CN1909533A - 时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法 - Google Patents
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Abstract
一种时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法，用于基站和移动台之间的无线传输，将一个子帧的时长划分为若干个等长的上行和下行时隙，将第一个时隙TS0作为广播时隙，第二个时隙TS1固定用作上行时隙，在下行时隙中采用正交频分复用方式来组织要传送的数据；在时隙TS1之前，创建下行同步符号，在时隙TS1内插入上行同步单元；在时隙TS0之后和TS1之前生成DUG，并且根据上、下行业务的需要，在时隙TS1或其后任意时隙之后相邻处，生成UDG，以实现上行到下行的转换；然后，将按上述步骤得到的若干子帧组合，得到一个帧。本发明方法得到的帧结构结合了TDD模式与OFDM技术的优点，可以满足未来通信的高需求。
Description
技术领域
本发明涉及数字通信领域，特别是涉及一种时分双工(TDD)模式下基于正交频分复用(OFDM)技术的帧结构及其生成方法。
背景技术
3GPP为了使其无线通讯技术在未来的十年或者更长保持其竞争力，提出了长期演进(LTE)的计划。其需求主要有高用户数据率，高频谱利用率，低延迟，支持高移动性，覆盖范围广等。但是这些需求对于未来通信系统来说都是一致的，因为未来的数据业务越来越丰富多彩，这就需要系统提供更高的传输速率，全球数字平等的呼声要求系统考虑超远覆盖的需求，以消除全球的数字鸿沟。
正交频分复用(OFDM)技术提供了高速率数据传输的一种途径，通过将一高速传输的数据流转换为一组低速并行传输的数据流，使系统对多径衰落信道频率选择性的敏感度大大降低，而循环前缀的引入，又进一步增强了系统抗符号间干扰(ISI)的能力。除此之外的带宽利用率高、实现简单等特点使OFDM在无线通信领域的应用越来越广，比如，WLAN系统，基于正交频分复用多址(OFDMA)的WiMAX系统等都是基于OFDM技术的系统。
同时，由于数据业务的丰富，上下行不对称的互联网型业务将会逐步取代对称的话音业务而成为未来移动通信的主要业务类型。工作在TDD模式下的系统将在处理这种不对称业务方面有着天然的优势。通过调整上下行时隙的转换点，可以方便的均衡上下行业务。
但是，现有的TDD模式下的帧结构不能充分发挥OFDM技术的特点。例如，典型的TD-SCDMA系统，其帧结构如图1所示，帧长为10ms，分为两个相同的子帧，第一个TS0时隙用于广播时隙，时隙TS0后为DwPTS(下行同步时隙)，GP(空域)，UpPTS(上行同步时隙)，之后才为上行时隙TS1，每个时隙结束处都包含一个用作时隙保护的空域(GP)，上行到下行的转换点位于TS1～TS6的结束处，即时隙中GP用作转换时间。
对采用OFDM技术的系统来说，该帧结构中的GP就是没有必要考虑的。同时它的上行接入时间固定，不利于接入的灵活配置，比如不能满足不同时间段接入数量的变化，不同覆盖接入时隙长度的改变等。
对于WiMAX系统来说，它虽然充分考虑了OFDM技术特点的发挥，但是由于其不用考虑超远覆盖问题，因此其帧结构对于未来通信同样不满足要求。
因此，为了满足未来通信对系统的高需求，设计一种TDD模式下基于OFDM技术的帧结构是非常必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法，可以结合TDD模式与OFDM技术的优点，满足未来通信的高需求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法，用于基站和移动台之间的无线传输，包括以下步骤：
将一个子帧的时长划分为若干个等长的上行和下行时隙，将第一个时隙TS0作为广播时隙，第二个时隙TS1固定用作上行时隙，在下行时隙中采用正交频分复用方式来组织要传送的数据；
在时隙TS1之前，创建下行同步符号，在时隙TS1内插入用于用户接入的上行同步单元；
