CN1956356A - 一种可灵活利用频谱资源的频段分配和接入方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可灵活利用频谱资源的频段分配和接入方法及其系统，先在无线接入设备上配置通讯信道上下行的频段，上行使用频率较低的频段，且上行和/或下行的带宽和频差可以选用不同的值；无线接入设备将允许手持设备使用的上行频段的配置信息发送到手持设备；手持设备搜索下行信号，根据收到的信号获得所述上行频段的配置信息，然后计算出允许其发射的上行频段，当手持设备判断有能力在该频段上发射信号时，向无线接入设备发送连接建立请求；无线接入设备接收到所述请求后，如解析成功，则建立上行无线通道，完成接入过程。本发明接入方法便于更加灵活地分配使用带宽。使得上下行频点差可灵活配置，同时上下行的带宽可变。

Description

一种可灵活利用频谱资源的频段分配和接入方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种采用频分双工方式的通讯系统的频段分配和接入方法及其系统。

背景技术

在通讯双工的方式分为时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两大类。

时分双工占用一个连续的频段，上行和下行分别在不同的时间发射。由于上下行共享频段，所以只需要分配一个连续的频段。所以时分双工的频段可以非常灵活。另外，上下行的信道相似程度高，信道估计相对简单。时分双工的缺点在于，为了防止上下行干扰，必须设定上下行转换的保护时间。由于转换保护时间随通讯的范围增大而增大，所以会带来较大的频段利用率的损失。对于采用时分的蜂窝通讯系统，各站点要求严格的时间同步以避免相互的上下行间的干扰。

频分双工的上下行分别占用不同的频段，通常上下的频段带宽是相同的。通常，频分双工系统的下行带宽占用频率较高的频段，上行的带宽占用频率较低的频段。并且要求接入的频差相对固定(文中的频差指下行的频率下限减去上行的频率下限，即上下行的频率偏移)。因此，在目前的频分双工模式下，设备只能通过固定的频率位置和频率差进行通讯。

在各国的频谱资源分配日趋复杂的条件下，可供分配频分双工使用的成对频率相对希缺，目前频分双工方式要求上下行带宽相等，以及接入频差固定的条件限制了对一些分散的不符合上述要求的频谱资源的利用，因此，需要提供一种更加灵活的频谱资源分配的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可灵活利用频谱资源的频段分配和接入方法，可以更加灵活地利用频谱资源。本发明还要提供一种可实施该方法的系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可灵活利用频谱资源的频段分配和接入方法，包括以下步骤：

(a)在无线接入设备上配置通讯信道上下行的频段，上行使用比下行低的频段，且上行和/或下行的带宽和频差可以选用不同的值；

(b)无线接入设备将允许手持设备使用的上行频段的配置信息发送到手持设备；

(c)手持设备搜索下行信号，根据收到的信号获得所述上行频段的配置信息，然后计算出允许其发射的上行频段，当手持设备判断有能力在该频段上发射信号时，向无线接入设备发送连接建立请求；

(d)无线接入设备接收到所述请求后，如解析成功，则建立上行无线通道，完成接入过程。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述步骤(b)中，上行频段的配置信息是通过广播信道以广播数据的方式发送到手持设备。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述上行和/或下行发送信号时均采用正交频分复用技术的通讯信号调制方式。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述上行频段的配置信息包括允许手持设备使用的上行带宽和上下行频差，所述步骤(c)中，所述手持设备将检测到的下行频率下限减去所述上下行频差后，再加上所述上行带宽，得到允许其使用的上行频段。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述上行带宽和上下行频差的数据是采用快速编码方式发送的。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述上行带宽和上下行频差的数据是经过底层的Hadamard编码，将其对应到编码矩阵中的一个F_p，40，I向量后发送，i＝0～39，所述手持设备再从接收信号的相应序列中解码得到该向量，然后计算出该上行带宽和上下行频差，具体算法如下：

