CN1194563C

CN1194563C - 一种基于时分双工的无线通信方法

Info

Publication number: CN1194563C
Application number: CN 02117427
Authority: CN
Inventors: 周雷; 郑志彬; 陈月华; 孙立新
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: CN1452420A

Abstract

本发明公开了一种基于时分双工的无线通信方法，该方法首先在空中接口的一个时间帧内分配用于数据上行发射和下行发射的时间段，在上行发射的时间段内，分配上行同步时隙、控制时隙并且根据上行业务量分配上行业务时隙；在下行发射的时间段内，分配下行同步时隙、控制时隙和业务时隙，下行控制时隙设置在下行业务时隙之前，在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙；基站对不同用户分配不同的业务时隙，在每一个时间帧内，对分配给不同用户的时隙进行优化，用户接收设备对优化参数进行接收和处理，然后在其后的下行业务时隙内进行对应的业务数据接收。采用上述方案进行无线通信可以提高系统的吞吐量和提高频谱效率，降低运营成本。

Description

一种基于时分双工的无线通信方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的通信方法，具体地说涉及基于时分双工无线通信系统的通信方法。

背景技术

在传统无线通信系统中，一个基站通过不同的多址接入方案为不同用户提供服务，最常用的是频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)以及码分多址(CDMA)技术。在目前的第三代无线通信的TDD标准系统中，例如在时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统中，规定了如图2所示的子帧时隙结构，图2中，除了用于实现同步的三个特殊时隙：下行导频时隙(DwPTS)，保护时段(GP，Guard Period)，上行导频时隙(UpPTS)以外，剩下的7个业务时隙固定为0.675 ms长。其中，第一个时隙(TS0)总是分配用于下行，第二个时隙(TS1)总是分配用于上行。除了位于GP的第一个上下行切换点以外，还存在第二个不固定的上下行切换点，以便实现灵活的上下行比例设置，支持对称以及非对称的上下行业务。在图2中，第二个上下行切换点设置在第三个时隙(TS2)和第四个时隙(TS3)之间，因而可以支持上下行比例为2∶5的非对称业务。在TD-SCDMA系统的每一个时隙内支持多个用户采用CDMA的技术进行并行的发射和接收。

在第三代无线通信系统中，数据业务将超过语音业务，并占主导地位。数据业务与语音业务在两个方面存在着本质的区别：数据业务可能是非对称的，例如互联网浏览业务；另外，数据业务对延迟时间的要求没有语音业务那么严格。因此，对于数据业务而言，无线通信系统可以采用多项技术提高系统的通信容量，比如Turbo编码技术等。无线通信系统中的移动用户可能分布在小区内的不同地点，用户与基站之间的距离各不相同，由于无线衰落信道的特点，使得在一个小区内不同用户能够正常接收的最高数据传输速率也是不同的。通常，在满足所需要的传输误码率的前提下，大部分用户能够实现的最高数据传输速率基本上相差不多。此外，有一部分用户的信道条件很好，因此可以实现很高的数据传输速率；而另一部分用户的信道条件则相对恶劣，因此能够达到的数据传输速率也比较低。通过缩小高速率的通信用户的等待时间可以明显提高容量，然而实际中可能存在最大等待时间与最小等待时间的比值的限制。

基于以上分析，现有的采用等时间长度的业务时隙结构进行传输的方法，对实时性要求较高的语音业务而言比较适合；但对数据业务而言，则不能很好地利用数据业务延迟时间可以较长的特点，实现对频谱资源的优化。另外，在目前的传输方法中，每个时隙都是一个独立结构，每个时隙都设置有单独的导频，这种结构并不适合于高速数据业务的实现。首先对于静止或低速运动的移动用户而言，由于高速率数据传输需要分配较多的时间资源来实现，因此在这样的一个子帧中，必须给高速数据服务的客户同时分配多个时隙；由于每个时隙的导频都不能释放用于业务数据传输，从而实质上造成了时间资源的浪费，不利于高速数据传输的实现。而对于高速移动的客户而言，采用中间导频进行信道估计，又可能造成在用户高速移动时不能正常接收数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的基于时分双工的无线通信方法，使用该方法可以实现系统频谱资源的优化，减少时间资源的浪费。

