CN1385013A - 一种用于无线系统物理层的tdd成帧方法 - Google Patents

Abstract

一种用于无线系统物理层的时分双工成帧方法,其中每一个帧包含多个DPCH的短帧结构,并且至少包含一个CCPCH的短帧结构。每一个所述的DPCH的短帧结构可以被分配给上行链路或下行链路,并且包含多个时隙,所述的时隙的数目可以由一个LA码的脉冲数目所确定,所述时隙长度的变化随所述LA码的脉冲间隔而变化,同时每一个时隙可以由选定的正交扩频码进行调制。所述的CCPCH的短帧结构可以在偶/奇帧中被分配给下行链路,并且在奇/偶帧中被分配给上行链路。本发明方法可以大大降低相邻小区干扰(ACI),对扩频码数目的需求,以及在无线系统中对扩频码长度的需求。同时,它可以理想的支持移动IP业务。

Description

一种用于无线系统物理层的TDD成帧方法

技术领域

本发明一般涉及无线通信系统，其特别涉及提供一种用于时分双工(TDD)模式的帧结构的方法，其可在移动通信业务中，特别是在IP类业务中，提供较高的容量和性能。

背景技术

今天，移动通信已经成为影响我们生活方式的重要因素之一。可以预见，未来的通信网络将是“移动IP”网络。

就“移动”而言，关键是支持较高的频谱效率和较高的移动速率。而对“IP”而言，关键是支持不均匀的业务量、较高的吞吐量和较小的延迟。

我们已经知道，多址技术和双工技术是系统设计的关键技术。FDD FDMA被用于第1代系统中。FDD TDMA和FDD CDMA被用于第二代系统中。在被推荐的第3代系统中，FDD CDMA被用于UTRA FDD(或W-CDMA)和IS-2000二者之中，而TDDCDMA/TDMA被用于UTRA TDD和TD-SCDMA二者之中。从技术的角度看，将多址方案FDMA/CDMA/TDMA与TDD组合，能够支持“移动IP”业务。

众所周知，CDMA系统的容量受限于干扰。该干扰包括来自同一远程单元的多径信号之间的符号间干扰(ISI)，来自同一基站服务区中不同远程单元的信号之间的多址干扰(MAI)，和来自相邻基站及其服务的远程单元信号之间的相邻小区干扰(ACI)。

在现有的CDMA无线系统中，为了减少相邻小区干扰(ACI)，在某一时刻，不同相邻小区中的不同基站必须使用不同的扩频码。因此扩频码的码长必须很长以便提供足够的扩频码。这便大大地增加了系统的复杂度。

现有的CDMA无线系统使用导致非零干扰的伪随机扩频码。即便是使用给出零干扰的诸如沃尔什码的正交扩频码时，由于存在着来自同一远程单元的多径信号或来自不同远程单元的信号不同步，其正交特性会受到破坏，导致不同信号间的干扰。

在PCT申请，申请号为PCT/CN98/00151，发明人为李道本，发明名称为″一种扩频多址编码方法″中，揭示了一种称为大区域码(LA码)的编码方法，其中扩频地址码由一组归一化幅度、有极性的基本脉冲组成，基本脉冲的数目由下列这些实际因素确定：用户请求的数目、可用于脉冲压缩码的数目、可用于正交载波频率的数目、系统带宽和系统的最大传信率、这些基本脉冲在时间轴上的间隔是不同的，编码恰好利用了脉冲位置的差异和脉冲极性的不同。以下这种码将被称作LA码或LA-CDMA码，它们具有相同的含义。

表1表示一种基本的具有17个脉冲的LA-CDMA码，并具有对应的17个时隙序列及其不同的长度。

                               表1  基本的LA-CDMA码

时隙	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
																		TS长度	136	138	140	142	144	146	148	150	152	154	156	158	160	162	164	137	172
脉冲位置	0	136	274	414	556	700	846	994	1144	1296	1450	1606	1764	1924	2086	2250	2387

