CN1964222A - 无线中转通信系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线中转通信系统及方法。本发明所述系统包括BS(基站)、RS(中转站)和用户终端，所述方法主要包括：在BS物理层帧结构的下行子帧和上行子帧中分别设置下行中转区和上行中转区，在RS的FDD无线接收机的物理层帧结构的上行子帧中设置下行中转区，用于定义RS接收BS的下行中转区的中转数据时隙，在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构的下行子帧中设置上行中转区，用于定义RS接收BS的上行中转区的中转数据时隙；在BS、RS与用户终端之间基于所述设置的BS和RS的上、下行物理层帧采用FDD方式进行无线中转通信。利用本发明，可以在通信系统中实现基于单FDD无线收发机的RS的中转通信，可以有效地保证RS和BS、用户终端之间的中转通信，并可以有效地避免可能存在的各种干扰。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线中转通信系统及方法。
背景技术
IEEE 802.16为第一个宽带无线接入标准，该标准主要包括两个版本：一个为802.16标准的宽带固定无线接入版本802.16-2004，另一个为802.16标准的宽带移动无线接入版本802.16e。在802.16-2004标准中仅定义了两种网元，具体为BS(基站)和SS(用户站)；在802.16e标准中同样也仅定义了两种网元，具体为BS和MSS(移动用户站)。
目前802.16 Multihop Relay SG(802.16多跳中转研究组)仅提出了WiMAX(微波接入全球互通)的RS(中转站)的概念，所述的RS的一个重要的作用是作为BS与SS/MSS间的中转通信实体，从而扩大BS的覆盖范围或增加用户站的吞吐量。
在802.16标准中，对于授权频段，双工方式可以是FDD(频分双工)和TDD(时分双工)，FDD方式的SS(用户站)可以是半双工FDD。而对于免授权的频段，双工方式只能是TDD。全双工FDD方式的多址方式下行采用TDM(时分复用)，半双工SS的多址方式下行采用TDMA(时分多址)，TDD方式的多址方式下行只有TDM，上行都是采用TDMA。
在物理信道上传输的数据是以帧的格式来传输。每帧包括DL(下行子帧)和UL(上行子帧)。在TDD模式中，DL先传输，随后传输UL。在FDD模式中，DL和UL将同时传输。一个DL包含一个DL PHY PDU(下行物理层协议数据单元)，一个上行子帧包含按以下顺序排列的各个时隙：初始Ranging竞争时隙(Contention slot for initial ranging)、带宽请求竞争时隙(Contention slot for BW request)和一个或多个上行物理层协议数据单元(UL PHY PDU)，每个UL PHY PDU来自不同的SS(用户站)。
每个下行PHY PDU的开始是一个preamble(前导码)，用于物理同步；之后是FCH(帧控制头)、burst(突发)。FCH中包括DLFP(DL_Frame_Prefix，下行帧前缀)，用来指定紧随在FCH之后的一个或多个下行Burst的profile及其长度。
如果需要在当前下行帧中发送DL-MAP消息，则该消息将是跟在FCH后面的第一个MAC PDU(媒质接入控制层单元)。如果还需要在当前下行帧中发送UL-MAP消息，则该消息紧跟在DL-MAP或者DLFP后面。如果还需要在当前下行帧中发送DCD和UCD消息，则它们将紧跟在DL-MAP和UL-MAP后面。DL-MAP、DL-MAP、DCD和UCD将在DL Burst#1中发送。其它burst的位置和profile由DL-MAP指定。如果是OFDM(正交频分复用)物理层的DL PHY burst，为了得到OFDM符号的整数倍，有效的载荷后面不足的会用OxFF字节来补充(Pad)。在TDD系统中，TTG和RTG会插在上下行子帧交替的时候，以留出一段时间让BS完成收发交替。FDD模式下的802.16OFDM(或SC)帧结构如图1所示。
现有技术的RS和BS、MS/SS的高级中转通信模式结构示意图如图2所示，RS和BS、MS/SS间采用TDM-OFDM-FDD方式通信，BS和RS下行采用频率f2，BS和RS上行采用频率f1；MS/SS通过RS进行无线中转接入BS，RS作为一个MS/SS接入BS。
在图2中，所述的RS需有两套FDD无线收发机，即图2中FDD收发机1和FDD收发机2，具体为：第一套发射机TX1工作于频率f1，接收机RX1工作于频率f2；第二套发射机TX2工作于频率f2，接收机RX2工作于频率f1。
另外，在图2中，DLBS为BS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSBS或RS，ULBS为BS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSBS或RS到BS，SS/MSBS、RS的第二套无线收发机和BS保持收发帧同步；DLRS为RS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSRS或RS，ULRS为RS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSRS或RS到BS，SS/MSRS和RS的第一套无线收发机保持收发帧同步。
上述高级中转通信模式的缺点为：
1、RS需有两套FDD无线收发机，结构复杂，成本高。