为达到上述目的，本发明提供的基于时分双工的无线通信方法，包括：

(1)在空中接口的一个时间帧内分配用于数据上行发射和下行发射的时间段；

(2)在上行发射的时间段内，分配用于实现上行同步的上行同步时隙、用于传输上行信令的上行控制时隙，根据上行业务量分配用于传输数据业务的上行业务时隙；

(3)在下行发射的时间段内，分配用于实现下行同步的下行同步时隙、用于传输下行信令的下行控制时隙，和多个用于传输数据业务的下行业务时隙，下行控制时隙设置在下行业务时隙之前，在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙；

(4)基站对不同用户分配不同的业务时隙，在每一个时间帧内，针对用户的无线传播信道条件以及为该用户提供的业务，执行调度算法，对分配给不同用户的时隙进行优化，并在下行控制时隙内将调度结果和传输参数发送给用户接收设备，用户接收设备在步骤(3)所述的上行时隙内对传输参数进行接收和处理，然后在其后的下行业务时隙内进行对应的业务数据接收。

步骤(2)所述上行同步时隙、上行控制时隙和上行业务时隙在时间上互相不重叠；步骤(3)所述下行同步时隙、下行控制时隙、下行业务时隙在时间上互相不重叠。

步骤(2)所述上行同步时隙的个数根据用户的移动速度或同步实现精度要求分配，如果上行同步时隙的个数为多个，则该多个上行同步时隙按照等时间间隔分布设置。

步骤(3)所述下行同步时隙的个数根据用户的移动速度或同步实现精度要求分配，如果下行同步时隙的个数为多个，则该多个下行同步时隙按照等时间间隔分布设置。

步骤(2)所述分配用于传输上行信令的上行控制时隙，为分配一个以上的上行控制时隙，所述上行控制时隙部分用于传输低速数据业务。

步骤(3)所述分配用于传输下行信令的下行控制时隙，为分配一个以上的下行控制时隙，所述下行控制时隙部分用于传输低速数据业务。

步骤(3)所述下行业务时隙的时间长度根据用户所能实现的最高数据传输率的分布或所提供的业务分配，上述所分配的业务为约定的服务品质或业务类型。

所述方法还包括：

在每一个下行业务时隙中发射导频信号实现信道估计。

所述导频信号是通过在所述业务下行时隙的整个时隙中分配的一个固定的扩频码发射的。

所述导频信号为采用一个固定符号的导频信号。

所述导频信号为采用约定符号序列的导频信号。

所述方法还包括：在不同下行业务时隙之间发射导频信号，所述导频信号的发射与下行业务时隙信号的发射互相独立。

所述方法还包括：

在一个时间帧内的上、下行发射顺序依次为下行发射，上行发射，下行业务时隙发射；其中上行发射时隙在满足下行信令接收基本条件的基础上按照分配尽可能短的时间段的原则进行分配；所述下行信令接收基本条件包括接收设备能够及时得到一个高速数据发射过程的传输格式信息。

步骤(3)所述在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙，所述上行时隙的长度为所有用户设备实现一个传输参数或一个传输参数集估计所需要的最短时间。

步骤(3)所述在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙，所述上行时隙的长度也可为所有用户设备实现一个传输参数或一个传输参数集估计，以及完成上行信令传输所需的最短时间。

步骤(3)所述在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙，所述上行时隙的长度还可为所有用户设备实现一个传输参数或一个传输参数集估计，并完成上行信令传输，以及完成上行业务传输所需的最短时间。

由上述可知，本发明采用时分双工作为空中接口的双工方式。TDD的频谱只需要一个频段，其上行和下行的比例可以通过上下行切换点进行灵活配置，因此可以更有效地支持如Internet浏览等非对称的数据业务。

