也面 临了许多技术上的挑战， 如时变非对称业务。

TDD H-BS支持的非对称业务的场景与 TDD宏基站 M-BS (Macro Base Station) 的不同。 对于典型的 TDD M-BS, 定义了具有不同 UL/DL传输比的各种帧结构， 以支 持非对称业务。 通常， M-BS 系统设计在初始阶段会根据业务应用场景和业务情况配 置帧结构， 在相邻 M-BS的特定范围内采用相同的帧结构， 以避免由 M-BS与 UE之 间的传输功率差 （delta)所引起的上下行交叉干扰。 尽管对于不同的移动用户 UE， 针 对 UL和 DL的资源需求可以是实时变化的， 但由于 M-BS所服务的 UE数量较多， 从 统计意义上讲，各个 UE的 UL/DL业务量比的正负波动不会明显地改变针对 UL和 DL 的资源需求， 不会造成 M-BS系统整体 UL/DL业务量比的明显变化， 因而不需要频繁 地调整由 M-BS配置的帧结构， 按照既定的帧结构工作不会造成频谱资源的浪费。

然而， 在 H-BS系统中却不是这样。 一个 H-BS—般最多支持 4-6个 UE， 系统整 体的 UL/DL业务量比会随着这 4-6个用户的业务类型发生变化。 因而上述针对 M- BS 的固定帧结构配置方式并不适用于 TDD H-BS, 因为如果 TDD H-BS的预定帧结构与 UL/DL业务量比的变化不相匹配， 则将会导致资源的浪费。例如， 在某一时段， 这 4-6 个用户以传统的对称 UL/DL 语音业务为主， 可以配置 IDL : 1UL 的帧结构来匹配 UL/DL业务分配。在另一时段，这 4-6个用户以所耗费的 UL/DL业务量比为 4DL： 1UL 的高度不对称的网络数据和视频点播业务为主， 沿下行方向传送大量数据， 而沿上行 方向传送的主要是确认 （ACK或 NACK) 或短命令， 上下行配置应以下行业务为重， 因而需要重新配置帧结构， 以匹配 UL DL业务分配的改变。 同样， 当这些用户以需要 1DL : 4UL 的帧结构的自创电视广播业务为主时， 上下行配置应以上行业务为重， 因 而也需要重新配置帧结构， 以匹配 UIJDL业务量的改变。 此外， 与 M-BS不同的是， 由于 H-BS与 UE的传输功率相当，在相邻 H-BS中采用不同的帧结构也不会引起额外 的交叉干扰。 总之， 如何支持时变的非对称业务需求， 成为 TDD H-BS必须解决的问 题。

当前， TDD H-BS采用与 TDD M-BS相同的方法支持非对称业务。 如上所述， M-BS 在最初配置时， 根据与将要承载的业务量有关的统计信息来选择帧结构配置。 一旦确定， 通常不会经常改变该配置。 但这明显并不适合于 H-BS系统。 H- BS中用户 数较少， 在不同时段， 各个用户的上下行业务量会随着业务类型的改变而发生变化， 如果不能适时地调整帧结构， 将会造成频谱资源的浪费或是无法满足业务需求。例如， 假设 TDD H-BS 系统最初服务三个用户的上下行业务量比例分别为 3DL : 1UL， 2DL： 1UL, 4DL： 1UL，如图 1所示，那么系统最初总的上下行业务量比为 3DL： 1UL。 因而 H-BS按照 3DL : 1 UL的帧结构工作， 这样不会造成频谱资源的浪费。 但在另一 时段， 三个用户业务类型发生变化， UL/DL 业务量比变为 1DL： 3UL, 1DL： 1UL, 1DL： 2UL, 系统总的 UL/DL业务量比变为 1DL： 2UL。 如果此时仍按照 3DL： 1UL 的帧结构运行， 便会造成下行资源的浪费， 而上行资源无法满足业务的需求， 从而影 响了 TDD H-BS系统的性能表现。 发明内容