2、在FDD通信模式下，网络系统通信可能会存在如图3(a)-(d)所示的4种情况的相互干扰。其中，TX表示发送模块，RX表示接收模块。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线中转通信系统及方法，从而可以在通信系统中实现基于单FDD无线收发机的RS的中转通信，并可以有效地避免可能存在的各种干扰。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种无线中转通信系统，包括基站BS、中转站RS和用户终端，该RS分别提供有与BS和用户终端通信的接口，且在该RS中包括一个频分双工FDD无线收发机，该FDD无线收发机以FDD方式同BS和用户终端进行无线通信，所述RS中的FDD无线收发机上行和BS中的FDD无线收发机下行采用相同的频率，RS中的FDD无线收发机下行和BS中的FDD无线收发机上行采用相同的频率。
所述的RS包括：
FDD无线发射机物理层处理单元：分别与RS中的FDD无线接收机物理层处理单元或RS中的FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的BS或用户终端中的无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机物理层处理单元：分别与RS中的FDD无线发射机物理层处理单元或RS中的FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的BS或用户终端中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信。
所述的RS包括：
FDD无线收发机数据链路层处理单元：将接收到的来自FDD无线接收机物理层处理单元的数据，作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给FDD无线发射机物理层处理单元。
所述的BS包括：
有线传输处理单元：与上一级设备或分别与一组基站设备建立通信，并与该上一级设备或各基站设备之间进行信息的交互；
FDD无线发射机物理层处理单元：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS或属于BS的用户终端中的无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机物理层处理单元：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS或属于BS的用户终端中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线收发机数据链路层处理单元：将接收到的来自FDD无线接收机物理层处理单元的数据作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给有线传输处理单元，将接收到的来自有线传输处理单元元的数据作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给FDD无线接收机物理层处理单元。
所述的用户终端包括：
FDD无线发射机物理层处理单元：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机物理层处理单元：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线收发机数据链路层处理单元：对来自FDD无线接收机物理层处理单元或用户的数据，作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给用户或FDD无线发射机物理层处理单元。
所述的BS、RS和用户终端之间基于正交频分复用OFDM进行中转通信。
一种基于上述系统的实现无线中转通信的方法，包括：
A、在基站BS物理层帧结构的下行子帧和上行子帧中采用时分复用TDM方式分别设置下行中转区和上行中转区，在中转站RS的FDD无线接收机的物理层帧结构的上行子帧中设置下行中转区，用于定义RS接收BS的下行中转区的中转数据时隙，在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构的下行子帧中设置上行中转区，用于定义RS接收BS的上行中转区的中转数据时隙；
B、在BS、RS与用户终端之间基于所述设置的BS和RS的上、下行物理层帧采用FDD方式进行无线中转通信。
所述的步骤A包括：
所述BS的下行中转区和RS的FDD无线接收机的下行中转区的时隙和频率关系必须一一对应，所述BS的上行中转区和RS的FDD无线发射机的上行中转区的时隙和频率关系必须一一对应，所述在BS和RS中设置的上行和下行中转区在每帧中选择设置；
当存在至少两个RS时，该至少两个RS采用时分复用TDM方式共享下行或上行中转区。
所述的步骤A还包括：
在BS的上行中转区对应的期间内，属于BS的用户终端不安排任何发送时隙，在BS的下行中转区对应的期间内，属于RS的用户终端不安排任何发送时隙。
所述的步骤A还包括：
在BS的物理层帧结构的下行子帧中设置下行中转广播时隙，用于定义由BS广播给RS的下行时隙；
在RS的FDD无线接收机的物理层帧结构的上行子帧中设置下行中转广播接收时隙，用于定义接收BS下行中转广播时隙的RS上行时隙；
所述在BS中设置的下行中转广播时隙和在RS中设置的下行中转广播接收时隙在每帧中选择设置。
所述的步骤A还包括：
在BS和RS的物理层帧结构的下行子帧中定义下行干扰时隙，用于定义BS和RS各自覆盖区域中的下行数据时隙，所述的各自覆盖的区域包括仅由BS和RS各自覆盖的重叠区域，或者，包括由BS和RS各自覆盖的不重叠区域以及BS和RS各自覆盖的重叠区域；
所述在BS和RS中设置的下行干扰时隙在每帧中选择设置。
所述的步骤A还包括：
所述的BS的上行干扰时隙不能与RS的FDD无线发射机的下行干扰时隙在时隙上相重叠；
当有至少两个RS时，该至少两个RS采用TDM的方式共享所述下行干扰时隙。
所述的步骤A还包括：
在BS的物理层帧结构的下行子帧中定义下行子帧头时隙，该下行子帧头时隙为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的时隙和发送指示信息的时隙，以指示BS物理层帧结构下行子帧和上行子帧的各时隙的位置和使用方法profile。该下行子帧头时隙在每帧中都设置。