在时隙安排上，本发明配置了控制时隙和业务时隙，分别传输信令信号和业务数据信号。由于信令需要保证能够将控制信息及时发送给接收方，因此信令的传输在实时性方面比业务数据的传输的要求高，因此需要采用功率控制等技术。信令与数据的同时发射将影响彼此的效率，进而降低系统容量。因此本发明采用将信令传输与数据业务传输分离的方式，可以有效提高在无线衰落环境中的传输效率。

本发明中，所述的下行业务时隙有多个。对于以语音为主要业务的传统的第二代移动通信系统，由于话音业务的实时性要求和相对比较稳定的业务流量特征，不论是下行还是上行时隙，一般都设计为各个时隙在时间上长度相等。本发明考虑对无线系统的空中接口进行面向非对称数据业务的优化，根据业务突发性和非实时性的特点，以及蜂窝小区内不同地点的用户信道条件的不同，从提高信道编码效率、提高系统容量等角度出发，将各个下行业务时隙配置成占据不等长的时间段，为信道条件好或者所要求的服务品质高的用户分配较长的业务时隙，或者进一步分配多个时隙同时传输业务数据，以实现不同业务的需求。在业务时隙的分配方面，本方法采用TDMA的方式对数据业务进行优化，每一个业务时隙只能分配给一个用户。上行业务时隙的分配可以参照下行业务时隙的分配方法，也可以根据实际业务情况，将上行业务合并到上行控制时隙中发射，从而将上行业务时隙资源也分配用于下行业务的传输，满足不同上下行比例分配的要求。

对于高速移动用户或较长时间帧配置的情况，本发明采用分配多个同步时隙和多个控制时隙的方法保证高速用户的顺利接入、同步的保持以及控制信令的及时发送。在导频序列设计方面，现有TD-SCDMA系统中，每个下行业务时隙都有自己单独的中间导频码，用于完成业务信道的信道估计。这种设置对于一个时隙内有多个码分复用的用户更有好处。考虑到数据业务传输的特点，单个用户可能需要分配多个这样的等长时隙传输数据业务。为此本发明的优化方法是：在低速移动情况下，采用了独立的一个或多个公共导频时段，导频的发射与数据业务的调度分开，从而可以避免用于导频发射的资源的浪费。此外，在存在多个公共导频发射的情况下，单个业务时隙也可以利用相邻的多个公共导频执行更为准确的信道估计。在高速移动情况下，本发明则采用连续导频发射的方法，避免采用中间导频时，由于部分业务数据所对应的信道只能通过间接的信道估计方法得到，而导致频繁发生接收失败的情况。公共导频和连续导频可以设计为在整个时隙内采用同样的符号发射，也可以设计为固定的随机符号，实现不同小区的连续导频相互之间干扰的减小。

采用时分双工技术通过划分不同时间段的方法分别实现上行和下行的发射和接收。因此，基站在进行下行数据发射时不能接收任何用户的上行发射信号。为一个用户单独分配一个下行控制时隙用于发射下行控制信令，将不可避免地导致资源的浪费。本发明设置在同一个控制时隙内采用CDMA技术向多个用户同时发射控制信令，以防止上述资源浪费现象的发生。如前所述，本方法采用TDMA技术为不同用户分配业务时隙进行数据业务的传输，同时向多个用户发射控制信令使得部分用户的业务时隙与对应的控制时隙之间的时间间隔变长，这将影响信道测量的准确性，并进而影响信号接收的性能。由于在发射方通知接收方准备接收后需要接收方进行一些准备工作，因此本发明采用了在下行控制时隙和下行业务时隙之间安排上行控制时隙的方法，保证接收方有足够的时间准备接收的同时，也能充分利用时间资源进行信号的传输。上行控制时隙的设计原则为在尽可能满足下行接收准备的时间要求的前提下，尽可能缩短下行信道测量与下行业务数据传输之间的时间间隔，提高数据传输的效率。

