CN1929360A - 交变的频率时间分割的双工通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信方法，其特征在于，其在第一载波频率和第二载波频率上、且在相同的时隙上同时进行上下行传输，其通信过程为：对于第一载波频率，从起始定时开始，首先在第一个时隙上进行下行传输，之后在第二个时隙上进行上行传输，然后在之后的时隙上重复进行下行、上行传输。对于第二载波频率，从所述起始定时开始，首先在第一个时隙上进行上行传输，之后在第二个时隙上进行下行传输，然后在之后的时隙上重复进行上行、下行传输。

Description

交变的频率时间分割的双工通信方法

技术领域

本发明涉及一种双工通信方法，特别是用于非对称链路的自适应MIMO无线系统的交变的频率时间分割的双工通信方法(AFTDD)。

背景技术

近年来的趋势是自适应MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统利用多天线来抑制信道衰落，可以看出，信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说，可以利用自适应MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率也可以成倍地提高。同时利用自适应MIMO技术也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用自适应MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用自适应MIMO信道提供的空间分集增益。

因此，自适应MIMO是最有希望应用于未来高速无线通信系统的技术之一。其中，如时空编码的并行传输机制，如波束成形、预编码的信道已知情况下的预处理技术，和链路自适应机制，都会显著地提升系统传输性能，同时也带来接收机复杂度的增加。然而，这些技术的实现都需要收发机预先获知信道状态信息。

对于当前蜂窝无线电通信领域所使用的双工模式—频分双工(FDD)和时分双工(TDD)而言，如图1所示，频分双工采用两个对称的频带来分别发射和接收信号，发射和接收频带之间存在着一定的频段保护间隔。时分双工的发射和接收信号是在同一频率信道的不同时隙中进行的，彼此之间采用一定的保证时间予以分离。时分双工不需要分配对称频段的频率，并可在每个信道无线配置(RC)内灵活控制、改变发送和接收时段的长短比例，在进行不对称的数据传输时，可充分利用有限的无线电频谱资源。

采用频分双工模式的移动系统与采用时分双工模式的移动系统相比，各有以下优缺点：

1.频分双工必须使用成对的收发频率。在支持对称业务时能充分利用上下行的频谱，但在进行非对称的数据交换业务时，频谱的利用率则大为降低，约为对称业务时的60％。而时分双工则不需要成对的频率，通信网络可根据实际情况灵活地变换信道上下行的切换点，有效地提高了系统传输不对称业务时的频谱利用率。

2.采用时分双工模式工作的系统，上、下行工作于同一频率，其电波传输的一致性使之很适于运用智能天线技术，通过智能天线具有的自适应波束成形，可有效减少多径干扰，提高设备的可靠性。而收、发采用一定频段间隔的频分双工系统则难以采用上述技术。

3.相比频分双工而言，时分双工更容易获取信道状态信息。而且，时分双工可灵活分配时隙的特点会给整合的蜂窝和泛在网带来方便。但同时时分双工具有一个缺陷，就是在相同的平均传输速率下，时分双工的突发速率比频分双工要高(通常是两倍)。

参考文献(E.Costa et.al.，“Duplex arrangements for future broadband radiointerfaces”，WINNER-public deliverables，D2.5，2004)中揭示了一种通信双工方法，但是其采用的是固定的频率带宽，并不适合于非对称的上下行链路通信。

因此，根据以上描述的时分双工和频分双工的特点，有必要设计一种通信方法，其可以结合时分双工和频分双工的优点而应用于自适应MIMO系统中。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于自适应MIMO系统的交变的频率时间分割的双工通信方法。

根据本发明的目的，提供一种通信方法，其在第一载波频率和第二载波频率上、且在相同的时隙上同时进行上下行传输，其通信过程为：对于第一载波频率，从起始定时开始，首先在第一个时隙上进行下行传输，之后在第二个时隙上进行上行传输，然后在之后的时隙上重复进行下行、上行传输，对于第二载波频率，从所述起始定时开始，首先在第一个时隙上进行上行传输，之后在第二个时隙上进行下行传输，然后在之后的时隙上重复进行上行、下行传输。

所述通信方法的第一形式中，所有时隙的时隙长度相同，并且在上下行传输开始的时候确定所有时隙的长度。

根据该第一形式，该通信方法进一步将第一带宽指定给第一载波频率，将第二带宽指定给第二载波频率。其中，在上下行传输开始的时候确定所述第一带宽和第二带宽，该第一带宽和第二带宽可相等也可不等。