假定该接收序列为X＝{x₀，x₁，...，x₃₉}，则其对应F_p，40，i向量的组号h和在组中的行序号k可以通过以下公式计算：

$\underset{l=0}{\overset{39}{\max }}(F_{p,40,i}\×X),$ 令满足前式的l＝8h+k，则得到对应的h和k，根据手持设备上配置的h、k与上行带宽和频差的对应关系，就可以确定为手持设备配置的上行带宽和频差。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述无线接入设备中配置了多个上行和/或下行带宽，这些带宽的值均为某个频段的2的幂次方。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述无线接入设备中配置了多个上行和/或下行带宽为1.25MHz，2.5MHz，5MHz，10MHz，20MHz。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述步骤(c)中，手持设备通过判断所述允许的上行频段和预先存储的射频模块的发射能力范围是否有重合部分来判断是否有能力在该允许的频段上发送，如果有重合部分，则认为有能力，否则，认为没有能力发送，接入失败，结束。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述步骤(d)中，先建立上行无线链路，建立之后的接入过程还包括以下步骤：

(f)手持设备完成上行同步，向无线接入设备发送上层信令消息，报告其最终确定发射的上行频段；

(g)无线接入设备解析上层消息，判断手持设备上报的上行频段是否在其允许的频段上，如果是，执行下一步，否则，拒绝接入，结束；

(h)无线接入设备向手持设备回应确认接入成功的上层信令，存储手持设备上报的上行频段，结束。

本发明提供的可灵活利用频谱资源的频段分配和接入系统包括无线接入设备和手持设备，所述无线接入设备至少包括频段配置单元、无线网络广播单元和上行信号接收及接入验证单元，所述手持设备至少包括下行信号检测单元、广播数据解析单元和上行接入处理及信号发射单元，其特征在于：

所述频段配置单元中配置有多组可选的上下行频段的信息，使用时从中选择出所需的上下行频段的相关参数；

所述无线网络广播单元用于将允许手持设备使用的上行频段的配置信息通过广播信道发送到手持设备；

所述广播数据解析单元，用于根据收到的广播信号解出信号中对应于上行频段的配置信息；

所述上行频段计算单元，用于根据得到的上行频段配置信息计算出允许上行发射的频段范围，并结合手持设备的发射能力，得到最终确定的上行发射的频段；

所述上行接入处理及信号发射单元用于在确定的上行频段上向网络发射连接请求消息，在上行无线链路建立成功后，完成上行同步和接入。

进一步地，上述系统还可具有以下特点：所述上行接入处理及信号发射单元在完成上行同步后，还用上层信令向无线接入设备报告最终确定的上行频段，相应地，所述上行信号接收及接入验证单元还用于判断手持设备上报的所述上行频段是否在其允许手持设备使用的上行频段上，如果不在则拒绝接入。

进一步地，上述系统还可具有以下特点：所述无线网络广播单元和上行接入处理及信号发射单元是采用正交频分复用技术的通讯信号调制方式。

进一步地，上述系统还可具有以下特点：所述频段配置单元中配置的上行频段的相关参数包括上行带宽和上下行频差，所述上行频段计算单元在得到的该上行带宽和上下行频差的值后，还结合检测出的下行频率下限来计算出允许其发射的上行频段。

进一步地，上述系统还可具有以下特点：所述无线网络广播单元对上行带宽和上下行频差的数据进行Hadamard编码，将其对应到编码矩阵中的一个F_p，40，I向量后发送，i＝0～39，所述上行频段计算单元从接收信号的相应序列中解码得到该向量后，计算出该上行带宽和上下行频差，具体算法如下：

假定该接收序列为X＝{x₀，x₁，...，x₃₉}，则其对应F_p，40，i向量的组号h和在组中的行序号k可以通过以下公式计算：

$\underset{l=0}{\overset{39}{\max }}(F_{p,40,i}\×X),$ 令满足前式的l＝8h+k，则得到对应的h和k，根据手持设备上配置的h、k与上行带宽和频差的对应关系，就可以确定为手持设备配置的上行带宽和频差。

