CN106982110B

CN106982110B - 利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法和装置

Info

Publication number: CN106982110B
Application number: CN201610029081.7A
Authority: CN
Inventors: 陈宇; M·罗伯特
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2036-01-15
Also published as: CN106982110A

Abstract

本发明提供了一种利用LTE TDD帧结构进行NB‑IoT传输帧配置的方案。该方案包括三个方面：支持更低频带的子载波传输的帧配置、同步信号传输配置以及物理随机接入信道(PRACH)传输配置。在一种方法中，配置用于NB‑IoT上行传输的子载波带宽，其中，所配置的子载波带宽是用于NB‑IoT下行传输的子载波带宽的四分之一；以及在LTE TDD帧结构中配置用于NB‑IoT上行传输的UL子帧，其中在所述UL子帧中，用于NB‑IoT上行传输的符号周期是LTE OFDM符号周期的四倍。

Description

利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法和装置

技术领域

本发明概括而言涉及无线通信领域，更具体而言，涉及一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法和装置。

背景技术

窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)是一种支持低速率机器到机器(Machine to Machine，M2M)服务的技术，其成本非常低并且更容易在当前的蜂窝移动(如全球移动通信(GSM)和/或长期演进(LTE))网络中部署。为了满足市场需要，当前在第三代合作伙伴计划(3GPP)中对NB-IoT进行规定。NB-IoT是一种200kHz带宽的新的空口，与LTE的最小1.4MHz带宽相比，其在标准上涉及许多改变。运营商对于在包括频分复用(FDD)和时分复用(TDD)频带的LTE频谱中部署该服务表现出了浓厚的兴趣。

在3GPP RAN#70全体会议上，讨论了TDD NB-IoT，结论是：

Rel-13仅需要支持FDD；

Rel-13中应当解决TDD的前向兼容。

NB-IoT需要前向兼容TDD，因此可以理解，需要一种TDD下用于NB-IoT的一般方案，应当考虑关键问题，但是这可能影响FDD NB-IoT规范。可以看出，有一个FDD和TDD的共用方案是非常有利的。

发明内容

为此，本发明提出了一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方案。该方案包括三个方面：支持更低频带的子载波传输的帧配置、同步信号传输配置以及物理随机接入信道(PRACH) 传输配置。

根据本发明的一些实施方式，提供了一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法，包括：配置用于NB-IoT上行传输的子载波带宽，其中，所配置的子载波带宽是用于NB-IoT下行传输的子载波带宽的四分之一；以及在LTE TDD帧结构中配置用于NB-IoT上行传输的UL子帧，其中在所述UL子帧中，用于NB-IoT上行传输的符号周期是LTE OFDM符号周期的四倍。

根据本发明的另一些实施方式，提供了一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法，包括：在LTE TDD帧结构中分别配置至少六个连续的OFDM符号用于分别发送NB-IoT的PSS和SSS。

根据本发明的另一些实施方式，提供了一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法，包括：在UpPTS中传输非常短的前导码，并将其时域扩展到下一个时隙或下一个子帧；或者在UpPTS中传输1ms前导码，并将其时域扩展到六个子帧中；或者在UpPTS中传输非常短的前导码，并将其时域另外扩展两个或更多个子帧。

根据本发明的另一些实施方式，提供了一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的装置，包括配置单元，其用于：配置用于NB-IoT上行传输的子载波带宽，其中，所配置的子载波带宽是用于NB-IoT下行传输的子载波带宽的四分之一；以及在LTE TDD帧结构中配置用于NB-IoT上行传输的UL子帧，其中在所述UL子帧中，用于NB-IoT上行传输的符号周期是LTE OFDM符号周期的四倍。

根据本发明的另一些实施方式，提供了一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的装置，包括配置单元，其用于：在LTE TDD帧结构中分别配置至少六个连续的OFDM符号用于分别发送NB-IoT的PSS和SSS。