当放宽正交性的限制时，即采用使用了不完全正交码的准正交性以增加用户的数目。例如，考虑具有N个脉冲的LA码，因为N个基本间隔的顺序对其自相关和互相关函数没有影响，所以它可以是任意的。当同时利用具有不同基本间隔顺序的码组时，用户的数目将会极大的增加。

LA码的正交特性或者准正交特性可以作为一种减少相临服务区域或信道干扰的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于无线系统物理层的时分双工成帧方法。

本发明的另一个目的是提供一种时分双工成帧方法，其可以减少来自相邻基站和其服务的远程单元的信号之间的相邻小区干扰(ACI)。

本发明的目的和效果将被下列方法所实现：

一种用于无线系统物理层的时分双工成帧方法，其中，每一个帧包含着一种多元的DPCH的短帧结构和至少一个CCPCH的短帧结构。每一个所述的多元的DPCH短帧结构可以被分配给上行链路或者分配给下行链路并且包含着一种多元的时隙，所述时隙的数目可由一个LA码的脉冲数目所决定，所述时隙的长度随所述LA码的脉冲间隔的变化而变化。并且每一个时隙可以采用选定的正交扩频码进行调制。并且所述的CCPCH的短帧结构在偶/奇帧被分配给下行链路，而在奇/偶帧被分配给上链路。

所述LA码的位置排列可以被重组，并且所述时隙的排列也可以被相应的重组。

所述LA码的脉冲极性可以被变换，并且所述时隙的极性也可以被相应的变换。

来自不同相邻小区的不同基站将被分配不同的LA码以便减少相邻小区干扰，同时在相邻小区，相同的扩频码可以被分配。因此大大减少了对扩频码数目的要求，也减少了对扩频码长度的要求。同时，由于在每一帧中的每一个所述的多元的DPCH短帧结构可以被分配给上行链路或者下行链路，因此其理想的支持了不均匀业务量，较高的吞吐量和较小的迟延，即“移动IP业务”。

附图说明

编入并构成本说明书一部分的附图，说明了本发明的特定实施例，并且与规范一起用来解释，而非限定本发明的原理和效果。

图1为一个现有技术的UTRA TDD的帧结构，其在3GPP规范中定义。

图2为另一个现有技术的TD-SCDMA的帧结构，其在3GPP规范中定义。

图3为一个按照本发明较佳实施例的TDD帧结构。

图4说明了按照图3所示实施例的TDD无线帧的细节。

图5为按照本发明较佳实施例的DPCH短帧结构。

图6为按照本发明较佳实施例的CCPCH短帧结构的一种类型。

图7为按照本发明较佳实施例的CCPCH短帧结构的另一种类型。

具体实施方式

图1为UTRA TDD的帧结构，其在3GPP规范中定义。图2是TD-SCDMA的帧结构，其在3GPP规范中定义。而按照本发明的TDD帧可以被设计成与具有1.28Meps码片率的UTRA TDD相一致，其将与多重转换点具有相似的帧结构。

对于CDMA TDD的系统设计而言，帧结构是关键的因素之一。主要涉及的一些因素是容量、覆盖范围、灵活性和兼容性，下面将对其分别解释。

容量被干扰所抑制。这些干扰源的结果对系统性能和容量来说是一种负面的影响。为了减少这些干扰曾经尝试了很多方法。例如，在UTRA TDD和TD-SCDMA中，联合检测被用于减少符号间干扰(ISI)和多址干扰(MAI)，并且智能天线也被用于TD-SCDMA中以减少干扰。尽管这些技术可以花费系统复杂度来改进系统的性能，但是最大的问题是，由于系统设计的缺陷，上述所有干扰都不能被消除到理想的水平。

在CDMA TDD系统中，覆盖范围主要由收发之间的间隔长度来决定。较大的转换间隔支持较大的覆盖范围。但是，该间隔的长度与容量和频谱效率是相矛盾的。在UTRA TDD中，间隔非常的小以使适应微蜂窝小区或微微蜂窝小区的环境。在TD-SCDMA中，间隔大到足以支持大的小区的环境，但是因为间隔的长度被固定所以其不能有效支持较小的小区。