所述的步骤A还包括：
当BS无法与RS覆盖下的用户终端直接通信时，在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构的下行子帧中定义下行子帧头时隙，该下行子帧头时隙为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的时隙和发送指示信息的时隙，以指示RS物理层帧结构下行子帧和上行子帧的各时隙的位置和使用方法profile。该下行子帧头时隙在每帧中都设置。
所述的步骤A还包括：
当BS无法与RS覆盖下的用户终端直接通信时，所述在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构的下行子帧中定义的下行子帧头时隙在时间上滞后于所述在BS的物理层帧结构的下行子帧中定义的下行子帧头时隙；
或者，
当BS无法与RS覆盖下的用户终端直接通信时，所述在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构的下行子帧中定义的下行子帧头时隙在时间上滞后于所述在BS的物理层帧结构的下行子帧中定义的下行子帧头时隙，不能互相重叠，并且位于BS的物理层帧结构的上行子帧的下行无干扰时隙内。
所述的步骤A还包括：
当存在至少两个RS时，RS的下行帧头时隙不能与其他RS的下行帧头时隙和下行干扰时隙重叠，
或，
当存在至少两个RS时，不同RS的下行帧头时隙在时间上重叠，且要求完全重叠同步，下行帧头时隙内容必须相同，RS的下行帧头时隙不能与其他RS的下行干扰时隙重叠。
所述的步骤A还包括：
在RS的FDD无线接收机的物理层帧结构中设置下行子帧头接收时隙，用于定义接收BS的下行子帧头时隙的时隙，该下行子帧头接收时隙和所述BS的下行子帧头时隙的时隙关系完全重叠同步，该下行子帧头接收时隙在每帧中选择设置。
所述的步骤A还包括：
在BS和RS FDD无线收发机中的上行子帧中设置上行干扰时隙，用于定义BS和RS各自覆盖区域下的上行数据时隙，所述的各自覆盖的区域包括仅由BS和RS各自覆盖的重叠区域，或者，包括由BS和RS各自覆盖的不重叠区域以及BS和RS各自覆盖的重叠覆盖的区域；
所述在BS和RS中设置的上行干扰时隙在每帧中选择设置。
所述的步骤A还包括：
所述BS的下行干扰时隙不能与RS的FDD无线接收机的上行干扰时隙在时隙上相重叠，在存在至少两个RS的情况下，该至少两个RS采用TDM的方式共享上行干扰时隙。
所述的步骤A还包括：
在BS的物理层帧结构的上行子帧中设置上行竞争时隙，该上行竞争时隙中包含初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙，该上行竞争时隙在每帧中都设置。
所述的步骤A还包括：
当BS无法与RS覆盖区域中的用户终端直接通信时，在RS的FDD无线接收机的物理层帧结构的上行子帧中设置上行竞争时隙，该上行竞争时隙中包含初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙，该上行竞争时隙在每帧中都设置。
所述的步骤A还包括：
在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构中设置上行竞争发送时隙，用于定义RS发送的用于竞争BS的上行竞争时隙的时隙，该上行竞争发送时隙和所述BS的上行竞争时隙的频率关系必须完全重叠，且严格同步，该上行竞争发送时隙在每帧中选择设置。
所述的步骤A还包括：
在BS的物理层帧结构的下行帧或上行帧中，或者，在RS FDD无线收发机的下行帧或上行帧中，设置下行无干扰时隙或上行无干扰时隙，用于定义仅由BS或RS各自覆盖的不重叠区域的下行或上行数据时隙。
所述BS的上行无干扰时隙与RS的下行无干扰时隙在时隙上可互相重叠，所述BS的下行无干扰时隙与RS的上行无干扰时隙在时隙上可互相重叠。
所述的步骤B具体包括：
在BS、RS和用户终端之间基于设置的BS和RS的上、下行物理层帧中包含的上下行中转区、下行中转广播时隙、下行中转广播接收时隙、上下行干扰时隙、下行子帧头时隙、下行子帧头接收时隙、上行竞争时隙、上行竞争发送时隙进行消息的交互，实现无线中转通信。
所述的BS、RS和用户终端之间基于OFDM进行中转通信。
一种基于TDM/时分复用接入TDMA-FDD实现无线中转通信的方法，包括：
由BS到用户终端的下行通信过程：
C、BS在BS的下行子帧中向RS发送数据，RS通过RS的FDD无线接收机接收所述数据；
D、RS通过RS的FDD无线发射机的下行子帧转发所述接收到的数据给用户终端；
由用户终端到BS的上行通信过程：
E、用户终端在除BS的上行中转区对应期间外的时隙发送上行通信数据，RS接收该数据；
F、RS通过下行子帧的上行中转区发送上行中转通信数据给BS，BS在上行子帧中接收该上行中转通信数据。
所述的步骤C具体包括：
C1、BS在下行子帧的下行子帧头中发送前导码，RS通过RS的FDD无线接收机的下行子帧头接收时隙接收该前导码，和BS取得同步；
C2、BS在下行子帧中发送了所述前导码后，发送FCH、DL-MAP和UL-MAP信息，RS通过RS的FDD无线接收机的下行子帧头接收时隙接收该FCH、DL-MAP和UL-MAP信息，获得BS下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile信息；
C3、BS利用下行子帧的下行中转区的下行中转广播发送广播消息，BS在下行子帧的下行中转区的下行中转RS中发送下行中转通信数据给RS，RS通过RS的FDD无线接收机的下行中转广播时隙接收所述广播消息，RS通过RS的FDD无线接收机的下行中转区接收所述下行中转通信数据。
所述的步骤D具体包括：
D1、在RS的FDD无线发射机的下行子帧的下行子帧头中发送前导码，用户终端接收该前导码，和RS取得同步；