进一步地，上述系统还可具有以下特点：所述频段配置单元中为上下行频段配置了多个可选的带宽，且这些带宽的值均为某个频段的2的幂次方。

进一步地，上述系统还可具有以下特点：所述频段配置单元中为上下行频段配置的多个可选的带宽为1.25MHz，2.5MHz，5MHz，10MHz，20MHz。

由上可知，本发明通过接收下行信号来得知上行允许的发送频段范围。通过该方法，无线设备可以更加灵活地使用频段，便于利用分散的频段资源。本发明是对频分方式的一种改进，避免了时分的频谱效率较低的缺点，也不依赖于严格的站点间时间同步。因此，本发明接入方法便于更加灵活地分配使用带宽。使得上下行频点差可灵活配置，同时上下行的带宽可变。从而避免了原有频分双工必须使用成对等宽频谱的缺点，同时，尽量减小实现的复杂度，确保极高的可靠性，并可避免上行误发射。

附图说明

图1为本发明实施例接入系统的结构示意图；

图2为Hadamard编解码矩阵。

图3为本发明实施例方法的流程图。

具体实施方式

图1所示为本发明实施例的接入系统，包括无线接入设备及其手持设备。

本实施例根据一般的频分通讯原则，在无线接入设备上进行频段分配时，通讯信道的上下行分别占用不同的频段。上行使用比下行低的频段。与现有频段分配方法不同的是，本发明上行和下行可以采用不同的带宽，并且两者的频差可以有多种选择，对于手持设备来说，其上行频段并非是固定的。这样，对于无线接入设备，就必须将其当前允许手持设备使用的上行频段的信息通知手持设备，而手持设备在解析出该信息后，还需判断在该频段上是否有能力发射，有能力时再进行接入。

本实施例中，上下行带宽可以配置为以下一组值中的一个：1.25MHz，2.5MHz，5MHz，10MHz，20MHz。该组值均为1.25M的2的幂次方，这样便于各种多址模式的实现。频差则可以配置为8个不同的值。

可见，通过以上配置，上行频段的范围实际上是由配置的下行频段、上行带宽和上下行频差来确定的，这样使得上下行频段占用的频谱资源的配置可以具有不同的带宽，也可以具有不同的频差，变得非常灵活，从而可以充分地利用现有频谱中闲散的频段资源。

基于以上频谱分配策略，在无线接入设备中配置了当前使用的上下行频段所在频率、带宽和上下行频差后，需要将允许手持设备发射的上行频段的信息通知手持设备，手持设备得知后再根据自身能力进行接入，接入的具体流程如图3所示，包括以下步骤：

步骤110，无线接入设备根据预先配置的上行带宽和频差，取出编解码矩阵中相应的F_p，40，i向量，作为要广播的允许手持设备使用的上行频段的配置信息；

在本实施例中，上述上行带宽和频差的配置数据采用底层的Hadamard编码方式或者其它快速编码方式发送，Hadamard编码方式可以提高广播数据的编码和解码效率，同时保持较高的解码正确性。图2是该编码方式的编解码矩阵，按行分成5个组的向量，矩阵的第i行向量F_p，40，i的组号h＝i/8，i＝0～39，每组分别对应于前述五个带宽中的一个可取值。每个组中的行序号k作为可取的上下行频差的索引，k＝0～7。例如，当k＝0时可表示上下频差为3GPP R99的190MHz，根据部署情况可扩展使用其他7行来配置其它的频差值。该矩阵共有40个不同的向量，则本实施例对应的上行带宽和频差的组合也有40种，加之下行频段本身也可以灵活配置，使得实际可以配置的上行频段的组合可以更多。