根据本发明的另一些实施方式，提供了一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的装置，包括配置单元，其用于：在UpPTS 中传输非常短的前导码，并将其时域扩展到下一个时隙或下一个子帧；或者在UpPTS中传输1ms前导码，并将其时域扩展到六个子帧中；或者在UpPTS中传输非常短的前导码，并将其时域另外扩展两个或更多个子帧。

附图说明

通过以下参考下列附图所给出的本发明的具体实施方式的描述之后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1示出了根据本发明的利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法中支持更低频带子载波传输的配置的流程图；

图2示出了根据本发明的利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法中同步信号的配置的一个实例的示意图；以及

图3示出了根据本发明的利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法中PRACH的传输配置的一个实例的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

NB-IoT通常需要支持三种操作模式，即单独载波操作、保护频带操作和带内操作。提供一种适合于这三种模式的统一方案是非常有利的。

对于单独载波操作，系统设计比较容易，并且允许更多灵活性以使得总体设计依赖于保护频带和带内操作的支持，因为后两者要考虑的问题更多，因此在设计时可以不做重点考虑。

对于保护频带操作，如果NB-IoT具有与LTE TDD不同的帧配置，即UL/DL配置模式，则要考虑的主要问题是干扰，即LTE DL传输对NB-IoT UL传输的干扰。当前假设的LTE和NB-IoT之间的频带隔离(即0Hz或200KHz)不足以保护NB-IoT免受LTE的干扰(见参考文献1)。在参考文献1中研究了LTE的滤波和发射，可以看出，LTE保护频带边缘的信号强度大于-20dB，远远大于即使有144dB耦合损失情况下的NB-IoT接收功率。可以考虑配置更宽的隔离频带，但是这将降低隔离频带操作的价值。

如果LTE和NB-IoT具有不同的帧结构，则带内操作也存在类似的问题。

因此，如果要支持保护频带操作和带内操作，优选的是使得LTE TDD和LTE NB-IoT具有相同的帧结构。否则，LTE TDD和NB-IoT之间需要隔离频带，还可能使得NB-IoT子帧受干扰而无法使用。

本发明提出了一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置，适用于上述三种操作模式。该方案包括以下三个方面的内容：支持更低频带的子载波传输的帧配置、同步信号传输配置以及PRACH传输配置，如下所详述：

支持更低频带子载波传输的帧配置：

图1示出了根据本发明的利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法中支持更低频带子载波传输的配置的流程图。

如图1中所示，首先配置用于NB-IoT上行(UL)传输的子载波带宽，其中，所配置的子载波带宽是用于NB-IoT下行(DL)传输的子载波带宽的四分之一。例如，对于15KHz的NB-IoT下行传输的子载波带宽来说，可以将用于NB-IoT上行传输的子载波带宽配置为3.75KHz。

接着，在LTE TDD帧结构中配置用于NB-IoT上行传输的UL子帧，其中在该UL子帧中，用于NB-IoT上行传输的符号周期是LTE OFDM符号周期的四倍。

通过这种方式，虽然将NB-IoT上行传输的子载波带宽配置为原来的四分之一，但是由于每个符号的持续时间延长为OFDM符号的四倍，因此分配给每个符号的时频资源保持不变。

然而，由于UL子帧不连续，因此传输可能被DL子帧所中断。为了解决这一问题，对于NB-IoT传输来说给出了以下解决方案：

在一种解决方案中，将用于NB-IoT上行传输的数据分段，并且在用于NB-IoT上行传输的不同的UL子帧中传输分段的数据。也就是说，如果一次NB-IoT上行传输的符号不能再一个UL子帧中完全传输时，将其在下一UL子帧中继续传输。

在另一种解决方案中，在使用扩展循环前缀(CP)的LTE TDD子帧中传输三个NB-IoT符号；或者在使用常规CP的LTE TEE子帧中传输三个NB-IoT符号并丢弃两个OFDM符号。

