CN1497881B

CN1497881B - 一种时分双工移动通信系统的数据传输方法

Info

Publication number: CN1497881B
Application number: CN 03121345
Authority: CN
Inventors: 陈月华; 周雷; 胡灏; 马莎; 陈德
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: CN1497881A

Abstract

本发明公开了一种时分双工(TDD)移动通信系统的数据传输方法，用于时分双工(TDD)移动通信系统的用户终端与网络侧之间高速数据业务传输，该方法为：在系统中，设定固定数目物理层子帧对应的传输时段为一个传输周期，并在每个子帧内按固定比例设置传输上、下行信息的时隙资源；在传输用户数据过程中，网络侧将所有下行公共控制信息集中在每个传输周期的固定时段，利用该固定时段内所有子帧的全部下行时隙资源的数据部分传输。本发明方法在TDD技术的基础上，实现了高速，高效和高质量的数据业务，能够满足未来的通信发展需要。

Description

一种时分双工移动通信系统的数据传输方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统的数据传输技术，特别涉及一种时分双工(TDD)移动通信系统的数据传输方法。

背景技术

无线移动通信系统从频分多址(FDMA)的模拟通信系统发展到现在的第三代移动通信系统，支持的业务从单纯的话音业务发展到现在的数据和话音的混和业务，直至高速的数据业务。人们对通信系统的要求是越来越高，而且已经不满足于通过家里的计算机接入网络了，而是希望实现在任何地点都能够接受到诸如发送电子邮件，进行网络浏览等数据业务。因此，通信系统的发展也逐渐由单纯服务话音的系统向支持高速数据的系统发展。第三代移动通信标准中，有的标准采用了TDD系统，TDD系统的特点是上行和下行同处于一个频段，不需要成对的频率，因此频谱利用率高，上下行资源的相关性大，这些相对于频分双工(FDD)系统都是具有很大优势的。

TDD系统的物理层帧结构参见图1、图2，图1为现有技术TDD系统物理层帧结构示意图，图2为现有技术子帧时隙分配结构示意图。TDD系统物理层帧采用三层结构：无线帧、子帧、时隙。每个无线帧帧长为10ms，其包含两个帧长为5ms的子帧；每个子帧包含时隙0-时隙6共七个时隙，同时，如斜线填充部分所示，在时隙0和时隙1之间包含三个特殊时隙：下行导频时隙(DwPTS)、保护时隙(GP)和上行导频时隙(UpPTS)，其中下行导频时隙和上行导频时隙是用于同步的。

TDD系统的物理层帧中，时隙0固定分配为下行时隙，时隙1固定分配给上行时隙，其他上下行时隙的分配可以采用对称和不对称两种方式，即上下行时隙可以动态分配，图2中是将时隙2-时隙6全部分配为下行时隙。下行时隙和上行时隙的物理信道结构是一样的，都是一个突发。一个突发在一个时隙内传输。每个突发的结构如图6所示，其中包含数据部分1、间断导频部分、数据部分2。

在下行突发中，在间断导频部分、数据部分2之间还包括功率控制信息(TPC)，同步调整信息(SS)等上行发射的控制信息。功率控制信息和同步调整信息等需要从该用户的业务时隙资源中挖出一部分用于这些信令的传输，即它们要占用用户数据资源的一部分，并与数据一起进行扩频和调制。

此外，上行时隙的TPC位置与下行时隙的TPC位置是相同的。

下行时隙采用扩频因子为16。一个用户只占用一个或是多个码道，各用户在一个时隙内是码分复用。上行采用的扩频因子为1，2，4，8和16，各用户在同一时隙内也是码分复用。一个时隙内的一个物理信道就是一个突发。一个发射机可以同时发射几个突发，在这种情况下，几个突发的数据部分必须使用不同扩频码。