步骤120，无线接入设备采用正交频分复用技术(OFDM)的通讯信号调制方式，在下行信道传送广播数据，该广播数据包括上行带宽以及上行相对于下行的频差的信息；

正交频分复用技术(OFDM)为结合时分多路复用(TDM)与频分多路复用(FDM)的二维多路复用技术，它提供了高速率数据传输的一种途径。由于OFDM使用多个很窄的子载波进行传输，其带宽伸缩性很大，便于灵活分配。诸如IEEE802.11a、IEEE802.16、IEEE802.20等标准都是基于OFDM技术。在另一实施例中，也可以采用其它带宽伸缩性大的类似正交频分复用的调制方式，如DFT-S-OFDM。

另外，本实施例采用BPSK(二进制相移键控)符号调制方式，对于要传送的向量F_p，40，I，将其40个比特分别映射到下行OFDM的第0个子载波到第39个子载波，位置为每1秒钟最后1个处理时间片的最后1个符号。

步骤130，手持设备搜索下行信号，完成同步，检测出下行带宽、扰码参数和下行频率下限等参数，并根据收到的信号解出广播信号中对应于F_p，40，I向量的接收序列，计算得到为其配置的上行带宽和频差；

假定该接收序列为X＝{x₀，x₁，...，x₃₉}，则其对应F_p，40，i向量的组号h和在组中的行序号k可以通过以下公式计算：

$\underset{l=0}{\overset{39}{\max }}(F_{p,40,i}\×X),$ 满足前式的l＝8h+k

根据手持设备上配置的h、k与上行带宽和频差的对应关系，就可以确定为手持设备配置的上行带宽和频差了。

步骤140，手持设备根据得到的上行带宽、频差和下行频率下限计算出允许的上行频段，然后判断该允许的范围和预先存储的射频模块的发射能力范围有重合部分，如果没有，则接入失败，结束，如果有，执行下一步；

允许发射的上行频段＝检测到的下行频率下限-频差+上行带宽。假定h对应的频宽为5MHz，k对应的上下行频差为190MHz，下行频率下限为200MHz，则允许的上行频段为10MHz～15MHz。射频模块的发射能力范围可以用n元组B＝{b₀，b₁，...b₁，...b_n}表示，b₁为某一具体频段。如果为B∩f≠Φ，Φ表示空集，则表示两者有重合部分，否则接入失败，退出。用户手持设备的上行发射能力取决于其滤波器组和频移调制装置的频段。

步骤150，手持设备在根据所述重合部分确定的上行频段上向网络发射连接请求消息，尝试接入，上行同样采用OFDM通讯信号调制方式；

步骤160，无线接入设备接收到所述请求消息后，如解析成功，则建立上行无线链路；

步骤170，上行无线链路建立成功后，手持设备根据确定的上行频段来进行上行同步，成功后，向无线接入设备发送上层信令消息，报告其最终确定的上行频段；

步骤180，无线接入设备解析上层消息，判断手持设备上报的上行频段是否为正确值，即是否在其配置的允许发射的上行频段范围内，如果是，执行下一步，否则拒绝接入，结束。

步骤190，无线接入设备向手持设备回应确认接入成功的上层信令，并存储手持设备上报的上行频段，作为无线资源调度的参考，结束。

为了实现上述方法，如图1所示，本实施例的无线接入设备至少包括频段配置单元、无线网络广播单元和上行接入判断单元，其中：

频段配置单元，配置有多组可选的上下行频段的参数，使用时从中选择出所需的上下行频段的相关参数，其中上行频段的配置信息至少包括上行带宽和上下行频差的值，带宽的可选值上文已经给出，这里不再重复。

无线网络广播单元，用于将上行频段的配置信息(即上行带宽和上下行频差的值)按Hadamard编码方式编码后在广播信道发送，发送时采用OFDM信号调制方式和BPSK符号调制方式。

