CN111431576B - 一种时分双工通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种时分双工通信系统及方法，时分双工通信系统包括网关、中继设备、终端，所述中继设备包括第一时分双工TDD收发机和第二TDD收发机，所述第一TDD收发机与所述网关进行通信，所述第二TDD收发机与所述终端进行通信，所述第一TDD收发机根据网关的同步信号确定所述第二TDD收发机的中继时隙设定。本发明提供了一种简单结构的TDD通信系统，该系统采用的中继设备包含两个TDD收发机，能够同时发送信号和同时接收信号，避免两个收发机之间的干扰。不需要昂贵和高性能的滤波器来抑制两个收发相互间的干扰。

Description

一种时分双工通信系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种时分双工通信系统及方法。

背景技术

近年来，低功耗广域网(LPWAN)技术的出现推动无线物联网进入了快速发展的阶段，LPWAN技术通常工作在较低的工作频段(比如Sub 1G)，该技术采用随机接入方式，可具有长距离传输、超低功耗的特点，能低成本地将大多数典型物联网设备接入网络，LoRa和NB-IoT便是其中的典型代表。

但在非视距传输无线通信场景下，传播路径损耗很大，因此基站的信号覆盖范围较小。一般会引入结构简单、成本低廉的中继可以有效改善基站覆盖边缘地区的通信质量，提升信号覆盖范围，也有利于降低通信设备部署的总体成本。但引入中继的同时，带来的问题是中继两端信号收发的干扰问题，即中继向网关发送的信号干扰中继接收终端的信号，或者中继向终端发送的信号干扰中继接收网关的信号。

现有技术中常用的解决方案，如采用频分复用的方法，即中继对网关和中继对终端这两端的通信信号采用两个不同的工作频率，但现有技术的方法中继的收发机需要设计高性能的滤波器抑制干扰信号，系统成本较高，而且因为频谱资源极为宝贵，采用两个不同的工作频率在很多情况下不可行。

因此，现在亟需一种新的支持简单结构中继的通信方法来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种时分双工通信系统及方法，根据本发明提供的第一方面，本发明提供一种时分双工通信系统，包括：

网关、中继设备、终端；

所述中继设备包括第一时分双工TDD收发机和第二TDD收发机，所述第一TDD收发机与所述网关进行通信，所述第二TDD收发机与所述终端进行通信，所述第一TDD收发机根据网关的同步信号确定所述第二TDD收发机的中继时隙设定；

所述网关与所述第一TDD收发机通信的网关时隙包括网关上行时隙和网关下行时隙，网关下行时隙时间长度等于网关上行时隙时间长度，中继时隙包括中继上行时隙和中继下行时隙，中继下行时隙的开始时间正对网关上行时隙的开始时间，中继上行时隙的开始时间正对网关下行时隙的开始时间。

其中，所述中继设备包括上位中继设备和下位中继设备，所述网关、所述上位中继设备、所述下位中继设备以及所述终端依次连接，所述上位中继设备靠近所述网关，所述下位中继设备远离所述网关；所述上位中继设备和下位中继设备均包括两个TDD收发机。

其中，所述下位中继设备的时隙由所述上位中继设备决定，所述下位中继设备的下行时隙开始时间正对上位中继设备的上行时隙开始时间，所述下位中继设备的上行时隙开始时间正对所述上位中继设备的下行时隙开始时间。

其中，网关下行时隙还包括校准信号子时隙。

其中，上行时隙分为若干个上行子时隙。

根据本发明提供的第二方面，本发明还提供一种时分双工通信方法，包括：

中继的第一TDD收发机在网关下行时隙接收到网关发送的下行数据和同步信号，在网关上行时隙将上行数据发送给所述网关；

中继的第一TDD收发机根据所述同步信号，确定第二TDD收发机的中继时隙，中继时隙包括中继上行时隙和中继下行时隙，中继下行时隙的开始时间正对网关上行时隙的开始时间，中继上行时隙的开始时间正对网关下行时隙的开始时间；