所述通信方法的第二形式中，所有时隙的时隙长度分别不同，并且在上下行传输开始的时候确定所有时隙的时隙长度。

根据该第二形式，该通信方法进一步将第一带宽指定给第一载波频率，将第二带宽指定给第二载波频率。其中，在上下行传输开始的时候确定所述第一带宽和第二带宽，该第一带宽和第二带宽可相等也可不等。

本发明的有益效果是：由于交变的频率时间分割的双工通信允许时域中的连续传输，这就使得在与频分双工相同的平均速率下，峰值速率并不高，从而可以消除突发速率高的缺陷，同时保留时分双工可灵活分配时隙的优点，会给整合的蜂窝和泛在网带来方便。同时，其可以在一定程度上更灵活地分配上下行传输容量。并且，在交变的频率时间分割的双工通信方法中，基站和终端都可以根据在前一个时隙接收到的导频符号估计出信道状态信息，从而合适的应用于自适应MIMO系统。另外，基站和终端使用相同信道进行收发信息，使自适应MIMO系统的一些高级传输体制，如预编码和波束成形，便于实现。

附图说明

图1为显示传统的频分双工和时分双工通信方法的示意图；

图2为显示依照本发明的通信系统的示意图；

图3为依照本发明的通信方法的实施例1的示意图；

图4为依照本发明的通信方法的实施例2的示意图；

图5为依照本发明通过改变非对称率来改变上下行的容量的示意图。

具体实施方式

在图1所示的时分双工方式中，上、下行传输使用的是同一载波频率。基于该时分双工方法，本发明提供了一种通信系统，其包括基站1和移动终端2。如图2所示，该通信系统采用的通信方式与传统的时分双工不同之处在于：上下行传输在时域中同时连续地进行，并且在同一时隙，上下行传输分别采用不同载波频率(f1和f2)进行传输。在此，将该通信方法称为交变的频率时间分割(AFTDD)的双工通信方法。

下面，将对该交变的频率时间分割的双工通信方法进行具体的描述。

实施例1

图3显示了本发明所提供的交变的频率时间分割的双工通信方法。如图3所示，系统在载波频率f1和f2上、且在相同时隙长度的时隙上同时进行上下行传输。其中所有时隙(第一个时隙、第二个时隙等)具有相同的长度，且在上下行传输开始时，由系统确定所述时隙的长度，并指定给载波频率f1和f2相同的带宽。(值得注意的是，所有时隙的长度也可互不相等。)

通信过程为：对于载波频率f1，从起始定时t0开始，系统首先在第一个时隙上进行下行传输，之后在第二个时隙上进行上行传输，然后在之后的时隙上重复进行下行、上行传输。

对于载波频率f2，从起始定时t0开始，系统首先在第一个时隙上进行上行传输，之后在第二个时隙上进行下行传输，然后在之后的时隙上重复进行上行、下行传输。

由此，从起始定时t0开始，系统在同一时隙(例如第一个时隙)上，分别以f1和f2进行上下行传输，并且在时域上，系统始终都在同时进行上下行传输，由此，在同样的平均传输速率下，AFTDD的峰值传输速率与传统频分双工的峰值传输速率相接近。

而且在AFTDD通信方法中，基站和终端都可以根据在前一个时隙接收到的导频符号估计出信道状态信息(CSI)，从而合适的应用于自适应MIMO系统。

实施例2

图4显示了本发明所提供的交变的频率时间分割的双工通信方法。如图4所示，系统在载波频率f1和f2上、且在不同时隙长度的时隙上同时进行上下行传输。其中第一个时隙、第二个时隙等分别具有不同的长度，对载波f1指定带宽w1，对载波f2指定带宽w2，w1＞w2。并且在上下行传输开始时，由系统确定所述时隙的长度和带宽w1和w2。(值得注意的是，所有时隙的长度也可互相相等。)

在此情况下，对多载波传输而言，上下行都可以通过变扩频因子的扩频使不同时隙中信号适合不同的带宽。对于信道估计而言，多载波通信的导频数目和分布/多路复用应根据时隙做相应调整。

在同一系统中可以是部分高容量的终端设备采用AFTDD，而其他终端设备采用原有的TDD方式通信。如果采用多载波通信方式，通信终端也可利用改变子载波宽度或子载波数目的方法来适合不同时隙的上下行不同带宽的传输。

其通信过程为：对于载波频率f1，从起始定时t0开始，系统首先在第一个时隙上进行下行传输，之后在第二个时隙上进行上行传输，然后在之后的时隙上重复进行下行、上行传输。