关于灵活性，其对于在TDD系统中支持灵活业务有高的要求，以便能够满足“移动IP”的应用。用于TDD系统的一个通常的办法是动态信道分配。但是，在类似于CDMA TDD系统的UTRA TDD中，因为存在着另外的干扰介入系统中，所以其不是十分有效，并且联合检测也不能很好的工作。

关于移动性，在传统的CDMA TDD系统中，快速闭环功率控制不能达到，因为功率控制速率被帧的长度所决定。不好的功率控制将导致系统性能的严重退化。并且较高的移动速度意味着快的信道衰落，这便期望用快的功率控制进行补偿。因此，其不能支持高速移动。这就是在UTRA TDD中的情况。在TD-SCDMA中，另一个限制高速移动的原因是智能天线。

关于兼容性，FDD和TDD通常被当作两个非常不同的系统，甚至在UTRAFDD和UTRA TDD之间也存在着基本的不同。但是，从技术的关点看，其所存在的共性越多越好，因为这样可以达到FDD和TDD之间的兼容性。

在发明人为李道本，申请号为PCT/CN00/00028，发明名称为“一种具有零相关窗的扩频多址编码方法”的PCT申请中，揭示了一种互补正交码，这里称为LS码。LS码具有“无干扰窗口”的特性，这也被称为“零相关窗口”特性。作为示例，考虑下列四个码长为8的LS码：

(C1，S1)＝(++-+，+---)

(C2，S2)＝(+++-，+-++)

(C3，S3)＝(-+++，--+-)

(C4，S4)＝(-+--，---+)

当两个码之间的时移在(包含首尾的)窗口[-1，+1]的范围内时，这些码中的任意两个的互相关为零，并且除了当没有时移时，这些码中的任意一个的自相关为零。因此，这四个码具有[-1，+1]的无干扰窗口。

同样地下列码长为16的LS码具有一个[-3，+3]的无干扰窗口：

(C1，S1)＝(++-++++-，+---+-++)

(C2，S2)＝(++-+---+，+----+--)

(C3，S3)＝(+++-++-+，+-+++---)

(C4，S4)＝(+++---+-，+-++-+++)

如果我们仅仅考虑(C1，S1)和(C2，S2)，他们具有一个[-7，+7]的无干扰窗口。因此当远程单元向基站传送利用了具有[-n，+n]的无干扰窗口的一组LS码所调制的信号时，只要这些信号彼此在n个码片内到达接收基站，这些信号就不会彼此干扰。当来自同一远程单元的多径信号和来自不同远程单元的信号在无干扰窗口内到达时，这消除了符号间干扰和多址干扰。

作为本发明的第一个较佳实施例，所述的被选定的正交扩频码可以是LS码。并且这种成帧方法，帧，或由LA码和LS码在TDD模式下复合而成的系统，在以下都将被称作LAS-CDMA TDD模式。

在上述的本发明的较佳实施例中，对于零相关窗口，即相关值为零的时间窗口内的所有信号，ISI和MAI可以降低为零，同时ACI可以降低到临界水平。只要来自同一远程单元的多径信号和来自多个远程单元的信号在零相关窗口内同步，ISI和MAI可以降低为零。因此，利用LSA-CDMA技术，可以理想地实现高系统性能和容量。

按照本发明的LSA-CDMA TDD模式的较佳实施例，所有信号将通过双向同步而被保存在一个“无干扰”时间窗口中。并且在此较佳实施例中快速能量控制是不需要的，仅采用慢速能量控制来保存移动站的能量。因此，高移动速度可以很容易的达到。

关于灵活性，按照本发明LAS-CDMA TDD模式的较佳实施例中，FDMA/TDMA/CDMA复合多址方案可以被采用。发射/接收是基于“子帧(时隙)—码—频率”的单元。数据单元的模块性可以被采用以便能够支持数据速率的变化，特别是分组数据。在一个帧中，由于上行链路和下行链路的转换点可以被机动的分配，并且所有子帧(时隙)可以被机动的分配给上行链路或下行链路，所有其可以支持IP类型的不均匀业务量。因此高灵活性可以很容易的达到。