D2、RS的FDD无线发射机在下行子帧中发送FCH、DL-MAP、UL-MAP信息，该FCH、DL-MAP、UL-MAP信息可以由BS发送给RS，用户终端接收该FCH、DL-MAP、UL-MAP信息，获得RS下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile；
D3、RS的FDD无线发射机在下行子帧的除下行子帧头、下行中转区外的时频区间发送下行中转通信数据给用户终端，所述的中转通信数据由BS发送给RS的FDD无线发射机，用户终端从相应时频区间接收该下行中转通信数据；
或
D4、用户终端接收BS的下行子帧的下行子帧头中的前导码，与BS取得同步，用户终端接收BS的下行子帧的下行子帧头中的FCH、DL-MAP和UL-MAP信息，获得BS和RS的下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile信息；
D5、RS的FDD无线发射机在下行子帧中，在除下行子帧头、下行中转区外的时频区间发送下行中转通信数据给用户终端，所述的中转通信数据由BS发送给RS的FDD无线发射机，用户终端从相应时频区间接收该下行中转通信数据。
所述的步骤E具体包括：
E1、用户终端接收到所述FCH、DL-MAP、UL-MAP信息后，获得RS的FDD无线发射机的下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile信息，用户终端在RS的FDD无线接收机的上行子帧中，在除BS的上行中转区对应期间外的时隙发送上行通信数据给RS，RS的FDD无线接收机从相应时隙接收该上行通信数据；
或
E2、用户终端接收到所述BS的下行子帧的下行子帧头的FCH、DL-MAP、UL-MAP信息后，获得BS和RS的下行和上行各个burst的时隙和使用方法profile信息，用户终端在RS的FDD无线接收机的上行子帧，在除BS的上行中转区对应期间外的时隙发送上行通信数据给RS，RS的FDD无线接收机从相应时隙接收该上行通信数据。
所述的步骤F具体包括：
F1、RS的FDD无线接收机通过RS的上行子帧的上行子帧头接收时隙接收BS的下行子帧的下行子帧头的FCH、DL-MAP和UL-MAP信息，获得BS下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile信息；
F2、RS的FDD无线发射机在RS的下行子帧的上行中转区的上行中转RS中发送上行中转通信数据给BS，该中转通信数据由BS发送给RS，BS在上行子帧的上行中转区的上行中转RS中接收该上行中转通信数据。
所述的BS、RS和用户终端之间基于正交频分复用OFDM进行中转通信。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过引入FDD、TDM与OFDM(或SC)相结合的机制，定义BS和RS的物理层帧结构，和现有技术相比，具有如下优点：
1、支持OFDM(或SC)无线高级中转通信模式，即MS/SS可以通过RS进行无线中转接入BS。
2、支持OFDM(或SC)无线简化中转通信模式，即BS的下行数据报文或除DL-MAP、UL-MAP外的消息报文，可以通过RS进行中转。BS的上行时隙，除初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙外，可以通过RS进行中转。
3、RS只需一套FDD无线收发机，即可有效保证RS和BS、MS/SS间在FDD/TDM/TDMA方式的通信，结构简单，成本低。
4、可避免现有技术中RS到SS/MSBS、BS到SS/MSRS、SS/MSBS到RS、SS/MSRS到BS和RS到RS的自身干扰。
5、可避免RS到SS/MSRS的干扰。
6、可避免SS/MSBS到BS、SS/MSRS到RS、SS/MSRS到SS/MSBS、SS/MSBS到SS/MSRS的干扰。
附图说明
图1为基于FDD的通信系统中的802.16 OFDM(或SC)帧结构示意图；
图2为现有技术的RS和BS、MS/SS的高级中转通信模式结构示意图；
图3为现有技术的基于双FDD的通信系统中可能存在的同频干扰模式示意图；
图4为本发明所述无线中转通信系统中，下行单RS情况下的RS和BS、MS/SS的通信系统模型示意图；
图5为本发明所述无线中转通信系统中，上行单RS的情况下的RS和BS、MS/SS的通信系统模型示意图；
图6为本发明所述无线中转通信系统中，多RS情况下的RS和BS、MS/SS的通信系统模型示意图；
图7为本发明所述基于单FDD的通信系统中可能存在的同频干扰模式示意图；
图8为本发明所述的RS和BS、MS/SS的高级中转通信模式示意图；
图9为本发明所述的RS和BS、MS/SS的简化中转通信模式示意图；
图10为本发明所述的RS和BS、MS/SS的中转通信系统的功能框架示意图；
图11为本发明所述实现方案1中的高级中转通信模式下的BS和RS的物理层帧结构示意图；
图12为本发明所述实现方案1中的简化中转通信模式下的BS和RS的物理层帧结构示意图；
图13为本发明所述的实现方案2中一种高级中转通信模式下的BS和RS的物理层帧结构的实施例示意图；
图14为本发明所述的实现方案3中一种高级中转通信模式下的BS和RS的物理层帧结构的实施例示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种无线中转通信系统及方法，在该无线中转通信系统中RS和BS、MS/SS的通信系统模型如图4、图5和图6所示，图4为下行单RS的情况，图5为上行单RS的情况，图6则为多RS的情况。在该通信系统模型中，RS和BS、MS/SS间采用FDD/TDM(时分复用)/TDMA(时分复用接入)方式进行通信。
BS下行和RS上行采用频率f1，BS上行和RS下行采用频率f2；RS作为一个MS/SS接入BS，MS/SS通过RS进行无线中转接入BS。在FDD模式下，网络系统通信存在如图7(a)-(d)所示的4种情况的相互干扰。其中，TX表示发送模块，RX表示接收模块。