第二TDD收发机在中继下行时隙发送下行数据和同步信号给终端，以供所述终端根据所述同步信号完成与所述中继的定时同步后，在中继上行时隙将上行数据发送给所述网关。

本发明提供了一种简单结构的TDD通信系统，该系统采用的中继设备包含两个TDD收发机，能够同时发送信号和同时接收信号，避免两个收发机之间的干扰。不需要昂贵和高性能的滤波器来抑制两个收发相互间的干扰。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种时分双工通信系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的网关时隙结构示意图；

图3是本发明实施例提供的中继级联结构示意图；

图4是本发明实施例提供的中继时隙结构示意图；

图5是本发明实施例提供的网关时隙、上行时隙结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种时分双工通信方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明实施例提供的一种时分双工通信系统结构示意图，如图1所示，包括：

网关1、中继设备2、终端，所述终端包括第一类终端3和第二类终端4，所述第一类终端3与所述网关1直接通信，所述第二类终端4通过所述中继设备2与所述网关1进行通信；

所述中继设备包括第一时分双工TDD收发机5和第二TDD收发机6，所述第一TDD收发机5与所述网关1进行通信，所述第二TDD收发机6与所述终端进行通信，所述第一TDD收发机5根据网关1的同步信号确定所述第二TDD收发机6的中继时隙设定；

所述网关1与所述第一TDD收发机5通信的网关时隙包括网关上行时隙和网关下行时隙，网关下行时隙时间长度等于网关上行时隙时间长度，中继时隙包括中继上行时隙和中继下行时隙，中继下行时隙的开始时间正对网关上行时隙的开始时间，中继上行时隙的开始时间正对网关下行时隙的开始时间。

如图1所示，本发明实施例为了解决现有技术中中继两端信号收发的干扰问题，本发明实施例提出了一种支持简单结构中继的通信系统，该通信系统主要包括三个部分，分别是网关、中继设备以及终端，其中，终端在本发明实施例中可以被分为两种类型，本发明实施例中称之为第一类终端和第二类终端，在图1中为了简化表示，也示为A类终端和B类终端。需要说明的是，A类终端是直接和网关通信的终端，B类终端是通过中继和网关直接通信的终端。本发明实施例所述的终端为第二类终端。

进一步的，图2是本发明实施例提供的网关时隙结构示意图，如图2所示，网关时隙分为上行时隙和下行时隙，上行时隙是上行数据子时隙，下行时隙包括下行数据子时隙和同步信号子时隙，网关在网关下行时隙发送下行数据和同步信号，第一类终端在网关上行时隙发射上行数据，网关上行时隙包括保护子时隙、上行数据子时隙。网关下行时隙时间长度等于网关上行时隙时间长度。

具体的，对于第一类终端与网关的通信过程为：网关在网关下行时隙发送下行数据和同步信号，第一类终端接收到网关同步信号后，得到上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙的开始时间，也即获得与网关的定时同步，同时第一类终端在网关下行时隙的下行数据子时隙接收来自网关下行数据。在网关上行时隙，第一类终端在上行数据子时隙发送上行数据给网关，网关在上行数据子时隙接收第一类终端的上行数据。

具体的，对于第二类终端与网关的通信过程由图1内容可知，需要通过中继设备完成。中继的TDD收发机1用于和网关进行通信，中继的第一TDD收发机按照网关的时隙安排进行工作，在网关下行时隙，第一TDD收发机接收到网关同步信号后，得到上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、上行数据子时隙的开始时间，也即获得与网关的定时同步；网关在网关下行时隙发送下行数据和同步信号，第一TDD收发机接收到网关同步信号后，得到上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙的开始时间，也即获得与网关的定时同步，同时第一TDD收发机在网关下行时隙的下行数据子时隙接收来自网关下行数据。在网关上行时隙，第一TDD收发机在上行数据子时隙发送上行数据给网关，网关在网关上行时隙接收第一TDD收发机的上行数据。

中继通过第一TDD收发机接收网关的同步信号获取同步定时，确定第二TDD收发机的上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙、上行数据子时隙的开始时间，中继的第二TDD收发机的时隙定义为该中继的中继时隙，包括中继上行时隙和中继下行时隙。中继时隙和网关时隙安排颠倒过来，中继下行时隙的开始时间正对网关上行时隙开始时间，中继上行时隙的开始时间正对网关下行时隙开始时间。