更可取的，所述LS码以一个LS帧的形式填入所述的时隙，它具有特定的长度并进一步包括用于填充C码的C成分和用于填充S码的S成分，其中LS码的C码和S码分别填入所述所C成分和S成分。

最好，当所述已分配的LS码的长度短于所述C成分加上所述S成分的长度，多个LS码可以用于填充所述LS帧的所述C成分和所述S成分。

最好，可以将TDD的收发转换间隔被插入到连续的短帧结构之中。作为本发明的第二个较佳实施例，在每一个短帧结构中的最后几个时隙或符号可以被设为空或穿孔，这样所述的间隔可以被扩大以便支持较大的覆盖率。因此，按照本较佳实施例的帧结构可以提供动态覆盖区域的可行性，即，系统可以被灵活的修改以便能够适应不同的覆盖区域。其可以支持微微蜂窝小区，微蜂窝小区和宏蜂窝小区等方案。

本发明第三个较佳实施例的帧结构由图3示出。其中，10ms无线帧，5子帧(SF)将是有效的，并且每一个子帧可以被分配给上行链路或下行链路。每一个子帧的长度将依赖于映射到这一子帧的传输信道的类型。

在图4中，示出了上述无线帧的细节。每一子帧可以被分配给上行链路或下行链路。两个10ms的无线帧被考虑。在第2K个帧中，BSCH被映射到第一个子帧，同时将被用于下行链路的同步和传播。在第2K+1个帧中，ACH被映射到第一个子帧，同时将被用于下行链路的随机接入和同步。每一个帧中剩余的4个子帧可以被用于DCH而传送上行链路业务量或者下行链路业务量。

在发射和接收之间转换的TDD的间隔依赖于映射到该子帧的传输信道的类型。间隔的长度被用于TDD在发射和接收之间的转换以及定时调节。

考虑到例子中的通常情况：对于DCH，间隔的长度是36Tc＝28.1μS，对于BSCH，间隔长度是41Tc＝32.0μS。对于ACH，间隔长度是44Tc＝34.3μS。因此当转换点被灵活的分配时，最大的覆盖范围(或小区半径)将为4.2km。

为了支持较大的覆范围，一个简单的方法是在BSCH、ACH或DCH的每一个子帧中的最后一个时隙可以被设为空值或穿孔，这样的间隔可以被扩大并且可以增大容忍往返路程传播时延。但是，最大覆盖范围也将由ACH的窗口宽度来决定。

被DCH所映射的DPCH(专用物理信道)的短帧结构是基于具有LA码(17，136，2559)的复合LA/LS码。它在图5中被示出。每一个子帧被一个码长为2559Tc(见表1)的LA码所填充。对于一个LA码来说共有17个脉冲，并且每一个脉冲被LS码所替代。所以在一个子帧中有17个时隙(TS)。最后36Tc间隔被用于TDD的转换间隔。作为默认值，每一个子帧的第一个时隙(TS)总是被用于导频。为了支持高速移动，多个导频符号可以被嵌入到子帧中。剩下的16个时隙被用于数据传输。其中有效的LS扩频码的每一个时隙依赖于数据速率，传播环境等等。为了支持不同的数据速率，在一个时隙中可以采用多个LS码对。用这种TDMA/CDMA方案，在LAS-CDMA TDD模式中，不同的数据速率可以被很容易的支持。

CCPCH(公共控制物理信道)的短帧结构包含二种类型。类型1被用于BSCH映射，而类型2被用于ACH映射。在图6中示出了类型1短帧结构。在图7中示出了类型2短帧结构。

BSCH被映射到类型1短帧的CCPCH，在这里41Tc间隔被用于发射和接收之间的TDD转换。有总共87个符号被发射，并且第1个符号对于DQPSK来说是参考符号。所以BSCH的数据速率是8.6kbps。