为便于后续描述，在上述图4、图5和图6所示的三种通讯系统模型中，将BS的覆盖区域分成3个区：
1、“1”区：仅BS能下行覆盖，在该区域中，不存在“RS到属于BS的MS/SS(图4中为MSBS)”的干扰；
2、“3”区：仅RS能下行覆盖，在该区域中，不存在“BS到属于RS的MS/SS(图4中为MSRS)”的干扰；
3、“2”区：BS和RS都能下行覆盖，在该区域中，存在“RS到SS/MSRS”和“BS到SS/MSRS”的干扰。在图6中，BS和RS1的重叠区为RS1的“2”区，而BS和RS2的重叠区为RS2的“2”区。
在上述图4、图5和图6所示的三种通讯系统模型中，将RS的覆盖区域分成3个区：
1、“11”区：仅BS能上行覆盖，在该区域中，不存在“SS/MSRS到BS”的干扰；
2、“33”区：仅RS能上行覆盖，在该区域中，不存在“SS/MSBS到RS”的干扰；
3、“22”区：BS和RS都能上行覆盖，在该区域中，存在“SS/MSBS到RS”和“SS/MSBS到BS”的干扰。在图6中，BS和RS1的重叠区为RS1的“22”区，而BS和RS2的重叠区为RS2的“22”区。
本发明提供的RS和BS、MS/SS的高级中转通信模式，如图8所示，RS和BS、MS/SS间采用FDD/TDM/OFDM方式通信，BS下行和RS上行采用频率f1，BS上行和RS下行采用频率f2；RS作为一个MS/SS接入BS，MS/SS通过RS进行无线中转接入BS。
在图8中，所述的RS只需要一套FDD无线收发机，DLBS为BS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSBS或RS，ULBS为BS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSBS或RS到BS，SS/MSBS和BS保持收发帧同步；DLRS为RS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSRS或RS，ULRS为RS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSRS或RS到BS，SS/MSRS和RS保持收发帧同步。
本发明提供的RS和BS、MS/SS的简化中转通信模式，如图9所示。BS下行和RS上行采用频率f1，BS上行和RS下行采用频率f2，RS只需有一套FDD无线收发机。DLBS为BS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSBS或RS，ULBS为BS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSBS或RS到BS；SS/MSBS或SS/MSRS和BS保持收发帧同步。DLRS为RS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSRS或RS，ULRS为RS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSRS或RS到BS。其中，DLBS的Broadcast Burst(下行广播突发)，如Preamble、FCH、DL-MAP、UL-MAP，直接由BS发给MS/SS，不通过RS中转；ULBS的上行随机接入(Random Access)时隙(或称为竞争时隙Contemtion slot)，如初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙，直接由MS/SS发给BS，不通过RS中转；对于DLBS的下行其它突发，如数据报文或除DL-MAP、UL-MAP外的消息报文，不能直接由BS发给MS/SS，必须通过RS中转；ULBS的上行其它时隙，如除初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙外的时隙，不能直接由MS/SSRS发给BS，必须通过RS中转交互。
本发明提供的无线中转通信系统的功能框架如图10所示，该无线中转通信系统包括BS、RS和SS/MS的。
其中BS包括：
有线传输处理单元：能够与上一级设备(如基站控制器)或分别与一组基站设备建立通信，并与上一级设备或各基站设备之间进行信息的交互；
FDD无线收发机：用于同RS或SS/MS以FDD方式进行无线通信，由FDD无线发射机物理层处理单元、FDD无线接收机物理层处理单元和FDD无线收发机数据链路层处理单元组成。
其中，FDD无线发射机物理层处理单元(频率为f1)：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS或属于BS的SS/MS中的无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
其中，FDD无线接收机物理层处理单元(频率为f2)：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS或属于BS的SS/MS中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
其中，FDD无线收发机数据链路层处理单元：将接收到的来自FDD无线接收机物理层处理单元的数据作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给有线传输处理单元。将接收到的来自有线传输处理单元元的数据作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给FDD无线接收机物理层处理单元。
RS包括：
FDD无线收发机：用于同BS或SS/MS以FDD方式进行无线通信，由FDD无线发射机物理层处理单元、FDD无线接收机物理层处理单元和FDD无线收发机数据链路层处理单元组成。