第二TDD收发机用于和第二类终端进行通信，在中继下行时隙时，第二TDD收发机发送下行数据和同步信号，第二类终端接收到同步信号后，得到中继上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙的开始时间，也即获得与中继的定时同步，同时第二类终端在中继下行时隙的下行数据子时隙接收来自中继的下行数据。在中继上行时隙，第二类终端发送上行数据给第二TDD收发机，第二TDD收发机在中继上行时隙接收第二类终端的上行数据。

综合上述实施例的内容可以看出，通过本发明实施例提供的第一TDD收发机和第二TDD收发机，从而总是在同时发送信号和同时接收信号，避免两个收发机之间的干扰。不需要昂贵和高性能的滤波器来抑制两个收发机相互间的干扰。

本发明提供了一种简单结构的TDD通信系统，该系统采用的中继设备包含两个TDD收发机，能够同时发送信号和同时接收信号，避免两个收发机之间的干扰。不需要昂贵和高性能的滤波器来抑制两个收发相互间的干扰。

在上述实施例的基础上，所述中继设备包括上位中继设备和下位中继设备，所述网关、所述上位中继设备、所述下位中继设备以及所述终端依次连接，所述上位中继设备靠近所述网关，所述下位中继设备远离所述网关；所述上位中继设备和下位中继设备均包括两个TDD收发机。所述下位中继设备的时隙由所述上位中继设备决定，所述下位中继设备的下行时隙开始时间正对上位中继设备的上行时隙开始时间，所述下位中继设备的上行时隙开始时间正对所述上位中继设备的下行时隙开始时间。所述下位中继设备的时隙由所述上位中继设备决定，所述下位中继设备的下行时隙开始时间正对上位中继设备的上行时隙开始时间，所述下位中继设备的上行时隙开始时间正对所述上位中继设备的下行时隙开始时间。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例提供了一种TDD通信系统，其中中继设备使用了两个TDD收发机，可以理解的是，对于通信系统而言，网关的覆盖范围是有限的，如果为了增加网关的覆盖范围，本发明实施例优选的提供了一种中继级联的方式。

图3是本发明实施例提供的中继级联结构示意图，本发明实施例提供的中继之后可以继续中继，靠近网关的中继称为上位中继，远离网关的中继称为下位中继，下位中继继续中继上位中继的信号，下位中继时隙和上位中继时隙正好颠倒。

具体的，网关通过上位中继和下位中继与终端进行通信，其中，每个中继也包含两个TDD收发机，中继的TDD收发机1和中继的TDD收发机2。

上位中继的TDD收发机1用于和网关进行通信，上位中继的TDD收发机1按照网关的时隙安排进行工作，在网关下行时隙，上位中继TDD收发机1接收到网关同步信号后，得到上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、上行数据子时隙的开始时间，也即获得与网关的定时同步；网关在网关下行时隙发送下行数据和同步信号，上位中继TDD收发机1接收到网关同步信号后，得到上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙的开始时间，也即获得与网关的定时同步，同时上位中继TDD收发机1在网关下行时隙的下行数据子时隙接收来自网关下行数据。在网关上行时隙，上位中继TDD收发机1发送上行数据给网关，网关在网关上行时隙接收上位中继TDD收发机1的上行数据。

上位中继通过TDD收发机1接收网关的同步信号获取同步定时，确定上位中继TDD收发机2的上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙、上行数据子时隙的开始时间，称为上位中继时隙。上位中继时隙和网关时隙安排颠倒过来，上位中继下行时隙的开始时间正对网关上行时隙开始时间，上位中继上行时隙的开始时间正对网关下行时隙开始时间。

上位中继的TDD收发机2用于和下位中继进行通信，在上位中继下行时隙时，上位中继的TDD收发机2发送下行数据和同步信号，下位中继收到同步信号后，得到下位中继上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙的开始时间，也即获得与上位中继的定时同步，同时下位中继在上位中继下行时隙的下行数据子时隙接收来自上位中继下行数据。在上位中继上行时隙，下位中继在发送上行数据给上位中继的TDD收发机2，上位中继的TDD收发机2接收下位中继发送的上行数据。