对于载波频率f2，从起始定时t0开始，系统首先在第一个时隙上进行上行传输，之后在第二个时隙上进行下行传输，然后在之后的时隙上重复进行上行、下行传输。

由此，从起始定时t0开始，系统在同一时隙(例如第一个时隙)上，分别以f1和f2进行上下行传输，并且在时域上，系统始终都在同时进行上下行传输，由此，在同样的平均传输速率下，AFTDD的峰值传输速率与传统频分双工的峰值传输速率相接近。

而且在AFTDD通信方法中，基站和终端都可以根据在前一个时隙接收到的导频符号估计出信道状态信息(CSI)，从而合适的应用于自适应MIMO系统。

同时，通过对载波频率f1和f2指定不同的带宽，系统可以在一定程度上灵活的分配上下行传输容量。

另外，由于时隙长度不等，所以该AFTDD通信方法结合了传统TDD灵活分配时隙的特点，从而会给整合的蜂窝和泛在网带来方便。

值得注意的是，尽管双工模式无法决定信道容量，但不同的参数设置会对实际通信系统的吞吐量产生影响。设上行和下行的频谱效率分别为e_u和e_d(bps/Hz)，则上行和下行的传输速率R_u和R_d分别是

$R_u=\frac{e_u(w_2{t}_1+w_1{t}_2)}{L}---\left(1\right)$

$R_d=\frac{e_d(w_1{t}_1+w_2{t}_2)}{L}---\left(2\right)$

其中，L＝t₁+t₂是帧长，t₁为上行传输时间，t₂为下行传输时间，时隙之间的切换时间忽略不计。图5显示了评估结果，其中横坐标代表非对称率t1/L，纵坐标代表实际通信系统的吞吐量。

由图5可知，非对称的交变的频率时间分割的双工通信可以通过改变非对称率来改变上下行的容量。

综上所述，由于交变的频率时间分割的双工通信允许时域中的连续传输，这就使得在与频分双工相同的平均速率下，峰值速率并不高，从而可以消除突发速率高的缺陷，同时保留时分双工可灵活分配时隙的优点，会给整合的蜂窝和泛在网带来方便。同时，其可以在一定程度上更灵活地分配上下行传输容量。并且，在交变的频率时间分割的双工通信方法中，基站和终端都可以根据在前一个时隙接收到的导频符号估计出信道状态信息，从而合适的应用于自适应MIMO系统，并且基站和终端使用相同信道进行收发信息，使自适应MIMO系统的一些高级传输体制，如预编码和波束成形，便于实现。

对该技术领域的普通技术人员来说，根据以上实施方式可以很容易的联想到其他的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述具体实施例，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员可以根据上述具体实施例通过各种等同替换所得到的技术方案，但是这些技术方案均应该包含在本发明的权利要求的范围及其等同的范围之内。

Claims (11)

1.一种通信方法，其特征在于，其在第一载波频率和第二载波频率上、且在相同的时隙上同时进行上下行传输，

其通信过程为：对于第一载波频率，从起始定时开始，首先在第一个时隙上进行下行传输，之后在第二个时隙上进行上行传输，然后在之后的时隙上重复进行下行、上行传输，

对于第二载波频率，从所述起始定时开始，首先在第一个时隙上进行上行传输，之后在第二个时隙上进行下行传输，然后在之后的时隙上重复进行上行、下行传输。

2.如权利要求1所述的通信方法，其中，所有时隙的时隙长度相同，指定给第一、第二载波频率的带宽相等。

3.如权利要求2所述的通信方法，其中，在上下行传输开始的时候确定所有时隙的时隙长度。

4.如权利要求1所述的通信方法，其中，所有时隙的时隙长度相同，并将第一带宽指定给第一载波频率，将第二带宽指定给第二载波频率，且第一带宽与第二带宽不相等。

5.如权利要求4所述的通信方法，其中，在上下行传输开始的时候确定所述第一带宽和第二带宽。

6.如权利要求1所述的通信方法，其中，所有时隙的时隙长度分别不同，指定给第一、第二载波频率的带宽相等。

7.如权利要求6所述的通信方法，其中，在上下行传输开始的时候确定所有时隙的长度。

8.如权利要求1所述的通信方法，其中，所有时隙的时隙长度分别不同，并将第一带宽指定给第一载波频率，将第二带宽指定给第二载波频率，且第一带宽与第二带宽不相等。

9.如权利要求8所述的通信方法，其中，在上下行传输开始的时候确定所述第一带宽和第二带宽。

10.如权利要求9所述的通信方法，其中，在同一系统中可以是部分高容量的终端设备采用如权利要求1所述的通信方法，而其它终端设备采用现有的时分双工模式进行通信。

11.如权利要求10所述的通信方法，其中，如果采用多载波通信方式，通信终端也可利用改变子载波宽度或子载波数目的方法来适合不同时隙的上下行不同带宽的传输。

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