FDD无线发射机物理层处理单元(频率为f2)：分别与RS中的FDD无线收发机数据链路层或RS中的FDD无线接收机物理层处理单元及可与其通信的BS或SS/MS中的无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机物理层处理单元(频率为f1)：分别与RS中的FDD无线收发机数据链路层或RS中的FDD无线发射机物理层处理单元及可与其通信的BS或SS/MS中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线收发机数据链路层处理单元：对来自FDD无线接收机物理层处理单元的数据，作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给FDD无线发射机物理层处理单元。
SS/MS包括：
FDD无线收发机：用于同RS以FDD方式进行无线通信，由FDD无线发射机物理层处理单元、FDD无线接收机物理层处理单元和FDD无线收发机数据链路层处理单元组成。
FDD无线发射机物理层处理单元(频率为f1)：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机物理层处理单元(频率为f2)：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线收发机数据链路层处理单元：对来自FDD无线接收机物理层处理单元或用户的数据，作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给用户或FDD无线发射机物理层处理单元。
本发明为实现基于RS的中转通信，需要设置合理的BS和RS的物理层帧结构，从而保证中转通信过程能够可靠地实现，同时，还可以有效地避免图7中可能存在的各种干扰。
为实现基于RS的中转通信功能，本发明提供了BS和RS的物理层帧结构的三种实现方案，下面分别介绍该三种方案的具体实现方式。
在BS和RS的物理层帧结构的实现方案1中需要进行如下的设置：
1、在BS的物理层帧结构的频率为f1的DLBS(下行子帧)中设置DLRelay Zone(下行中转区)，用于定义由BS传给RS的BS下行中转数据时隙。对于图6所示的多RS的情况，多RS采用TDM的方式共享DL RelayZone。
2、在RS频率为f1的RX(FDD无线接收机)的物理层帧结构的ULRS(上行子帧)设置DL Relay Zone，用于定义RS接收BS的DL Relay Zone的中转数据时隙。对于图6所示的多RS的情况，多RS采用TDM的方式共享DL RelayZone。
3、在BS的物理层帧结构的频率为f2的ULBS(上行子帧)中增加ULRelay Zone(上行中转区)，用于定义将由RS传给BS的BS上行中转数据时隙。对于图6所示的多RS的情况，多RS采用TDM的方式共享UL RelayZone。
4、在RS的频率为f2的TX(FDD无线发射机)的物理层帧结构的DLBS设置UL Relay Zone，用于定义RS接收BS的UL Relay Zone的中转数据时隙。对于图6所示的多RS的情况，多RS采用TDM的方式共享UL Relay Zone。
5、BS的DL Relay Zone和RS的RX的DL Relay Zone的时隙和频率关系必须一一对应。BS的UL Relay Zone和RS的TX的UL Relay Zone的时隙和频率关系必须一一对应。
6、在BS的UL Relay Zone对应的期间内，SS/MSBS不安排任何发送时隙，避免SS/MSBS到BS的干扰。在BS的DL Relay Zone对应的期间，SS/MSRS不安排任何发送时隙，避免SS/MSRS到RS的干扰。
7、在BS的物理层帧结构的频率为f1的DLBS的DL Relay Zone中设置DLRB(DL Relay Broadcast Slot，下行中转广播时隙)，用于定义由BS广播给RS的下行时隙和广播802.16标准定义的DCD、UCD、FPC(快速功率控制)、CLK_CMP(时钟比较)广播报文。
8、在RS的频率为f1的RX的物理层帧结构的ULRS的DL Relay Zone中设置DL RB(DL Relay Broadcast RX Slot，下行中转广播接收时隙)，用于定义接收BS下行中转广播时隙的RS上行时隙和接收802.16标准定义的DCD、UCD、FPC、CLK CMP广播报文。
9、在BS的物理层帧结构的频率为f1的DLBS中定义DL Interference Slot(下行干扰时隙)，用于定义BS下行覆盖“1区”和“2区”的BS下行数据时隙。
10、在RS的频率为f2的TX的物理层帧结构的DLRS中定义DLInterference Slot，用于定义RS下行覆盖“1区”和“2区”的RS下行数据时隙。对于图6所示的多RS的情况，多RS采用TDM的方式共享DL InterferenceSlot，避免RS到SS/MSRS的干扰。
11、BS的UL Interference Slot不能与RS的TX的DL Interference Slot在时隙上相重叠，避免SS/MSBS到SS/MSRS的干扰。
12、在BS的物理层帧结构的频率为f1的DLBS中定义DL Header Slot(下行子帧头时隙)，该DL Header Slot为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的时隙和发送指示信息的时隙，以指示BS物理层帧结构下行子帧和上行子帧的各时隙的位置和使用方法profile。该信息包括原802.16 OFDM(或SC)帧中的preamble、FCH burst及由DLFP指定的紧随在FCH之后的一个或多个下行Burst(包括DL-MAP、UL-MAP)，SS/MSBS、RS和BS保持收发帧同步。