下位中继的TDD收发机1用于和上位中继进行通信，下位中继的TDD收发机1按照上位中继时隙安排进行工作，在上位中继下行时隙，下位中继TDD收发机1接收到中继同步信号后，得到上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、上行数据子时隙的开始时间，也即获得与上位中继的定时同步；上位中继TDD收发机2在上位中继下行时隙发送下行数据和同步信号，下位中继TDD收发机1接收到上位中继同步信号后，得到上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙的开始时间，也即获得与上位中继的定时同步，同时下位中继TDD收发机1在上位中继下行时隙的下行数据子时隙接收来自上位中继的下行数据。在上位中继上行时隙，下位中继TDD收发机1发送上行数据给上位中继，上位中继TDD收发机2在上位中继上行时隙接收下位中继TDD收发机1的上行数据。

下位中继通过TDD收发机1接收上位中继的同步信号获取同步定时，确定下位中继TDD收发机2的上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙、上行数据子时隙的开始时间，称为下位中继时隙。下位中继时隙和上位中继时隙安排颠倒过来，下位中继下行时隙的开始时间正对上位中继上行时隙开始时间，下位中继上行时隙的开始时间正对上位中继下行时隙开始时间。

下位中继的TDD收发机2用于和第二类终端进行通信，在下位中继下行时隙时，下位中继的TDD收发机2在下行时隙发送下行数据和同步信号，第二类终端接收到同步信号后，得到下位中继上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙的开始时间，也即获得与下位中继的定时同步，同时第二类终端在下行时隙的下行数据子时隙接收来自下位中继的下行数据。在下位中继上行时隙，第二类终端发送上行数据给下位中继的TDD收发机2，下位中继的TDD收发机2在上行时隙接收第二类终端的上行数据。

本发明实施例提供的上位中继设备和下位中继设备都设置有两个TDD收发机，具体的利用TDD收发机进行通信的过程可参见上述实施例，不再赘述。

在上述实施例的基础上，网关下行时隙还包括校准信号子时隙。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例通过下行时隙由网关向终端传输数据，图4是本发明实施例提供的中继时隙结构示意图，如图4所示，网关时隙分为上行时隙和下行时隙，上行时隙是上行数据子时隙，下行时隙包括下行数据子时隙和同步信号子时隙，下行数据子时隙和同步信号子时隙先后顺序可以颠倒。每个子时隙之间都有保护子时隙。网关与上位中继、下位中继的时隙关系，和网关通信的中继的时隙由网关的时隙确定，下位中继的时隙由上位中继确定。上位中继的TDD收发机1按照网关的时隙安排工作，下位中继的TDD收发机1按照上位中继的时隙安排工作。

具体的，图5是本发明实施例提供的网关时隙、上行时隙结构示意图，如图5所示，本发明实施例在下行数据子时隙、同步信号子时隙、上行时隙的基础上，增加校准信号子时隙，网关利用这个子时隙自己发送信号给自己接收，对发送信号的幅度和相位进行校准。

在上述实施例的基础上，上行时隙分为若干个上行子时隙。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例通过上行时隙由终端向网关传输数据，如图5所示，本发明实施例将上行时隙分为多个上行子时隙，从而可以将上行时间资源划分成更小的时间片，时间资源使用更加灵活。

图6是本发明实施例提供的一种时分双工通信方法流程示意图，如图6所示，包括：

601、中继的第一TDD收发机在网关下行时隙接收到网关发送的下行数据和同步信号，在网关上行时隙将上行数据发送给所述网关；

602、中继的第一TDD收发机根据所述同步信号，确定第二TDD收发机的中继时隙，中继时隙包括中继上行时隙和中继下行时隙，中继下行时隙的开始时间正对网关上行时隙的开始时间，中继上行时隙的开始时间正对网关下行时隙的开始时间；

603、第二TDD收发机在中继下行时隙发送下行数据和同步信号给终端，以供所述终端根据所述同步信号完成与所述中继的定时同步后，在中继上行时隙将上行数据发送给所述网关。