本发明为 TDD H-BS提供了一种灵活的帧结构配置方案， 以便能够有效地安排上 下行链路上承载的业务量， 从而满足时变非对称业务的需求。

本发明的一方面提供了一种自适应帧结构配置方法， 包括以下步骤： 统计在一时 间段内的上下行业务量， 并根据统计的结果来计算当前上下行业务资源需求比； 在已 知的帧结构集合中选择一帧结构， 所选择的帧结构的上下行传输比例与当前上下行业 务资源需求比最为接近； 将所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号进行比较； 在 所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号不相等时， 采用所选择的帧结构。 在所选 择的帧结构的序号与当前帧结构的序号相等时， 保持当前的帧结构。

该方法还包括： 向用户设备发送关于所选择的帧结构的序号的信息； 用户设备根 据接收到的信息， 在所述帧结构集合中选择相应的帧结构， 以与基站进行同步通信。

在该方法中， 所述帧结构集合包括多个不同的帧结构， 所述帧结构以帧结构序号 和上下行传输比例进行表征。 此外， 在初始阶段， 根据系统中的上下行业务量比， 在 所述帧结构集合中选择当前帧结构。 此外， 所述时间段为帧结构配置信息传输周期的 整数倍。

本发明的另一方面提供了一种能够自适应地配置帧结构的基站，包括：统计装置， 用于统计在一时间段内的上下行业务量； 计算装置， 用于根据统计的结 ¾来计算当前 上下行业务资源需求比； 选择装置， 用于在已知的帧结构集合中选择一帧结构， 所选 择的帧结构的上下行传输比例与当前上下行业务资源需求比最为接近； 比较装置， 用 于将所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号进行比较； 判决装置， 用于在所选择 的帧结构的序号与当前帧结构的序号不相等时， 采用所选择的帧结构； 以及在所选择 的帧结构的序号与当前帧结构的序号相等时， 保持当前的帧结构； 以及发送装置， 用 于向用户设备发送关于所选择的帧结构的序号的信息。

本发叨的另一方面提供了一种能够自适应地配置帧结构的用户设备， 包括： 接收 装置， 用于接收来自基站的关于帧结构序号的信息； 以及选择装置， 用于根据所接收 的信息， 在已知的帧结构集合中选择相应的帧结构， 以与基站进行同步通信。

发明的另一方面提供了一种包括以上所述的基站和用户设备的能够自适应地配置 帧结构的通信系统。

根据本发明的方案， TDD H-BS会统计一段时期内系统的上下行业务量比例， 当 检测到当前帧结构与上下行业务量比例不匹配时， 可以自动调整帧结构， 来实现 H-BS 支持时变非对称业务的需求。

通过上面的描述可得， 新的 TDD H-BS帧结构配置方法具有以下特点：

• 自适应地配置不同上下行比例的帧结构， 支持 H-BS时变非对称业务的需求， 最 大限度地提高了资源利用率。

• H-BS需要统计一段时间内的上下行业务情况， 统计周期 T可以为帧结构配置信 息传输周期的整数倍， 以便保持与已有系统的兼容， 不会带来额外的信令幵销。 •H-BS覆盖范围较小， 传输功率与 UE相当， 不会引起额外的交叉干扰。

总之， 根据本发明的方案， 可以增强 TDD H-BS资源使用灵活性， 为提高系统的 频谱效率提供了可能。 附图说明

结合附图， 本发明的上述和其它方面、特征和优点将从以下对于本发明的非限制 性实施例的详细描述中变得更加清楚， 其中：

图 1示意性地示出了 TDD通信系统随时间变化的 UL/DL业务量比的改变； 图 2示意性地示出了根据本发明一个实施例的自适应帧结构配置方法的流程图； 图 3示意性地示出了根据本发明一个实施例的 TDD通信系统的结构；

图 4示意性地示出了根据本发明一个实施例的 TDD通信系统的自适应帧结构配 置； 以及

图 5示意性地示出了根据本发明优选实施例的 LTE TDD通信系统的自适应帧结 构配置。 具体实施方式

以下， 将根据附图来描述本发明。 在以下的描述中， 一些特定实施例仅用于描述 目的， 应将其看作本发明的示例而非对本发明的任何限制。

图 2示出了根据本发明的自适应帧结构配置方法的流程图。 以下将参照图 2， 对 根据本发明的自适应帧结构配置方法进行详细地描述。 同现有技术一样， H- BS和 UE 均已知由 UL/DL传输比不同的 N个帧结构组成的帧结构集合 F^R^ R,,..., R_n,..