13、在上面所述的高级中转通信模式中，在RS的频率为f2的TX的物理层帧结构的DLRS中定义DL Header Slot，该DL Header Slot为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的时隙和发送指示信息的时隙，以指示RS物理层帧结构下行子帧和上行子帧的各时隙的位置和使用方法profile。该信息包含原802.16 OFDM(或SC)帧中的preamble、FCH burst及由DLFP指定的紧随在FCH之后的一个或多个下行Burst(包括DL-MAP、UL-MAP)，SS/MSRS和RS保持收发帧同步。
14、在上面所述的高级中转通信模式中，RS的TX的DL Header Slot在时间上滞后于BS的DL Header Slot。
15、在上面所述的高级中转通信模式中，RS的TX的DL Header Slot在时间上不能和其它RS的TX的物理层帧结构的DLRS的DL Header Slot、DLInterference Slot重叠，以避免RS到SS/MSRS的干扰。在特殊情况下，如果不同RS TX的DL Header Slot在时间上重叠，则必须完全重叠，严格同步，且其内容必须相同，避免“RS到SS/MSRS”的干扰。
16、在RS的频率为f1的RX的物理层帧结构的中设置DL Header RX Slot(下行子帧头接收时隙)，用于定义接收BS的DL Header Slot的时隙。
17、BS的DL Header Slot和RS的RX的DL Header RX Slot的时隙关系必须完全重叠，且严格同步。
18、在BS的物理层帧结构的频率为f2的ULBS中定义UL Interference Slot(上行干扰时隙)，用于定义BS上行覆盖“11区”和“22区”的BS上行数据时隙。
19、在RS的频率为f1的RX的物理层帧结构的ULRS中定义ULInterference Slot，用于定义RS上行覆盖“33区”和“22区”的RS上行数据时隙。对于图6所示的多RS的情况，多RS采用TDM的方式共享ULInterference Slot，以避免SS/MSRS到RS的干扰。
20、BS的DL Interference Slot不能与RS的RX的UL Interference Slot在时隙上相重叠，以避免SS/MSRS到SS/MSBS的干扰。
21、在BS的物理层帧结构的频率为f2的ULBS中定义UL Contention Slot(上行竞争时隙)，该UL Contention Slot中包含原802.16 OFDM(或SC)帧中的初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙。
22、在上面所述的高级中转通信模式中，在RS的频率为f1的RX的物理层帧结构的ULRS中定义UL Contention Slot，该UL Contention Slot中包含原802.16 OFDM(或SC)帧中的初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙。
23、在RS的频率为f2的TX的物理层帧结构的中设置UL Contention TXSlot(上行竞争发送时隙)，用于定义RS发送的用于竞争BS的ULContention Slot的时隙。
24、BS的UL Contention Slot和RS的TX的UL Contention TX Slot的时隙和频率关系必须完全重叠，且严格同步。
25、除DL Header Slot、UL Contention Slot外，上述定义的Slot或Zone不一定每帧都必须存在。
根据上述提供的物理层帧结构，本发明还提供了一种BS和RS的物理层帧结构的具体实施方式，如图11和图12所示，其中，图11为高级中转通信模式下的BS和RS的物理层帧结构示意图，图12为简化中转模式下的BS和RS的物理层帧结构示意图。图11和图12中，RS、BS的发送和接收频率以图中帧最左端的频率标注为准。
下面将对图11和图12中具体帧结构进行描述：
BS的下行子帧DLBS和RS的TX的下行子帧DLRS中的“黑色箭头所指的黑色时隙”为DL Header Slot，BS的上行子帧ULBS和RS的RX的上行子帧ULRS中的“黑色箭头所指的黑色时隙”为UL Contention Slot，RS的TX中的白色箭头所指的白色时隙”)为UL Contention TX Slot，RS的RX中的“白色箭头所指的白色时隙”为DL Header RX Slot。
BS的下行子帧DLBS中的“TX时隙”为DL Interference Slot(BS下行覆盖“1区”和“2区”)，BS的上行子帧ULBS中的“RX时隙”为ULInterference Slot(BS上行覆盖“11区”和“22区”)，RS的TX下行子帧DLRS中的“TX时隙”为DL Interference Slot(RS下行覆盖“3区”和“2区”)，RS的RX的上行子帧ULRS中的“RX时隙”为UL Interference Slot(RS上行覆盖“33区”和“22区”)。
BS的DL Relay Zone安排在BS的下行子帧DLBS的DL Header Slot之后，BS的UL Relay Zone安排在BS的下行子帧DLBS的UL Contention Slot之后。BS的DL Relay Zone和RS的RX的DL Relay Zone的时隙和频率关系一一对应；BS的UL Relay Zone和RS的TX的UL Relay Zone的时隙和频率关系一一对应；在BS的UL Relay Zone对应的期间，SS/MSBS不安排任何发送时隙；在BS的DL Relay Zone对应的期间，SS/MSRS不安排任何发送时隙。
BS的DL Interference Slot不能与RS的RX的UL Interference Slot在时隙上相重叠，BS的UL Interference Slot不能与RS的TX的DL Interference Slot在时隙上相重叠。
对于图6所示的多RS的情况，多RS采用TDM的方式共享DL Relay Zone(即DL RB、DL Relay R#1、#2...部分)、UL Relay Zone(即UL RelayR#1，#2...部分)、DL Interference Slot和UL Interference Slot。