在时隙TS0之后和TS1之前生成下行上行转换间隔，并且根据上、下行业务的需要，在时隙TS1或其后任意时隙之后相邻处，生成上行下行转换间隔，以实现上行到下行的转换；
然后，将按上述步骤得到的若干子帧组合，得到一个帧。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：所述下行同步符号中采用正交频分复用方式。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：所述子帧的时长设为5ms，一个帧包括2个子帧，时长为10ms。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：所述下行同步符号中采用与时隙TS0相同的循环前缀类型或者长循环前缀类型。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：是在以下位置中的一个创建所述下行同步符号：时隙TS0之前，时隙TS0之后，时隙TS0内前端、时隙TS0内后端。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：在所述上行时隙中采用正交频分复用方式或者单载波方式来组织要传送的数据。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：所述采用正交频分复用方式组织的传送数据包括多个加有循环前缀的正交频分复用符号，每个时隙中在该符号前加上的循环前缀相等，时隙中循环前缀的长度由基站根据覆盖范围的要求进行调整，覆盖范围较大时该循环前缀较长。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：插入所述上行同步单元时，还根据当前的用户接入数量及其位置来确定该上行同步单元的时长和/或频域长度。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：当需要超远距离覆盖时，生成帧时还在时隙TS0后端或时隙TS1前端插入空符号，且该空符号位于下行同步符号之后。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：当时延要求小于一设定值，生成帧时还在若干个时隙的末尾插入灵活配置符号，即把原来承载数据的符号空出来作为转换间隔，该时隙末尾处的转换间隔与所述下行上行转换间隔和上行下行转换间隔共同构成了多个上行和下行间的转换点。
进一步地，上述帧的生成方法还可具有以下特点：所述子帧中的时隙个数是划分为8～12个。
由上可知，本发明方法结合了TDD模式与OFDM技术的优点，使系统对多径衰落信道频率选择性的敏感度低，抗符号间干扰(ISI)能力强，同时，可进行上下行不对称的互联网型业务。进一步地，它的上行接入时间可以灵活配置，并且可以适应于超远覆盖的要求等，本发明的帧结构及其生成方法可以满足未来通信的高需求。
附图说明
图1是TD-SCDMA的帧结构的示意图。
图2是本发明第一实施例生成的帧的结构示意图。
图3是本发明第二实施例生成的帧的结构示意图。
图4是本发明第三实施例生成的帧的结构示意图。
图5是本发明第四实施例生成的帧的结构示意图。
具体实施方式
第一实施例
先请参照图2了解本实施例生成的TDD模式下基于OFDM技术的帧结构，该无线帧用于基站和移动台之间的无线传输，然后再描述生成该帧结构的方法。
如图2所示，本实施例的无线帧采用3层结构：无线帧，子帧，时隙。为了与现有W-CDMA和TD-SCDMA系统相兼容，本实施例的无线帧与W-CDMA的无线帧长度一致，为10ms，再将其分为2个结构完全相同的5ms的子帧。每个子帧内包含传送业务数据的部分、下行同步部分、上行同步部分，下行和上行间以及上行到下行的转换间隔。但是各个部分的顺序与TD-SCDMA等系统的帧结构不同。其中：
传送业务数据的部分沿用TD-SCDMA的方式，将子帧分为多个时长相等的时隙，每个子帧又包含11个结构相同的时隙，每个时隙为0.4375ms，其中，第一个时隙TS0是下行广播时隙，第二个时隙TS1固定用作上行时隙。时隙的划分是为了使上下行配置灵活，以实现不对称的业务传输，从数目上说并不局限于采用11个，也可以是其它数目，如8～12个。