其中， R表示 UL/DL传输比， n为帧结构序号 FSI (Frame Structure Index

首先， 在步骤 S201中， 假设 H-BS在初始阶段根据系统中的 UL/DL业务量比， 在帧结构集合 F中选择序号为 n ^的帧结构， 作为当前帧结构； 并将帧结构序号 n_cur (即 FSI信息） 通知给 UE， UE根据收到的 FSI信息匹配其已知的帧结构集合 F中的 帧结构， 以便实现与 H-BS 的同步传输。 应注意， 当前帧结构的确定可以根据初始阶 段的业务应用场景和业务情况， 也可以随机地选取， 因为根据本发明， 将在之后的歩 骤中对帧结构进行动态地 i周整， 因而本领域技术人员应理解， 本发明并不会对当前帧 结构的选取做严格的限定。

在步骤 S203 中， H-BS统计在一段时间 T内 UE发送的上行资源请求 UR (UL Request) 和下行资源分配 DRA (DL Resource Allocation), 并根据统计的结果来计算 当前上下行业务资源需求比 Q。本领域技术人员应理解， 由亍 H-BS所支持的 UE数量 不止一个， 而各个 UE接入 H-BS的时间也是随机的， 因而上述的统计过程是周期性进 行的， 且统计周期 T的选取取决于业务类型和实际的部署场景。 优选地， 该统计周期 T 可以为帧结构配置信息传输周期整数倍， 以便保持与已有系统的兼容， 不会带来额 外的信令幵销。

在步骤 S205中， H- BS在帧结构集合 F中选择一帧结构， 该帧结构的上下行传输 比例与当前上下行业务资源需求比 Q为最接近，将该帧结构的序号表示为 n。_p， 以与当 前上下行业务资源需求比 Q相匹配。

如果所选帧结构的序号 n。_p与当前帧结构序号 n_eu^相等，则在步骤 S207中， H-BS 重新配 g帧结构， 采用序号为 n。_p的帧结构工作。 此外， H-BS需要将所选择的 FSI信 息 n。_p发送给 UE。 在步骤 S211中， UE根据收到的 FSI信息， 在其已知的帧结构集合 F中选择与 n。_p相对应的帧结构， 进行重新配置， 以便实现与 H-BS的同歩传输。

如果所选帧结构的序号 n。_p与当前帧结构序号 η^相等， 则进入步骤 S209， 其中 H-BS不对当前运行的帧结构做出重新配置， 而是保持当前的帧结构。 在这种情况下， H-BS同样会将所选择的 FSI信息 n。_p (即 n_ew) 发送给 UE。 在步骤 S213中， UE根据 收到的 FSI信息， 在其已知的帧结构集合 F中选择与 n_ew相对应的帧结构。 此时， 无 需重新配置帧结构， 因而 UE仍使用与之前相同的帧结构与 H-BS进行通信。

本领域技术人员应理解，尽管在图 2所描述的实施例中的情况是 H-BS根据对 n。p 与 n_eM的比较而确定是否重新配置帧结构之后，才向 UE发送关于所选择的帧结构的序 号的信息的， 但是根据本发明的技术方案并不限于此。 在其它实施例中， 可以在 H-BS 根据所计算的上下行业务资源需求比选择了帧结构序号 n。_p之后，便向 UE发送关于所 选择的帧结构的序号的信息。

以下参照图 3， 对根据本发明的通信系统的结构进行描述。

图 3示出了根据本发明的通信系统的结构。 如图 3所示， 该通信系统中包括了基站 300和用户设备 400， 它们经由上下行链路进行通信。

根据本发明的基站 300包括接收装置 301、 发送装置 302、统计装置 303、计算装 置 305、 选择装置 307、 比较装置 309、 以及判决装置 311。 本领域技术人员应当理解， 为了不引起混淆， 省略了对本领域所公知的基站中的若干模块的描述。