上行信号接收及接入验证单元，用于接收手持设备的接入请求，建立上行无线链路，并验证接入是否合法，除目前正常的接入处理外，还判断手持设备发送的信令中上报的上行频段是否在其允许手持设备使用的上行频段上，如果不在，则拒绝接入，如果在，则可以接入，并存储上报的该上行频段作为无线资源调度的参考。

相应地，本实施例的手持设备进一步包括下行信号检测单元、广播数据解析单元、上行频段计算单元和上行接入处理及信号发射单元，其中：

下行信号检测单元，用于搜索下行信号，完成同步，检测出下行带宽、扰码参数和下行频率下限等参数。这个单元的功能和现有技术是一样的。

广播数据解析单元，用于根据收到的广播信号解出信号中对应于上行频段配置信息的接收序列，从而计算得到为其配置的上行带宽和频差。

上行频段计算单元，用于根据得到的上行带宽、频差和下行频率下限计算出允许的上行频段，然后将该允许的范围和预先存储的发射能力范围的重合部分作为最终确定发射的上行频段。

上行接入处理及信号发射单元，用于在确定的上行频段上采用OFDM通讯信号调制方式向网络发射连接请求消息，在上行无线链路建立成功后，完成上行同步，并用上层信令向无线接入设备报告最终确定的上行频段。

利用上面描述的实施例方法，本领域的技术人员很容易可以做出在频段数、分配策略、编码和解码方式、比特的映射位置、多址方式等变换，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。

例如：在另一实施例中，在通过广播传达对上行频谱的配置时，也可以直接将允许的上行频段f的数据编码发送到手持设备，而不是发送频差和带宽的配置数据，和现有技术相比频谱分配也更灵活。但是这样上行频段的组合方式有限，不如实施例中将下行频段、频差和上行带宽组合来得灵活，在组合方式数量相等时，实施例中广播的数据量也小。

例如，在另一实施例中，手持设备也可以不向无线接入设备上报确定的上行频段，按照目前正常的接入流程接入即可，所述上行信号接收及接入验证单元也无需变化。但上述实施例中的上报和验证处理可以使得接入确保极高的可靠性，避免上行误发射。

Claims (17)

1、一种可灵活利用频谱资源的频段分配和接入方法，包括以下步骤：

(a)在无线接入设备上配置通讯信道上下行的频段，上行使用比下行低的频段，且上行和/或下行的带宽和频差可以选用不同的值；

(b)无线接入设备将允许手持设备使用的上行频段的配置信息发送到手持设备；

(c)手持设备搜索下行信号，根据收到的信号获得所述上行频段的配置信息，然后计算出允许其发射的上行频段，当手持设备判断有能力在该频段上发射信号时，向无线接入设备发送连接建立请求；

(d)无线接入设备接收到所述请求后，如解析成功，则建立上行无线通道，完成接入过程。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)中，上行频段的配置信息是通过广播信道以广播数据的方式发送到手持设备。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上行和/或下行发送信号时均采用正交频分复用技术的通讯信号调制方式。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上行频段的配置信息包括允许手持设备使用的上行带宽和上下行频差，所述步骤(c)中，所述手持设备将检测到的下行频率下限减去所述上下行频差后，再加上所述上行带宽，得到允许其使用的上行频段。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述上行带宽和上下行频差的数据是采用快速编码方式发送的。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述上行带宽和上下行频差的数据是经过底层的Hadamard编码，将其对应到编码矩阵中的一个F_p，40，I向量后发送，i＝0～39，所述手持设备再从接收信号的相应序列中解码得到该向量，然后计算出该上行带宽和上下行频差，具体算法如下：

假定该接收序列为X＝{x₀，x₁，...，x₃₉}，则其对应F_p，40，i向量的组号h和在组中的行序号k可以通过以下公式计算： $\underset{l=0}{\overset{39}{\max }}(F_{p,\mathrm{40,1}}\×X),$ 令满足前式的l＝8h+k，则得到对应的h和k，根据手持设备上配置的h、k与上行带宽和频差的对应关系，就可以确定为手持设备配置的上行带宽和频差。