本实施例中，每个下行时隙都采用OFDM符号来传送数据。上行时隙在本实施例中也采用OFDMA方式，用OFDM符号传送数据。采用OFDM方式发送数据的时隙里，有多个OFDM符号，每个符号前加有循环前缀(CP)。本实施例中，子帧内各时隙的CP的长度可以不同，由基站根据覆盖范围的要求进行实时调整，但是每个时隙内的CP长度一致。CP的作用是减小OFDM符号间干扰(ISI)。CP的长度要大于信道的最大径延迟。短CP可以满足普通用户的需求，而在广播时隙TS0和超远覆盖时，因为多径延迟带来ISI，覆盖范围增大，多径延迟会增加，所以选择长CP可以满足所有用户的需求。
下行同步部分采用OFDMA方式的下行同步符号来实现，用于在用户接入时实现与基站的下行同步。该符号使用和TS0一样的CP类型或者长CP类型，符号长为87.5us。该符号可以独立于时隙结构之外或者设置在时隙TS0内部，本实施例是独立于时隙结构之外，位于时隙TS0之后。
上行同步部分用上行同步单元来实现，该上行同步单元不独立于时隙，而是置于上行时隙TS1内，用于用户接入。上行同步单元可以灵活分配，位置和大小都可以根据情况实时调整，上行采用OFDMA方式时，上行同步单元的调整可以是时间上(单位：OFDM符号)和/或频域长度上的。这样，可以满足不同时段用户接入数量的变化，以及不同位置的用户需要不同接入的时隙长度。
上、下行之间的转换间隔用独立于TS之外的下行上行切换间隔(DUG)和上行下行切换间隔(UDG)来实现。DUG位于下行广播时隙TS0之后，上行时隙TS1之前，但TS0和TS1之间还可以有其它的结构。而UDG独立于时隙之外，位置灵活，可以位于TS1或其后任意时隙(包括最后一个时隙)之后相邻处，以实现上行到下行的转换。将主切换间隔DUG、UDG独立于时隙之外，有利于子帧内时隙的一致性。
相应地，生成上述无线帧的方法如下：
将一个子帧的5ms时长划分为若干个等长的上行和下行时隙，将第一个时隙TS0作为广播时隙，第二个时隙TS1固定用作上行时隙，在上行和下行时隙中都采用正交频分复用方式来组织要传送的数据，在时隙TS0和超远覆盖的时隙中采用的CP比较长。
在时隙TS0之前，生成正交频分复用方式的下行同步符号，可以采用与TS0时隙一致的CP类型或者长CP类型；在时隙TS1内插入用于用户接入的上行同步单元，该上行同步单元的时长和/或频率可根据当前的用户接入数量及其位置来确定；
在时隙TS0和TS1之间生成DUG，并且根据上、下行业务的需要，在时隙TS1或其后任意时隙之后相邻处，生成UDG，以实现上行到下行的转换；
然后将按上述步骤得到的2个子帧组合，得到一个10ms时长的帧。
第二实施例
该实施例的帧结构及其生成方法与第一实施例基本相同，如图3所示，差别仅在于以下几点：
第一，本实施例的下行同步符号独立于时隙结构之外，但生成于时隙TS0之前。
第二，为了满足30km，甚至100km超远覆盖的要求，避免在非超远覆盖情况下过长DUG的浪费，本实施例基站根据业务情况还可以在时隙TS1前端或者时隙TS0后端生成Idle符号(即空符号，图中未示出)，这样就可以设计较短的DUG，此DUG只需要满足非超远覆盖的情况即可。
具体插入位置是TS0的后端还是TS1的前端根据下行同步符号的位置决定，当下行同步符号位于TS0后端或后面时，Idle符号插入于TS1前端，当下行同步符号位于TS0前端或前面时，Idle符号可插入于TS0后端或者TS1前端，即该空符号应位于下行同步符号之后。
第三，本实施例的上行时隙采用单载波的方式来组织要传送的数据，这时上行同步单元大小的调整是指时间(单位：chip)上的调整。
第三实施例
前述的第一、第二实施例的帧结构能满足一般的时延要求。当有更严格的时延要求时(如时延要求小于10ms时)，可采用本实施例的结构，如图4所示。
本实施例的帧结构及其生成方法与第一实施例基本相同，差别仅在于以下几点：
第一，本实施例的下行同步符号插入于时隙结构内部，在时隙TS0前端，作为TS0的组成部分。