在本发明的实施例中， 在接收装置 301接收到 UE经由上行链路 UL发送的信号 之后， 由统计装置 303统计在一段时间 T内 UE所发送的上行资源请求 UR和下行资 源分配 DRA， 然后由计算装置 305根据统计装置 303的统计结果来计算上下行业务资 源需求比0。 接着， ώ选择装置 307在已知的帧结构集合中选择一帧结构， 该帧结构 的上下行传输比例与当前上下行业务资源需求比 Q最为接近，将其序号记为 η。_ρ， 以与 当前上下行业务资源需求比 Q相匹配。 然后， 比较装置 309将所选帧结构的序号 η。_ρ 与当前帧结构序号 n_eur进行比较， 再由判决装置 311进行判断： 如果 ₁₅与_1½^不相等， 则重新配置帧结构， 采用序号为 n。_p的帧结构工作； 以及如果 n。_p与 n_cur相等， 则不对 当前帧结构做出重新配置。 最后， 由发送装置 302向 UE发送所选择的帧结构序号的 信息。

根据本发明的用户设备 400包括： 发送装置 401、 选择装置 403、 以及接收装置 405。 同样， 为了不引起混淆， 省略了对本领域公知的用户设备中的若千模块的描述。

在本发明的实施例中， 在接收装置 405接收到由基站 300中的发送装置 302所发 送的关于帧结构序号的信息之后， 由选择装置 403根据所接收的信息， 在巳知的帧结 构集合中选择相应的帧结构， 以与基站进行同步通信。

图 4示出了采用图 2所示方法的 TDD H-BS系统的自适应配置的帧结构。

如图 4所示， H-BS统计帧 1至帧 4在这个吋段内的上下行传输比例， 并在帧 5时刻从 巳知的帧结构集合 F中进行匹配。如果作为匹配结果的帧结构序号与当前运行的帧结构 序号 （即， 当前帧结构序号） 不一致， 则 H-BS在帧 5时刻的下行传输中向 UE通知该新 的帧结构序号 FSI信息， 根据收到的 FSI信息， 在其已知的帧结构集合 F中选择相应 的帧结构， 进行重新配置， 从帧 6时刻开始系统按照新的帧结构运行， 如图中 Pr_0CeSSl。 如果作为匹配结果的帧结构序号与当前运行的帧结构序号一致， 则不需要改变当前运 行的帧结构配置， 发送给 UE的 FSI信息也不改变， UE根据收到的未改变的 FSI信息， 选 择与之前相同的帧结构与 H-BS进行通信， 如图中 Process 2。

接下来， 将以本发明的优选实施例 LTE (长期演进） TDD H-BS为例， 对采用了 图 2所示方法的 LTE TDD II-BS系统的自适应配置的帧结构进行描述。 但本领域技术 人员将会理解， 本发明所提出的方案也可以应用于其它不同的 TDD H- BS系统。

图 5示出了根据本发明优选实施例的采用图 2所示方法的 LTE TDD H-BS系统的 自适应配置的帧结构。

LTE TDD帧结构每帧 10ms， 包含 10个 1ms的子帧， 支持 5ms和 10ms的上下行 转换周期。 特殊子帧用作 UL DL切换点， 并包含三个字段： DwPTS、 GP和 UpPTSo GP指示了下行至上行转换的保护时间间隔。 LTE TDD帧结构中支持不同的上下行传 输比例， 构成帧结构集合， 如表 1所示， 其中 D表示用于下行传输的子帧， U表示用 于上行传输的子帧， S表示特殊子帧。

表 1 : LTE TDD帧结构配置 在表 1中， 例如序号为 2的帧结构中共有 10个子帧， 其中第 0， 3， 4， 5 , 8和 9 这 6个子帧分配给下行传输， 第 2和 7个子帧分配给上行传输。 因而， 分别分配了上 行传输和下行传输的子帧数量比值是 3： 1。 就是说， 序号为 2的帧结构的上下行传输 比例为 3DL： II儿。

具体实施过程如图 5所示。 在初始阶段， LTE TDD H-BS系统根据当前业务量分 布， 选择帧结构序号 2运行， 上下行传输配置为 3DL： lULc H-BS统计一段时期 T内 的上下行业务情况， 此处假设 T 为两个帧周期， 当发现上下行业务量比例变为 1DL： 2UL时， 从表 1中选取相匹配的帧结构， 帧结构序号为 6。 H-BS判断 S佳帧结 构 6与当前运行的帧结构 2不一致， 于是将新的帧结构序号 6告知用户， 双方按照新 的帧结构 6运行， 如图中 Process 1所示， 从帧 3开始由采用帧结构 2改为采用帧结构 6。 如果在下一时段 T内 H-BS统计的上下行业务量比例与当前的配置相同， 则帧结构 无需改变， H-BS仍将当前运行的帧结构序号 6告知用户， 如图中 Process 2所示， 从 帧 5开始仍然采用帧结构 6。