在TDD系统中，通过时域和码域来共同区分不同的用户信号。即用户之间的区别是使用本身用户数据的扩频码。

TDD模式下的无线帧的分配可以是连续的，即每一帧的时隙都可以分配给物理信道，也可以是不连续的分配，即仅有部分无线帧中的时隙分配给物理信道。

在TDD系统中，公共控制信息大都通过第0个时隙的第0和第1个码道下发。

上行和下行资源都是有系统临时分配给用户使用的，而且在通信过程中，所分配的资源不发生变化，在通信结束时，用户将所占用的资源释放。

综上所述，TDD的物理层结构特点主要包括：

1、上行和下行时隙的分配是动态的；

2、用户通信资源之间的共享关系是时分加码分，多用户在某时隙内是码分的关系；

3、广播信息在每个子帧的固定时隙传输；

4、功率控制信息，同步调整信息等上行控制资源使用的是用户的数据资源；

5、在用户的通信过程中，系统给用户所分配的资源不发生变化。

根据上面的描述，可以看出TDD系统的特点对于话音业务是很好的。但是如果同时传输数据业务和话音业务则会发生互相影响的情况：因为数据和话音的服务质量(QoS)是很不相同的，话音业务的实时性很强，但是对误码率要求并不高；而对于数据业务这一非实时业务，则是对误码率的要求很高。为了达到这一点，不得不对两者作一种折中，例如，在TDD中采用如下方法进行数据传输：

设立一个专门的传输信道高速下行共享信道(HS-DSCH)用于传输高速的数据业务。这个信道是共享信道。网络侧在给一个用户发送数据时，可以使用多个这样的HS-DSCH信道，而这些信道是可以在多个时隙中的任意码。而且，与HS-DSCH信道相对应有一个高速共享控制信道(HS-SCCH)用于通知用户后面所发的HS-DSCH信道是给哪个用户的。

然而，上述方法额外需要一个控制信道来传输给用户的控制信息，这些信道必须要求较高的传输质量，这种要求对系统造成了信号传输距离受限等问题。而且在传输数据过程中，还必须保证话音的传输质量，不同传输质量要求导致了系统工作能力受到限制。且这种方法并不能使用户对数据和话音的传输效率满意。由于用户对数据业务的不断增强使得对通信系统的要求越来越高，而数据业务是今后通信业务发展的必然方向，因此必须想办法满足用户对数据业务的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种时分双工(TDD)移动通信系统的数据传输方法，在TDD技术的基础上，实现高速，高效和高质量的数据业务，满足未来的通信发展需要。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种时分双工(TDD)移动通信系统的数据传输方法，用于时分双工(TDD)移动通信系统中的用户终端和网络侧之间高速数据业务传输，该方法为：

在系统中，设定固定数目物理层子帧对应的传输时段为一个传输周期，并在每个子帧内按固定比例设置传输上、下行信息的时隙资源；

在传输用户数据过程中，网络侧将所有下行公共控制信息集中在每个传输周期的固定时段，利用该固定时段内所有子帧的全部下行时隙资源的数据部分传输。

该方法可以进一步包括：在传输用户终端业务信息的子帧中，将每个子帧的全部下行业务时隙资源都分配给一个用户终端。

该方法可以进一步包括：设定每个子帧中的时隙1、时隙2、时隙3固定传输上行信息；且每个子帧中的时隙0、时隙4、时隙5和时隙6固定传输下行信息。

用户终端可以进一步通过接收到子帧的下行时隙资源获得：包含单个用户终端业务数据或公共控制信息的下行数据、间断导频序列、以及网络侧用于调整每个用户终端在传输上行信息时所需的上行链路控制信息，该三部分信息在同一子帧内时分复用。

用户终端可以根据获得的间断导频序列测量信道状况得出下行能够传输的数据速率。

该方法可以进一步包括：用户终端通过检测每个子帧的下行数据包前的前置序列，来区分用户终端业务数据和公共控制信息，以及区分不同用户终端的业务数据。

用户终端可以进一步通过获得的上行链路控制信息，得到反向功率控制信息和上行同步调整信息；根据该反向功率控制信息的功率和上行同步调整信息指示的时间，用户终端通过子帧的上行时隙资源向网络侧传输下行传输需要的数据速率指令。

用户终端可以进一步通过获得的上行链路控制信息，得到上行业务时隙资源的分配情况；用户终端根据该上行业务时隙资源的分配情况得到可以使用的上行业务时隙资源。

该方法可以进一步包括：用户终端在时隙1向网络侧传输上行传输控制信息，在时隙2和时隙3向网络侧传输用户的上行传输业务数据。

用户终端可以在传输上行传输控制信息时，进一步传输包含下行传输数据速率指令的下行数据速率控制信息和上行资源请示信息；在数据传输过程中用户终端根据当前数据速率、用户待传的数据量大小和用户终端可以支持的最大速率向网络侧传输上行传输控制信息，网络侧根据该上行传输控制信息及当前各用户的数据速率，上行时隙资源使用情况和自身的负载情况，对每个用户终端可以使用的上行业务时隙资源进行自适应调整。其中，所述下行数据速率控制信息是用户终端通过测量一个或是一个以上子帧的信道质量获得。