如图4所示，BSCH被映射到第2k个帧的第1个子帧。并且基站(BS)将以充分的能量水平全方位的发射它。

为了支持较大的覆盖率，最后2个字符可以被省略或穿孔，这样间隔可以被扩大。

ACH被映射到类型2短帧的CCPCH，在这里52Tc间隔被用于发射和接收之间的TDD转换，并且16Tc间隔被用于ACH和DCH之间的防护期间。有总共13个有效的地址间隙，并且有总共650个有效的地址间隙在1秒内。

如图4所示，ACH被映射到第2k+1个帧的第1个子帧。并且移动站(MS)将以最高能量水平发射它。

当f＝2GH_Z，λ＝0.15m时，每一个地址间隙被设计为支持上行链路同步，其中一个小区的半径r₀为： $r_0=\frac{3\×{10}^5\mathrm{km}/s\×48}{1.28\mathrm{MHz}}=11.25\mathrm{km}$

按照本发明的进一步的较佳实施例，利用本发明的成帧方法揭示出了一种下行链路发射信息的方法和一种上行链路发射信息的方法。

下行链路发射控制和用户信息方法由广播和同步信道(BSCH)信息发射以及控制和用户信息发射组成。

其中，广播和同步信道(BSCH)信息发射包括：

将下行链路广播和同步信道信息复用并编码进入一个数据流；

将数据流划分为超帧和帧；

选定偶/奇帧中的第1个子帧以便广播和同步信息的发射；

按照BSCH的短帧结构将BSCH信息映射到这个子帧；

其中，控制和用户信息发射包括：

按照对相应用户的实时多径迟延的测量，确定无干扰窗口宽度的需求；

按照对相应用户的实时多谱勒或移动速度的测量，确定每一个子帧中导频符号数目的需求；

按照具有帧结构的业务的特性，确定收发之间的转换点，这也许是单个转换点，或者是多个转换点；

按照覆盖范围的需求，确定收发之间的间隔长度，并且该长度可以通过具有DPCH或CCPCH短帧结构的相应子帧中的符号穿孔进行调节；

按照具有DPCH短帧结构容量的业务数据速率，确定子帧数目的需求；

将用户信息划分为不同的子帧；

将用户信息映射到有效的子帧。

一种采用本发明成帧方法的上行链路控制和用户信息发射方法由随机接入信息(ACH)信息发射以及控制和用户信息发射组成。

其中，随机接入信息(ACH)信息发射包括：

多路复用和上行链路随机接入信道信息编码进入一个数据流；

将数据流划分为超级帧和帧；

选定奇/偶帧中的第1个子帧以便上行链路随机地址信息的发射；

按照ACH短帧结构，将ACH信息映射到这个子帧；

其中，控制和用户信息发射包括：

按照对相应用户的实时多径迟延的测量，确定无干扰窗口宽度的需求；

按照对相应用户的实时多谱勒或移动速度的测量，确定每一个子帧中先导码数目的需求；

按照具有帧结构的业务的特性，确定发射端和接收端之间的转换点，这也许是单个转换点，或者是多个转换点；

按照覆盖率的需求，确定发射端和接收端之间的间隔长度，并且该长度可以通过具有DPCH或CCPCH短帧结构的相应子帧中的符号穿孔进行调节；

按照具有DPCH短帧结构容量的业务数据速率，确定子帧数目的需求；

将用户信息划分为不同的子帧；

将用户信息映射到有效的子帧。

对本领域技术人员来说对本发明的方法可以作出各种改变是显而易见的，不会背离本发明的范围和精神。本发明将覆盖落入所述权利要求及其等同物的系统和方法的改变和变化。此外，本发明覆盖本发明系统和方法的当前的和新的申请。

Claims (12)

1.一种用于无线系统物理层的时分双工成帧方法，其中，每一个帧包括：

多个DPCH的短帧结构，其每一个可以被分配给上行链路或者分配给下行链路并且包含着多个时隙，所述时隙的数目可由一个LA码的脉冲数目所决定，所述时隙长度的变化随所述LA码的脉冲间隔而变化，同时每一时隙可以被选定的正交扩频码进行调制，并且