由上述可知，采用本发明所述的方法与现有的主要为语音业务优化的通信方法相比，可以提高系统的吞吐量和提高频谱效率，降低运营成本。

附图说明

图1是本发明方法的实施例流程图；

图2是图1所述实施例采用的时间帧结构图；

图3是本发明另一个实施例采用的时间帧结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是本发明方法的实施例流程图。本发明首先要进行数据传输时间帧内的数据结构的划分，然后利用该数据结构进行业务数据的传输。具体说，在步骤1，在空中接口的一个时间帧内分配用于数据上行发射和下行发射的时间段；该步骤的目的是根据上、下行业务的特点，实现符合业务数据传输实际的上、下行比例设置。由于在业务数据的上、下行传输过程中需要同步等控制，因此步骤2在上行发射的时间段内，分配用于实现上行同步的上行同步时隙、用于传输上行信令的上行控制时隙，根据上行业务量分配用于传输数据业务的上行业务时隙，在实际中，如果由于上下行非对称情况很严重，上行业务量很少时，可以将上行业务与信令传输在一个时间段内通过码分复用，这时可以不分配上行业务时隙。本例中，所述上行同步时隙、上行控制时隙和上行业务时隙在时间上互相不重叠；所述上行同步时隙的个数根据用户的移动速度或同步实现精度要求分配一个同步时隙实现同步，实际中也可以分配多个同步时隙用于实现同步，如果上行同步时隙的个数为多个，则该多个上行同步时隙在时间上按照尽可能等时间间隔分布的原则分布设置，当然这里所说的“等时间间隔”并不是精确的，是指时间间隔大致相等；所述分配用于传输上行信令的上行控制时隙，为分配一个上行控制时隙，实际中也可以分配多个，本例中所述上行控制时隙用于传输部分低速数据业务，当然也可以不用。

步骤3在下行发射的时间段内，分配用于实现下行同步的下行同步时隙、用于传输下行信令的下行控制时隙，和多个用于传输数据业务的下行业务时隙，所述下行同步时隙、下行控制时隙、下行业务时隙在时间上互相不重叠。所述下行同步时隙的个数根据用户的移动速度或同步实现精度要求分配，根据具体情况可以分配一个也可以分配多个下行同步时隙用于实现下行同步，本例中为分配一个，如果下行同步时隙的个数为多个，则该多个下行同步时隙在时间上按照尽可能等时间间隔分布的原则分布设置，当然这里所说的“等时间间隔”也不是精确的，是指时间间隔大致相等。所述分配用于传输下行信令的下行控制时隙，为分配一个下行控制时隙，实际中也可以分配多个，本例中，所述下行控制时隙用于传输部分低速数据业务，实际中也可以不用。所述下行业务时隙的时间长度根据用户所能实现的最高数据传输率的分布或所提供的业务分配，上述所分配的业务为约定的服务品质或业务类型，按照这样的分配原则分配的下行业务时隙时间长度可能相等，例如对语音业务，下行业务时隙时间长度也可能不相等，例如对于高速数据业务。在步骤3中，下行控制时隙设置在下行业务时隙之前，在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙。所述在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙，为分配一个时间长度为所有用户设备实现一个传输参数或一个传输参数集估计所需要最短时间的上行时隙；也可以为分配一个时间长度为所有用户设备实现一个传输参数或一个传输参数集估计，以及完成上行信令传输所需的最短时间的上行时隙；还可以为分配一个时间长度为所有用户设备实现一个传输参数或一个传输参数集估计，并完成上行信令传输，以及完成上行业务传输所需的最短时间的上行时隙。

上述在一个时间帧内的上、下行发射顺序依次为下行发射，上行发射，下行业务时隙发射；其中上行发射时隙在满足下行信令接收基本条件的基础上按照分配尽可能短的时间段的原则进行分配；所述下行信令接收基本条件包括接收设备能够及时得到一个高速数据发射过程的传输格式信息。