用户终端在传输上行传输控制信息时，可以进一步在接收到数据包后向网络侧传输指示下行数据包传输正确性的确认信息。

所述用于传输上行传输业务数据的时隙资源可以在一个以上用户之间时分复用或码分复用。

所述用于传输上行传输控制信息的时隙资源可以在一个以上用户之间码分复用。

该方法可以进一步包括在数据传输过程中，网络侧对接收的上行传输控制信息采用联合检测技术进行解调。

所述下行公共控制信息可以包括小区广播信息、用户寻呼信息和用户前向接入信息。

由本发明的技术方案可见，本发明的这种TDD移动通信系统的数据传输方法，只需要对帧结构的上、下行时隙进行固定分配及进行相应的处理，不需要额外增加控制信道，即可在TDD技术的基础上，实现高速，高效和高质量的数据业务，能够满足未来的通信发展需要。

附图说明

图1为现有技术TDD系统物理层帧结构示意图；

图2为现有技术子帧时隙分配结构示意图；

图3为本发明一个较佳实施例的传输周期示意图；

图4为图3所示实施例的子帧时隙分配结构示意图；

图5为图3所示实施例的子帧结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的数据传输方法，用于TDD移动通信系统的纯数据业务，该方法不需要改变现有的用户终端和网络侧接收和发送所述子帧的方法，只需要对子帧结构的上、下行时隙进行固定分配及进行相应的处理即可实现。

参见图3，图3为本发明一个较佳实施例的传输周期示意图。本实施例中根据数据业务传输质量要求，将128个TDD移动通信系统物理层数据帧的子帧设置为一个传输周期，网络侧通过该传输周期内的最后8个子帧集中传输下行控制信息。

在本发明图3所述的传输周期中，上行资源和下行资源时分复用该帧，并且上、下行资源中时隙的分配比例固定。原因是在通信系统中，从统计概率的角度出发，上行和下行业务量比例是相对来说比较固定的。因此固定分配上、下行资源，减小了上、下行资源分配的过程，同时减小了于扰。

参见图4，图4为图3所示实施例的子帧时隙分配结构示意图。如图4所示，本实施例中每个子帧中的上、下行资源按如下比例固定分配：时隙1、时隙2、时隙3固定传输上行资源；时隙0、时隙4、时隙5和时隙6固定传输下行资源。在传输用户数据过程中，该子帧内所有的下行资源分配给同一个用户终端；在传输下行控制信息时，则用全部下行资源传输下行控制信息。上行资源时隙1设置为上行传输控制部分，时隙2和时隙3设置为上行传输业务部分；用户终端在时隙1向网络侧传输上行传输控制信息，在时隙2和时隙3向网络侧传输用户的上行传输业务信息。

参见图5，图5为图3所示实施例的子帧结构示意图。在上述下行资源中的每个时隙还包含了下行数据(Data)部分、上行链路控制部分(ULC)、间断导频序列(Mid)，这三部分在一帧内时分复用。其中下行数据部分可以实现用户业务数据和公共控制信息的传输，它们之间在子帧间时分复用。本发明采用了Turbo码进行数据传输，Turbo码是一种反复卷积码，其数据块在1k到4k间的性能最优，为了充分发挥Turbo码的优势，需要找到合适的数据块长度，所以只有把一个子帧内的所有业务时隙都分配给一个用户终端，针对某一个用户增大了下行发送功率，同时消除对其它用户的干扰。ULC包含网络侧调整用户终端上行数据传输的控制信息，各用户终端之间码分ULC。用户终端通过获得的Mid序列测量信道状况，来实现对信道状况的估计，并得出下行能够传输的数据速率。Mid序列与Data的时分复用也减少了对Data的干扰。

本实施例中，在以上所述的每个子帧中时隙4的下行数据块前附加了一个前置序列，用户终端根据该前置序列，来区分用户终端业务数据和公共控制信息，以及区分不同用户终端业务数据。当然，依照本发明，前置序列也可以设置在其他下行时隙中，例如：时隙1中。这样做的好处是：不需要另外的信令来通知某用户是否有它的信息，因为要达到正确地通知用户需要付出较大的代价，从而会影响用户业务数据的传输。