至少一个CCPCH的短帧结构，其在偶/奇帧被分配给下行链路，而在奇/偶帧被分配给上链路。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述LA码的位置排列可以被重组，并且所述时隙的排列也可以被相应的重组。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述LA码的脉冲极性可以被变换，并且所述时隙的极性也可以被相应的变换。

4.根据权利要求1所述的方法，其中被选定的正交扩频码是LS码。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述LS码以一个LS帧的形式填入所述的时隙，它具有特定的长度并进一步包括用于C码的C成分和用于S码的S成分，其中LS码的C码和S码分别填入所述的C成分和S成分。

6.根据权利要求4所述的方法，其中当所述已分配的LS码的长度短于所述C成分加上所述S成分的长度，多个LS码可以用于填充所述LS帧的所述C成分和所述S成分。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在发射和接收之间进行转换的TDD的一个间隔被插入到连续的短帧结构之中。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在每一个短帧结构中的最后几个时隙或符号可以被保存为空值，这样所述的间隔可以被扩大以便支持较大的覆盖范围。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述的帧是10ms的长度，并且所述的LA码包括具有最小间隔136码片的17个脉冲间隔。

10.根据权利要求1或4所述的方法，其中所述的CCPCH短帧结构，在BSCH包括符号的极性时分配到下行链路，在ACH包括地址时隙的极性时分配到上行链路。

11.一种利用权利要求1或4成帧方法的下行链路信息发射方法，这里所述的CCPCH短帧结构，用于下行BSCH的多个符号，BSCH信息发射，以及控制和用户信息发射的步骤包括，其中：

所述的BSCH信息发射包括的步骤为：

将下行链路广播和同步信道信息复用并编码进入一个数据流；

将数据流划分为超帧和帧；

选定偶/奇帧中的第1个子帧以便广播和同步信息的发射；并且

按照BSCH的短帧结构将广播和同步信息映射到这个子帧；

所述的控制和用户信息发射包括的步骤为：

按照对相应用户的实时多径迟延的测量，确定无干扰窗口宽度的需求；

按照对相应用户的实时多谱勒或移动速度的测量，确定每一个子帧中导频符号数目的需求；

按照具有帧结构的业务的特性，确定收发之间的转换点，这也许是单个转换点，或者是多个转换点；

按照覆盖范围的需求，确定收发之间的间隔长度，并且该长度可以通过具有DPCH或CCPCH短帧结构的相应子帧中的符号穿孔进行调节；

按照具有DPCH短帧结构容量的业务数据速率，确定子帧数目的需求；

将用户信息划分为不同的子帧；

并且，将用户信息映射到有效的子帧。

12.一种利用权利要求1或4成帧方法的上行链路信息发射方法，这里所述的CCPCH短帧结构，用于上行ACH的多个接入时隙，ACH信息发射，以及控制和用户信息发射包括的步骤为，其中：

所述的ACH信息发射包括的步骤为：

将上行链路随机接入信道信息复用并编码进入一个数据流；

将数据流划分为超帧和帧；

选定奇/偶帧中的第1个子帧以便上行链路随机接入信息的发射；并且

按照ACH短帧结构，将随机接入信息映射到这个子帧；

所述的控制和用户信息发射包括的步骤为：

按照对相应用户的实时多径迟延的测量，确定无干扰窗口宽度的需求；

按照对相应用户的实时多谱勒或移动速度的测量，确定每一个子帧中导频数目的需求；

按照具有帧结构的业务的特性，确定收发之间的转换点，这也许是单个转换点，或者是多个转换点；

按照覆盖范围的需求，确定收发之间的间隔长度，并且该长度可以通过具有DPCH或CCPCH短帧结构的相应子帧中的符号穿孔进行调节；

按照具有DPCH短帧结构容量的业务数据速率，确定子帧数目的需求；

将用户信息划分为不同的子帧；

并且，将用户信息映射到有效的子帧。

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