第二，本实施例在若干个时隙的末尾加入了灵活配置符号(FS：FlexibleSymbol)，该FS为空符号，即把时隙中原来承载数据的符号空出来作为转换间隔，非切换处时隙的末尾符号仍用于传输业务数据。该符号与主切换间隔结合构成了多个转换点，可以实现上行和下行间的多次转换。因为功控，HARQ反馈等需要上下行的交互才能完成一个动作，但是TDD的时延受上下行时长的限制，因此本实施例通过只有增加转换点，使上下行时长变短，才能满足网络对时延的要求。
插入FS的位置可以根据业务调整的，由多个基站协调一起完成。
第四实施例
该实施例的帧结构如图5所示，其结构和生成方法与第一实施例的差别仅在于以下几点：
第一，本实施例的下行同步符号插入于时隙结构内部，在时隙TS0后端，作为TS0的组成部分。
第二，本实施例在时隙TS1前端或者时隙TS0后端生成Idle符号(即空符号)，以适应超远覆盖的要求，可以设计较短的DUG。
第三，本实施例在若干个时隙的末尾加入了FS，与主切换间隔结合构成了多个转换点，以实现上行和下行间的多次转换。
利用上面描述的方法，很容易可以推广得到本发明帧结构的其它变形，例如，利用插入FS与否，生成Idle符号与否，下行同步符号的位置变化，上下行时隙采用的方式，CP长度的选择，帧的时长等等特征，可以自由组合成多个帧结构及其生成方法的实施例。熟悉本技术领域的人员应理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明作等效变化与修改，都被本发明的专利范围所涵盖。
Claims (11)
1、一种时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法，用于基站和移动台之间的无线传输，包括以下步骤：
将一个子帧的时长划分为若干个等长的上行和下行时隙，将第一个时隙TS0作为广播时隙，第二个时隙TS1固定用作上行时隙，在下行时隙中采用正交频分复用方式来组织要传送的数据；
在时隙TS1之前，创建下行同步符号，在时隙TS1内插入用于用户接入的上行同步单元；
在时隙TS0之后和TS1之前生成下行上行转换间隔，并且根据上、下行业务的需要，在时隙TS1或其后任意时隙之后相邻处，生成上行下行转换间隔，以实现上行到下行的转换；
然后，将按上述步骤得到的若干子帧组合，得到一个帧。
2、如权利要求1所述的帧的生成方法，其特征在于，所述下行同步符号中采用正交频分复用方式。
3、如权利要求1所述的帧的生成方法，其特征在于，所述子帧的时长设为5ms，一个帧包括2个子帧，时长为10ms。
4、如权利要求1所述的帧的生成方法，其特征在于，所述下行同步符号中采用与时隙TS0相同的循环前缀类型或者长循环前缀类型。
5、如权利要求1所述的帧的生成方法，其特征在于，是在以下位置中的一个创建所述下行同步符号：时隙TS0之前，时隙TS0之后，时隙TS0内前端、时隙TS0内后端。
6、如权利要求1所述的帧的生成方法，其特征在于，在所述上行时隙中采用正交频分复用方式或者单载波方式来组织要传送的数据。
7、如权利要求1或6所述的帧的生成方法，其特征在于，所述采用正交频分复用方式组织的传送数据包括多个加有循环前缀的正交频分复用符号，每个时隙中在该符号前加上的循环前缀相等，时隙中循环前缀的长度由基站根据覆盖范围的要求进行调整，覆盖范围较大时该循环前缀较长。
8、如权利要求1所述的帧的生成方法，其特征在于，插入所述上行同步单元时，还根据当前的用户接入数量及其位置来确定该上行同步单元的时长和/或频域长度。
9、如权利要求1所述的帧的生成方法，其特征在于，当需要超远距离覆盖时，生成帧时还在时隙TS0后端或时隙TS1前端插入空符号，且该空符号位于下行同步符号之后。
10、如权利要求1所述的帧的生成方法，其特征在于，当时延要求小于一设定值，生成帧时还在若干个时隙的末尾插入灵活配置符号，即把原来承载数据的符号空出来作为转换间隔，该时隙末尾处的转换间隔与所述下行上行转换间隔和上行下行转换间隔共同构成了多个上行和下行间的转换点。
11、如权利要求1所述的帧的生成方法，其特征在于，所述子帧中的时隙个数是划分为8～12个。
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