同时，上述下行资源中的ULC不但包含了反向功率控制信息(TPC)和上行同步调整信息(SS)；而且，ULC中还包括上行资源分配信令。用户终端根据该TPC调整发射功率和根据SS调整发送时间，通过子帧的上行资源向网络侧传输下行传输的数据速率指令。TPC和SS都是用来控制用户设备的上行发射条件的。如图5所示，本实施例下行资源的每个时隙中包含了两个ULC部分，一个ULC可以用于TPC，另一个可以用于传输SS，这样可以防止资源不够用。用户终端通过上行资源分配信令得到上行业务资源的分配情况；且根据该分配信令得到可以使用的上行业务资源。这样，可以实现上行业务资源的动态分配，从而实现资源的有效利用。上述ULC与子帧内Data时分复用，这样就减小了对业务数据的干扰，而且可以使用较高的发射功率，从而提高数据传输的质量。

为了便于用户终端找到包括用户需要使用的小区广播、寻呼和接入等信息的公共控制信息，可以是从固定位置开始的连续多帧发送上述信息，或是固定间隔的帧发送上述信息，本实施例在最后8帧发送公共控制信息。如果单拿出一个时隙来传广播信道(BCH)、前向接入信道(FACH)等信道，并且多用户共享该时隙，则由于这些信道的接收要求不太一样，用户多造成的码间干扰加大，从而使得处于小区边沿或是信道质量较差的用户无法得到必要的控制信息，使得系统的效率降低。所以本实施例采取了在固定的位置发送公共控制信息的方法。

如图5所示，本实施例中，上行资源时隙1设置为上行传输控制部分，时隙2和时隙3设置为上行传输业务部分；在时隙1中传输的上行传输控制信息可以包含下行传输的数据速率指令的下行数据速率控制信息和上行资源请示信息；在数据传输过程中用户终端根据当前数据速率和上行资源情况通过时隙1向网络侧传输上行传输控制信息，网络侧根据该上行传输控制信息及当前数据速率和上行资源情况，进行上行业务资源的自适应调整。因为本系统是链路自适应的，用户必须传输相关信息给网络侧，因此该下行数据速率控制信息是必不可少的。使用上行资源请示信息为了使上行资源得到充分利用，用户必须向网络侧报告相关的信息。

在时隙1传输上行传输控制信息时，还可以在时隙1向网络侧传输的下行数据块确认信息(ACK)，指示下行数据包传输的正确性。整个数据从网络侧到用户的传输，到用户判断数据传输正确与否，到用户反馈判断结果是一个完整的过程。为了实现可靠的数据传输，对传错的数据块进行重传是实现高传输质量所必须的。因此对有数据块传输的用户来说，为ACK信息保留传输位置是必须的。上行传输控制信息在时隙1内，各用户需要码分复用。在数据传输过程中，网络侧对接收的上行传输控制信息采用联合检测技术进行解调。联合检测技术是指对于复用在同一时隙上的多个用户终端的数据，它们之间具有相关性，所以并不将其他用户终端数据简单地丢弃掉，而是一起解调，然后选出其中所需用户终端的数据。这样可以保证传输质量。

另外，时隙2、时隙3中的上行传输业务信息可以在多用户之间时分复用或码分复用；时隙1中的上行传输控制信息可以在多用户之间码分复用。时隙2、时隙3中的上行数据传输资源可以是码分复用，时隙1中的上行控制信息中的上行资源请求指令，不但提供了用户动态上行速率实现的可能性，而且充分利用了上行资源。

用户终端(UE)和网络侧之间利用图4所示的子帧结构进行数据传输的过程为：

1、UE在接收到一帧后，根据从本帧或是其它多帧中得到的Mid间断导频序列测量信道状况，并得出下行可以传输的数据速率(DR)。

2、UE接收到ULC中的TPC和SS后，按照TPC指示的功率调整量和SS指示的时间发送DR指令给网络侧。

3、网络侧接收到该DR指令，进行调度，并在用户数据包前附加前置导频序列后，在图4所示的Data部分，下发该UE的数据包。

4、UE接收到该数据包后，进行CRC校验，看数据是否正确，如果正确，则在上行控制时隙发送ACK信令，否则发送NACK信令。

5、网络侧接收到ACK信令后，将调度另一个新数据包给该UE，如果接收到NACK信令，则重传出错的数据包。

6、如果UE有上行数据传输，则在上行业务时隙传输数据，如果UE发现网络侧传输的数据速率低于自己的期望值，则该用户就会通过上行控制信息传送上行资源请求指示，告知网络侧它有更高的速率要求。