将本发明提出的方案应用到 TDD II-BS系统中具有以下优点： •既能支持时变非对称业务， 又能增强了 H- BS资源配置的灵活性， 为提高 LTE TDD H-BS频谱效率提供了可能；

•通过设置合理的统计周期 T， 新的帧结构序号能在原有的帧配置信息中传输， 不会产生新的信令幵销；

•即使相邻 H-BS采用不同的帧结构， 也不会引起额外的交叉干扰。

TDD模式在未来宽带无线通信系统中将占据重要的地位， 并且支持向 LTE TDD 标准的演进。 可以预见， 对于设备厂商和运营商而言， TDD的产品性能将成为体现竞 争力的一个重要指标。 由于大部分的移动业务发生在室内， TDD H- BS系统可以很好 地满足来自运营商和用户的需求：

一方面， 对于运营商而言， 根据本发明的方案可以改善室内覆盖， 提高室内宽带 接入速率， 减少时延， 还可应对新兴移动虛拟网络运营商的竞争， 符合运营商的发展 战略。

另 方面， 对于终端用户而言， 可以满足室内用户各种多媒体应用体验。 减少宏 基站负荷， 使宏基站容量主要服务于室外和运动中用户。

根据本发明的自适应帧结构配置方案满足了 TDD H-BS系统时变非对称业务的需 求， 提高了 H-BS系统的资源利用率。

尽管以上己经结合本发明的优选实施例示出了本发明， 但是本领域的技术人员将 会理解， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 可以对本发明进行各种修改、 替换 和改变。 因此， 本发明不应由上述实施例来限定， 而应由所附权利要求及其等价物来 限定。

Claims (1)

1. 权 利 要 求

   1 . 一种自适应帧结构配置方法， 包括以下步骤：

   统计在一时间段内的上下行业务量， 并根据统计的结果来计算当前上下行业务资 源需求比；

   在已知的帧结构集合中选择一帧结构， 所选择的帧结构的上下行传输比例与当前 上下行业务资源需求比最为接近；

   将所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号进行比较；

   在所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号不相等时， 采用所选择的帧结构。

   2. 根据权利耍求 1所述的方法， 还包括：

   在所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号相等时， 保持当前的帧结构。

   3. 根据权利要求 1所述的方法， 还包括：

   向用户设备发送关于所选择的帧结构的序号的信息；

   用户设备根据接收到的信息， 在所述帧结构集合中选择相应的帧结构， 以与基站 进行同步通信。

   4. 根据权利耍求 1 所述的方法， 其中所述帧结构集合包括多个不同的帧结构， 所述帧结构以帧结构序号和上下行传输比例进行表征。

   5. 根据权利要求 1所述的方法， 还包括： 在初始阶段， 根据系统中的上下行业务 量比， 在所述帧结构集合中选择当前帧结构。

   6. 根据权利要求 1所述的方法，其中，所述时间段为帧结构配置信息传输周期的 整数倍。

   7.—种能够自适应地配置帧结构的基站， 包括：

   统计装置， 用于统计在一时间段内的上下行业务量；

   计算装置， 用于根据统计的结果来计算当前上下行业务资源需求比；

   选择装置， 用于在已知的帧结构集合中选择一帧结构， 所选择的帧结构的上下行 传输比例与当前上下行业务资源需求比最为接近；

   比较装置， 用于将所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号进行比较； 判决装置， 用于在所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号不相等吋， 采用所 选择的帧结构； 以及在所选择的帧结构的序号与当前帧结构的序号相等时， 保持当前 的帧结构。

   8. 根据权利要求 7所述的基站， 还包括：

   发送装置， 用于向用户设备发送关于所选择的帧结构的序号的信息。

   9. 一种能够自适应地配置帧结构的用户设备， 包括：

   接收装置， 用于接收来自基站的关于帧结构序号的信息； 以及

   选择装置， 用于根据所接收的信息， 在已知的帧结构集合中选择相应的帧结构， 以与基站进行同步通信。

   10. 一种能够自适应地配置帧结构的通信系统， 包括根据权利耍求 7所述的基站 和根据权利要求 9所述的用户设备。