由于一个NB-IoT符号的周期是一个OFDM符号的四倍，因此可以对于使用扩展CP的LTE TDD子帧(其包含12个OFDM符号)来说，其正好可以传输三个NB-IoT符号；或者对于使用常规CP的LTE TDD子帧(其包含14个OFDM符号)来说，其传输三个NB-IoT符号之后还剩余两个OFDM符号，因此可以丢弃这两个OFDM符号(即不在这两个OFDM符号中传输NB-IoT数据或者将其用作其他用途)。

在第三种实施方案中，使用具有两个连续UL子帧的TDD帧结构来传输NB-IoT符号。

下面的表1示出了现有的7种TDD帧结构模式(即TDD配置模式)，其中D表示DL子帧，U表示UL子帧，S表示特殊子帧。这些TDD配置对于本领域技术人员来说是公知的，因此不再赘述。

表1 TDD帧结构模式(配置模式)

因此，可以选择上面的帧结构模式#1和/或#4来传输NB-IoT符号。这是为了产生28个连续OFDM符号，能被4整除，因此能够连续传输7个NB-IoT符号。

进一步的，还可以将TDD帧结构中的特殊子帧配置用于NB-IoT数据传输。例如，可以将特殊子帧中的下行导频时隙(DwPTS)和/或上行导频时隙(UpPTS)分别配置用于DL或UL传输。

当前，TDD帧结构中的特殊子帧有如下九种配置模式0～9，分别指示DwPTS、保护间隔(GP)和UpPTS所占的OFDM符号数，如表2所示。

表2特殊子帧配置模式

当然，特殊子帧中的DL和UL子帧可以不用于数据传输。

同步信号传输配置：

在这个方面，在LTE TDD帧帧结构中分别配置至少六个连续的OFDM符号用于分别发送NB-IoT的主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)。

在3GPP中决定NB-PSS/SSS占用每个同步子帧中的固定数量的OFDM符号。对于LTE来说，同步信号在6个PRB中传输。为了实现类似的同步性能，NB-IoT可能需要使用时域中的6个时间资源。可以考虑将同步信号扩展到六个时隙上，但是这种实现效率低下并且不节省功率。因此，可以基于当前的LTE TDD中的PSS/SSS设计，对于NB-IoT来说，也使用6个连续的OFDM符号来发送PSS。

为此，需要选择特定的TDD帧结构，即特殊子帧中DwPTS长度大于6个OFDM符号的特殊子帧配置模式。结合表2可以看出，特殊子帧配置模式#0和#5中DwPTS仅占用3个OFDM符号，不符合要求，因此不能使用这两种特殊子帧配置模式，其余七种配置特殊子帧配置模式都可使用。

图2示出了根据本发明的利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法中同步信号的配置的一个实例的示意图。

在图2所示的实例中，以TDD帧结构模式#6为例，将NB-IoT的PSS和SSS分别配置在不同子帧中传输。如图所示，PSS占用特殊子帧中从第三个OFDM符号开始的六个DwPTS符号，SSS占用该特殊子帧的前一子帧(DL子帧)的最后六个OFDM符号。

在另一实例中，为了对于更大的小区支持更长的GP，PSS可以在另一个子帧中传输或者可以通过定义新的TDD配置来传输。如图2中所示，当不使用UpPTS时最大GP可以是6个OFDM符号，这被设计用于PRACH和/或探测。

PRACH传输配置：

与同步信号类似，前导码通过时间扩展来传输。当前，LTE TDD支持三种类型的PRACH传输配置：在UpPTS中传输非常短的前导码、1ms(毫秒)前导码和2ms前导码。基于这三种配置，用于NB-IoT的PRACH传输配置具有如下方案：