7、网络侧接收到该上行资源请求信令后，就会根据本小区所有用户的上行业务状况及信道情况，在ULC域指示用户是否获得了所要求的上行资源。

8、当系统有广播信息和用户控制信息需要传输时，可以在一定周期内，比如是640ms为一个周期，即本实施例中的128个帧长内传输一次公共控制信息。其中传输公共控制信息的时长为连续40ms的下行资源，即8个5ms的帧长。

由上述的实施例可见，本发明的这种TDD移动通信系统的数据传输方法，只需要对帧结构的上、下行时隙进行固定分配及进行相应的处理，不需要额外增加控制信道，即可在TDD技术的基础上，实现高速，高效和高质量的数据业务，能够满足未来的通信发展需要。

Claims

1.一种时分双工(TDD)移动通信系统的数据传输方法，用于时分双工(TDD)移动通信系统中的用户终端和网络侧之间高速数据业务传输，其特征在于，该方法为：

在系统中，设定固定数目物理层子帧对应的传输时段为一个传输周期，并在每个子帧内按固定比例设置传输上、下行信息的时隙资源，其中，每个子帧中的时隙1、时隙2、时隙3固定传输上行信息，每个子帧中的时隙0、时隙4、时隙5和时隙6固定传输下行信息；

2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该方法进一步包括：在传输用户终端业务信息的子帧中，将每个子帧的全部下行业务时隙资源都分配给一个用户终端。

3.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：用户终端进一步通过接收到子帧的下行时隙资源获得：包含单个用户终端业务数据或公共控制信息的下行数据、间断导频序列、以及网络侧用于调整每个用户终端在传输上行信息时所需的上行链路控制信息，该三部分信息在同一子帧内时分复用。

4.如权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于：用户终端根据获得的间断导频序列测量信道状况得出下行能够传输的数据速率。

5.如权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于，该方法进一步包括：用户终端通过检测每个子帧的下行数据包前的前置序列，来区分用户终端业务数据和公共控制信息，以及区分不同用户终端的业务数据。

6.如权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于：用户终端进一步通过获得的上行链路控制信息，得到反向功率控制信息和上行同步调整信息；根据该反向功率控制信息的功率和上行同步调整信息指示的时间，用户终端通过子帧的上行时隙资源向网络侧传输下行传输需要的数据速率指令。

7.如权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于：用户终端进一步通过获得的上行链路控制信息，得到上行业务时隙资源的分配情况；用户终端根据该上行业务时隙资源的分配情况得到可以使用的上行业务时隙资源。

8.如权利要求1所述的数据传输方法其特征在于，该方法进一步包括：用户终端在时隙1向网络侧传输上行传输控制信息，在时隙2和时隙3向网络侧传输用户的上行传输业务数据。

9.如权利要求8所述的数据传输方法，其特征在于：用户终端在传输上行传输控制信息时，进一步传输包含下行传输数据速率指令的下行数据速率控制信息和上行资源请示信息；在数据传输过程中用户终端根据当前数据速率、用户待传的数据量大小和用户终端可以支持的最大速率向网络侧传输上行传输控制信息，网络侧根据该上行传输控制信息及当前各用户的数据速率，上行时隙资源使用情况和自身的负载情况，对每个用户终端可以使用的上行业务时隙资源进行自适应调整。

10.如权利要求9所述的数据传输方法，其特征在于：所述下行数据速率控制信息是用户终端通过测量一个或是一个以上子帧的信道质量获得的。

11.如权利要求8或9所述的数据传输方法，其特征在于：用户终端在传输上行传输控制信息时，进一步在接收到数据包后向网络侧传输指示下行数据包传输正确性的确认信息。

12.如权利要求8所述的数据传输方法，其特征在于：所述用于传输上行传输业务数据的时隙资源在一个以上用户之间时分复用或码分复用。

13.如权利要求8所述的数据传输方法，其特征在于：所述用于传输上行传输控制信息的时隙资源在一个以上用户之间码分复用。

14.如权利要求13所述的数据传输方法，其特征在于：该方法进一步包括在数据传输过程中，网络侧对接收的上行传输控制信息采用联合检测技术进行解调。

15.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：所述下行公共控制信息包括小区广播信息、用户寻呼信息和用户前向接入信息。