在步骤4，基站对不同用户分配不同的业务时隙，具体分配时针对用户的无线传播信道情况以及为该用户所提供的业务的情况，将不同数目的下行业务时隙分配给不同的用户，也可以将不同时间长度或不同数目的下行业务时隙分配给不同的用户，其中为用户所提供的业务情况可以是约定的服务品质，或者是所提供业务的类型。同时，在每一个时间帧内，针对用户的无线传播信道条件以及为该用户提供的业务，执行调度算法，对分配给不同用户的时隙进行优化，并在下行控制时隙内将调度结果和传输参数发送给用户接收设备，用户接收设备在步骤3所述的上行时隙内对传输参数进行接收和处理。

基于上述步骤，在进行业务数据传输时，基站在步骤5发送给用户业务数据，用户利用下行业务时隙内进行对应的业务数据的接收。

在上述本发明的具体实施中，信道估计是这样实现的：在每一个下行业务时隙中发射导频信号实现信道估计。

需要说明，上述信道估计也可以通过在整个时隙中分配一个固定的扩频码发射导频信号实现。所述导频信号为采用一个固定符号的导频信号，也可以为采用约定符号序列的导频信号。

上述信道估计还可以这样实现：在不同下行业务时隙之间的导频信号的发射与下行业务时隙的信号的发射互相独立。

图2是图1所述实施例采用的时间帧结构图。图中所示的时间帧采用了TD-SCDMA的5ms子帧的配置。在这一时间帧中没有分配上行业务时隙，上行数据业务的发射采用CDMA的技术与上行信令共享第二个时隙(TS1)。第一个时隙(TS0)分配为下行控制时隙，专用于发射控制信令，同步时隙则采用TD-SCDMA的同样设置。下行业务时隙则有三个，分别是：TS2，TS3，TS4。三个时隙在时间长度上是不相等的，从而可以尽可能地根据小区内不同用户的信道条件情况以及所要求的服务品质进行数据业务的优化。在图2所示的时间帧中，分配了两个下行的公共导频时隙。导频符号可以是不同小区采用固定的不同的时间序列；或者是同样的符号，不同小区的导频信号乘以不同的扰码。导频符号也可以采用TD-SCDMA的中间导频的设置方法。设基本序列用[a₀，a₁，…，a_P-1]表示，P为序列的长度，而导频发射信号的长度设为M，M≥P。则第一个小区的导频发射信号可以为[a₀，a₁，…，a_P-1，…，a_M mod P]，其中，mod为取余运算。而相邻的第二个小区的导频发射信号则可以设置为[a_N，a_N+1，…，a_P-1，…，a_M+N mod P]，也就是说，与第一个小区的导频发射信号相位相差N个码片。N的选取规则为：N个码片周期必须大于两倍的小区最大时延扩展，例如，当小区内用户接收到的两径信号最大相差6个码片周期时，N的选取必须大于6×2＝12个码片。

在图2的公共导频设置下，最长的业务时隙TS3可以同时选择两个公共导频提供信道估计。分配到TS3的用户的接收设备可以根据设备的能力，选择任意一个公共导频做信道估计；也可以对两个公共导频计算得到的信道估计进行平均，作为信号接收的信道估计；也可以将两个信道估计结果分别用作前半段和后半段业务数据的信道估计；也可以根据两个信道估计结果通过插值计算等方法得到业务数据所对应信道的间接估计数值。上述方法的采用可以为具有不同计算能力的接收设备提供不同性能的信号接收。在图2的设置中，TS1可以采用与TD-SCDMA相同的时间长度，即0.675ms，上行业务也在该时隙中发射。在这一配置下，系统可以为用户提供最高速率的下行发射服务。依据这一配置的传输过程为：用户接收设备在TS1上行发射信道的测量结果；基站根据这一测量结果以及其他已知或估计的信息执行调度算法，分配各个业务时隙；基站将调度结果以及用户接收所需要的参数在下一个时间帧的TS0发射给用户；用户接收调度结果和参数，并进行数据业务的接收。对于用户接收设备而言，只要解调出业务数据发射的调制参数就可以进行信号的空中解调；同时，由于TS3和TS4的传输参数有充足的时间进行处理，因此TS1的时间长度设置只受TS2的传输参数解调时间的限制，即TS1的时间长度必须大于解调TS2传输参数所需要的时间。在这一限制下，用户最迟可以在信道质量测量结果上报的第二个时间帧内进行业务数据的接收，而且之间的时间延迟可以尽量缩短，从而有效地提高了传输的成功率和效率。