在第一方案中，在UpPTS中传输非常短的前导码并且将其时域扩展到下一个时隙或下一个子帧。

在图3所示的实例中，使用TDD帧结构#6，其每个帧具有3+2个UL子帧和3个DL子帧，特殊子帧中UpPTS占用2个OFDM符号。

在第二方案中，在UpPTS中传输1ms前导码，并将其时域扩展到6个子帧中。这样，前导码被分段为每1ms一个CP。

然而，第一方案具有与LTE TDD相同的问题，即容量有限。第二方案可能会引入一些复杂度并且会降低效率，因为前导码接收可能需要花费几个无线帧。并且需要避免使用在每个无线帧中仅有一个上行子帧的TDD帧结构配置#2和#5。然而，分段不可避免。可以使用具有更多连续UL子帧的其他TDD帧结构配置来进行前导码传输，但是这可能受到LTE TDD传输的影响。

第一方案和第二方案可以根据实际需要选择实施。

另外，还可以使用上述两个方案的组合，例如半短前导码。具体地，可以使用非常短的前导码来并且将其时域另外扩展一个子帧以上，即另外扩展两个子帧或更多个子帧。

在本文中，参照附图对本文公开的方法进行了描述。然而应当理解，附图中所示的以及说明书中所描述的步骤顺序仅仅是示意性的，在不脱离权利要求的范围的情况下，这些方法步骤和/或动作可以按照不同的顺序执行而不局限于附图中所示的以及说明书中所描述的具体顺序。

在一个或多个示例性设计中，可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现本申请所述的功能。如果用软件来实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括有助于计算机程序从一个地方传递到另一个地方的任意介质。存储介质可以是通用或专用计算机可访问的任意可用介质。这种计算机可读介质可以包括，例如但不限于，RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁存储设备，或者可用于以通用或专用计算机或者通用或专用处理器可访问的指令或数据结构的形式来携带或存储希望的程序代码模块的任意其它介质。并且，任意连接也可以被称为是计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术来从网站、服务器或其它远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术也包括在介质的定义中。

可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意组合来实现或执行结合本公开所描述的各种示例性的逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，或者，处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。

本领域普通技术人员还应当理解，结合本申请的实施例描述的各种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种可互换性，上文对各种示例性的部件、块、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般性描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束条件。本领域技术人员可以针对每种特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。

本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本发明并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。

Claims

1.一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的方法，包括：

配置用于NB-IoT上行传输的子载波带宽，其中，所配置的子载波带宽是用于NB-IoT下行传输的子载波带宽的四分之一；以及

在LTE TDD帧结构中配置用于NB-IoT上行传输的UL子帧，其中在所述UL子帧中，用于NB-IoT上行传输的符号周期是LTE OFDM符号周期的四倍。

2.如权利要求1所述的方法，其中用于NB-IoT上行传输的子载波带宽为3.75KHz，用于NB-IoT下行传输的子载波带宽为15KHz。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

将用于NB-IoT上行传输的数据分段，并且在用于NB-IoT上行传输的不同的UL子帧中传输分段的数据。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：

在使用扩展CP的LTE TDD子帧中传输三个NB-IoT符号；或者

在使用常规CP的LTE TDD子帧中传输三个NB-IoT符号并丢弃两个OFDM符号。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

使用具有两个连续UL子帧的TDD帧结构来传输NB-IoT符号。

6.如权利要求5所述的方法，其中具有两个连续UL子帧的TDD帧结构包括TDD帧结构模式#1和/或TDD帧结构模式#4。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：

将所述TDD帧结构中的特殊子帧中的DwPTS和/或UpPTS符号分别配置用于NB-IoT数据传输。

8.如权利要求1所述的方法，还包括：

在LTE TDD帧结构中分别配置至少六个连续的OFDM符号用于分别发送NB-IoT的PSS和SSS。

9.如权利要求1所述的方法，还包括：

在UpPTS中传输非常短的前导码，并将其时域扩展到下一个时隙或下一个子帧；或者

在UpPTS中传输1ms前导码，并将其时域扩展到六个子帧中；或者

在UpPTS中传输非常短的前导码，并将其时域另外扩展两个或更多个子帧。

10.一种利用LTE TDD帧结构进行NB-IoT传输帧配置的装置，包括配置单元，其用于：