需要说明的是，本发明实施例的执行主体是中继，该方法应用在通信系统时是网关和第二类终端进行通信，第一类终端的通信过程可参见上述实施例，在此不再赘述。具体的，中继的第一TDD收发机用于和网关进行通信，中继的第一TDD收发机按照网关的时隙安排进行工作，在网关下行时隙，第一TDD收发机接收到网关同步信号后，得到上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、上行数据子时隙的开始时间，也即获得与网关的定时同步；网关在网关下行时隙发送下行数据和同步信号，第一TDD收发机接收到网关同步信号后，得到上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙的开始时间，也即获得与网关的定时同步，同时第一TDD收发机在网关下行时隙的下行数据子时隙接收来自网关下行数据。在网关上行时隙，第一TDD收发机在上行数据子时隙发送上行数据给网关，网关在网关上行时隙接收第一TDD收发机的上行数据。

中继通过第一TDD收发机接收网关的同步信号获取同步定时，确定第二TDD收发机的上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙、上行数据子时隙的开始时间，称为中继时隙。中继时隙和网关时隙安排颠倒过来，中继下行时隙的开始时间正对网关上行时隙开始时间，中继上行时隙的开始时间正对网关下行时隙开始时间。

中继的第二TDD收发机用于和第二类终端进行通信，在中继下行时隙时，中继的第二TDD收发机发送下行数据和同步信号，第二类终端接收到同步信号后，得到中继上行时隙、下行时隙、下行数据子时隙、同步信号子时隙的开始时间，也即获得与中继的定时同步，同时第二类终端在中继下行时隙的下行数据子时隙接收来自中继的下行数据。在中继上行时隙，第二类终端发送上行数据给中继的第二TDD收发机，中继的第二TDD收发机在中继上行时隙接收第二类终端的上行数据。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种时分双工通信系统，其特征在于，包括：

网关、中继设备、终端；

所述中继设备包括第一时分双工TDD收发机和第二TDD收发机，所述第一TDD收发机与所述网关进行通信，所述第二TDD收发机与所述终端进行通信，所述第一TDD收发机根据网关的同步信号确定所述第二TDD收发机的中继时隙设定；

所述网关与所述第一TDD收发机通信的网关时隙包括网关上行时隙和网关下行时隙，网关下行时隙时间长度等于网关上行时隙时间长度，中继时隙包括中继上行时隙和中继下行时隙，中继下行时隙的开始时间正对网关上行时隙的开始时间，中继上行时隙的开始时间正对网关下行时隙的开始时间；所述中继设备包括上位中继设备和下位中继设备，所述网关、所述上位中继设备、所述下位中继设备以及所述终端依次连接，所述上位中继设备靠近所述网关，所述下位中继设备远离所述网关；所述上位中继设备和下位中继设备均包括两个TDD收发机；所述下位中继的中继时隙由所述上位中继设备决定，所述下位中继设备的中继下行时隙开始时间正对上位中继设备的中继上行时隙开始时间，所述下位中继设备的中继上行时隙开始时间正对所述上位中继设备的中继下行时隙开始时间。

2.根据权利要求1所述的时分双工通信系统，其特征在于，网关下行时隙还包括校准信号子时隙。

3.根据权利要求2所述的时分双工通信系统，其特征在于，上行时隙分为若干个上行子时隙。

4.一种时分双工通信方法，其特征在于，包括：

中继的第一TDD收发机在网关下行时隙接收到网关发送的下行数据和同步信号，在网关上行时隙将上行数据发送给所述网关；

中继的第一TDD收发机根据所述同步信号，确定中继时隙，中继时隙包括中继上行时隙和中继下行时隙，中继下行时隙的开始时间正对网关上行时隙的开始时间，中继上行时隙的开始时间正对网关下行时隙的开始时间；

第二TDD收发机在中继下行时隙发送下行数据和同步信号给终端，以供所述终端根据所述同步信号完成与所述中继的定时同步后，在中继上行时隙将上行数据发送给所述中继以转发给所述网关；所述中继设备包括上位中继设备和下位中继设备，所述网关、所述上位中继设备、所述下位中继设备以及所述终端依次连接，所述上位中继设备靠近所述网关，所述下位中继设备远离所述网关；所述上位中继设备和下位中继设备均包括两个TDD收发机；所述下位中继的中继时隙由所述上位中继设备决定，所述下位中继设备的中继下行时隙开始时间正对上位中继设备的中继上行时隙开始时间，所述下位中继设备的中继上行时隙开始时间正对所述上位中继设备的中继下行时隙开始时间。

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