图3是本发明另一个实施例采用的时间帧结构图。在该实施例中，公共导频被连续导频代替。采用这一连续导频设置，每一个业务时隙的发射可以应用智能天线等技术，并且每一个业务数据所对应的信道都可以通过直接估计的方法得到，不必使用公共导频设置下的插值等间接估计方法，因此有利于对高速移动用户提供数据业务服务。连续导频符号可以采用相同的符号，比如全“1”的符号。

Claims

1、一种基于时分双工的无线通信方法，包括：

2、根据权利要求1所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：步骤(2)所述上行同步时隙、上行控制时隙和上行业务时隙在时间上互相不重叠；步骤(3)所述下行同步时隙、下行控制时隙、下行业务时隙在时间上互相不重叠。

3、根据权利要求2所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：步骤(2)所述上行同步时隙的个数根据用户的移动速度或同步实现精度要求分配，如果上行同步时隙的个数为多个，则该多个上行同步时隙按照等时间间隔分布设置。

4、根据权利要求3所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：步骤(3)所述下行同步时隙的个数根据用户的移动速度或同步实现精度要求分配，如果下行同步时隙的个数为多个，则该多个下行同步时隙按照等时间间隔分布设置。

5、根据权利要求4所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：步骤(2)所述分配用于传输上行信令的上行控制时隙，为分配一个以上的上行控制时隙，所述上行控制时隙部分用于传输低速数据业务。

6、根据权利要求5所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：步骤(3)所述分配用于传输下行信令的下行控制时隙，为分配一个以上的下行控制时隙，所述下行控制时隙部分用于传输低速数据业务。

7、根据权利要求6所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：步骤(3)所述多个下行业务时隙的时间长度根据用户所能实现的最高数据传输率的分布或所提供的业务分配，上述所分配的业务为约定的服务品质或业务类型。

8、根据权利要求7所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于所述方法还包括：在每一个下行业务时隙中，采用导频信号实现信道估计。

9、根据权利要求8所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：所述导频信号是通过在所述下行业务时隙的整个时隙中分配的一个固定的扩频码发射的。

10、根据权利要求7所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于所述方法还包括：在不同下行业务时隙之间发射导频信号，所述导频信号的发射与下行业务时隙信号的发射互相独立。

11、根据权利要求9所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：所述导频信号为采用一个固定符号的导频信号。

12、根据权利要求9所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：所述导频信号为采用约定符号序列的导频信号。

13、根据权利要求10、11、或12所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于：步骤(3)所述在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙，其中上行时隙在满足下行信令接收基本条件的基础上按照分配尽可能短的时间段的原则进行分配；所述下行信令接收基本条件包括接收设备能够及时得到一个高速数据发射过程的传输格式信息。

14、根据权利要求13所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于步骤(3)所述在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙，所述上行时隙的长度为所有用户设备能够实现一个传输参数或一个传输参数集估计所需要的最短时间。

15、根据权利要求13所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于步骤(3)所述在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙，所述上行时隙的长度为所有用户设备实现一个传输参数或一个传输参数集估计，以及完成上行信令传输所需的最短时间。

16、根据权利要求13所述的基于时分双工的无线通信方法，其特征在于步骤(3)所述在下行控制时隙与下行业务时隙之间分配一个上行时隙，所述上行时隙的长度为所有用户设备实现一个传输参数或一个传输参数集估计，并完成上行信令传输，以及完成上行业务传输所需的最短时间。