7、如权利要求1所述的方式，其特征在于，所述无线接入设备中配置了多个上行和/或下行带宽，这些带宽的值均为某个频段的2的幂次方。

8、如权利要求1和7所述的方式，其特征在于，所述无线接入设备中配置的多个上行和/或下行带宽为1.25MHz，2.5MHz，5MHz，10MHz，20MHz。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)中，手持设备通过判断所述允许的上行频段和预先存储的射频模块的发射能力范围是否有重合部分来判断是否有能力在该允许的频段上发送，如果有重合部分，则认为有能力，否则，认为没有能力发送，接入失败，结束。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)中，先建立上行无线链路，建立之后的接入过程还包括以下步骤：

(f)手持设备完成上行同步，向无线接入设备发送上层信令消息，报告其最终确定发射的上行频段；

(g)无线接入设备解析上层消息，判断手持设备上报的上行频段是否在其允许的频段上，如果是，执行下一步，否则，拒绝接入，结束；

(h)无线接入设备向手持设备回应确认接入成功的上层信令，存储手持设备上报的上行频段，结束。

11、一种可灵活利用频谱资源的频段分配和接入系统，包括无线接入设备和手持设备，所述无线接入设备至少包括频段配置单元、无线网络广播单元和上行信号接收及接入验证单元，所述手持设备至少包括下行信号检测单元、广播数据解析单元和上行接入处理及信号发射单元，其特征在于：

所述频段配置单元中配置有多组可选的上下行频段的信息，使用时从中选择出所需的上下行频段的相关参数；

所述无线网络广播单元用于将允许手持设备使用的上行频段的配置信息通过广播信道发送到手持设备；

所述广播数据解析单元，用于根据收到的广播信号解出信号中对应于上行频段的配置信息；

所述上行频段计算单元，用于根据得到的上行频段配置信息计算出允许上行发射的频段范围，并结合手持设备的发射能力，得到最终确定的上行发射的频段；

所述上行接入处理及信号发射单元用于在确定的上行频段上向网络发射连接请求消息，在上行无线链路建立成功后，完成上行同步和接入。

12、如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述上行接入处理及信号发射单元在完成上行同步后，还用上层信令向无线接入设备报告最终确定的上行频段，相应地，所述上行信号接收及接入验证单元还用于判断手持设备上报的所述上行频段是否在其允许手持设备使用的上行频段上，如果不在则拒绝接入。

13、如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述无线网络广播单元和上行接入处理及信号发射单元是采用正交频分复用技术的通讯信号调制方式。

14、如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述频段配置单元中配置的上行频段的相关参数包括上行带宽和上下行频差，所述上行频段计算单元在得到的该上行带宽和上下行频差的值后，还结合检测出的下行频率下限来计算出允许其发射的上行频段。

15、如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述无线网络广播单元对上行带宽和上下行频差的数据进行Hadamard编码，将其对应到编码矩阵中的一个F_p，40，I向量后发送，i＝0～39，所述上行频段计算单元从接收信号的相应序列中解码得到该向量后，计算出该上行带宽和上下行频差，具体算法如下：

假定该接收序列为X＝{x₀，x₁，...，x₃₉}，则其对应F_p，40，i向量的组号h和在组中的行序号k可以通过以下公式计算： $\underset{l=0}{\overset{39}{\max }}(F_{p,\mathrm{40,1}}\×X),$ 令满足前式的l＝8h+k，则得到对应的h和k，根据手持设备上配置的h、k与上行带宽和频差的对应关系，就可以确定为手持设备配置的上行带宽和频差。

16、如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述频段配置单元中为上下行频段配置了多个可选的带宽，且这些带宽的值均为某个频段的2的幂次方。

17、如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述频段配置单元中为上下行频段配置的多个可选的带宽为1.25MHz，2.5MHz，5MHz，10MHz，20MHz。

Images