在本发明提供的BS和RS的物理层帧结构的实现方案2中需要进行如下的设置：
在上述实现方案1的特征1到25中，实现方案2有如下一个特征和实现方案1不同：
14、在上面所述的高级中转通信模式中，RS的TX的DL Header Slot在时间上滞后于BS的DL Header Slot，且它们互相不能重叠。RS的TX的DLHeader Slot在时间上必须位于BS的物理层帧结构的上行子帧ULBS的UL Non-Interference Slot内。
另外，实现方案2要新增如下六个特征：
26、在BS的物理层帧结构的频率为f1的下行子帧DLBS中增加DL Non-Interference Slot(下行无干扰时隙)，用于定义BS下行覆盖“1区”的BS下行数据时隙。
27、在RS的频率为f2的FDD无线发射机TX的物理层帧结构的下行子帧DLRS中增加DL Non-Interference Slot，用于定义RS下行覆盖“3区”的RS下行数据时隙。
28、所述BS的UL Non-Interference Slot与RS的DL Non-InterferenceSlot在时隙上可相重叠。
29、在BS的物理层帧结构的频率为f2的上行子帧ULBS中增加“UL Non-Interference Slot(上行无干扰时隙)，用于定义BS上行覆盖“11区”的BS上行数据时隙。
30、在RS的频率为f1的FDD无线接收机RX的物理层帧结构的上行子帧ULRS中增加UL Non-Interference Slot，用于定义RS上行覆盖“33区”的RS上行数据时隙。
31、所述BS的DL Non-Interference Slot与RS的RX的UL Non-Interference Slot在时隙上可互相重叠。
根据上述提供的实现方案2的物理层帧结构，本发明还提供了一种高级中转通信模式下的BS和RS的物理层帧结构的具体实施方式，如图13所示，其中，RS、BS的发送和接收频率以图中帧最左端的频率标注为准。
下面将对图13中具体帧结构进行描述：
BS的下行子帧DLBS和RS的TX的下行子帧DLRS中的“黑色箭头所指的黑色时隙”为DL Header Slot，BS的上行子帧ULBS和RS的RX的上行子帧ULRS中的“黑色箭头所指的黑色时隙”为UL Contention Slot。RS的TX中的“白色箭头所指的白色时隙”为UL Contention TX Slot，RS的RX的“白色箭头所指的白色时隙”为DL Header RX Slot。
BS的下行子帧DLBS中的“TX时隙”为DL Non-Interference Slot(BS下行覆盖“1区”)，“TX时隙”为DL Interference Slot(BS下行覆盖“1区”和“2区”)。BS的上行子帧ULBS中的“RX时隙”为UL Non-InterferenceSlot(BS上行覆盖“11区”)，“RX时隙”为UL Interference Slot(BS上行覆盖“11区”和“22区”)。RS的TX的下行子帧DLRS中的“TX3时隙”为DL Non-Interference Slot(RS下行覆盖“3区”)，“TX时隙”为DLInterference Slot(RS下行覆盖“3区”和“2区”)。RS的RX的上行子帧ULRS中的“RX3时隙”为UL Non-Interference Slot(RS上行覆盖“33区”)，“RX时隙”为UL Interference Slot(RS上行覆盖“33区”和“22区”)。
BS的DL Relay Zone安排在BS的下行子帧DLBS的DL Header Slot之后，BS的UL Relay Zone安排在BS的下行子帧DLBS的UL Contention Slot之后。BS的DL Relay Zone和RS的RX的DL Relay Zone的时隙和频率关系一一对应；BS的UL Relay Zone和RS的TX的UL Relay Zone的时隙和频率关系一一对应；在BS的UL Relay Zone对应的期间，SS/MSBS不安排任何发送时隙；在BS的DL Relay Zone对应的期间，SS/MSRS不安排任何发送时隙。
BS的DL Interference Slot不能与RS的RX的UL Interference Slot在时隙上相重叠，BS的UL Interference Slot不能与RS的TX的DL Interference Slot在时隙上相重叠。
对于简化模式，其物理层帧结构和上述高级中转通信模式下的物理层帧结构的区别在于：图13中的RS TX下行子帧DLRS的DL Header Slot和RS RX上行子帧ULRS的UL Contention Slot不存在，其余雷同。
在本发明提供的BS和RS的物理层帧结构的实现方案3中需要进行如下的设置：
在上述实现方案2的特征1到31中，实现方案3有如下四个特征和实现方案2不同：
9、在BS的物理层帧结构的频率为f1的下行子帧DLBS中定义DLInterference Slot(下行干扰时隙)，用于定义BS的下行覆盖“2区”的BS下行数据时隙。
10、在RS的频率为f2的FDD无线发射机TX的物理层帧结构的下行子帧DLRS中定义DL Interference Slot，用于定义RS下行覆盖“2区”的RS下行数据时隙。对于如图6所示的多RS的情况，多RS采用TDM的方式共享DLInterference Slot，以避免RS到SS/MSRS的干扰。
18、在BS的物理层帧结构的频率为f2的上行子帧ULBS中定义ULInterference Slot，用于定义BS上行覆盖“22区”的BS上行数据时隙。
19、在RS的频率为f1的FDD无线接收机RX的物理层帧结构的上行子帧ULRS中定义UL Interference Slot，用于定义RS上行覆盖“22区”的RS上行数据时隙。对于图6所示的多RS的情况，多RS采用TDM的方式共享ULInterference Slot，以避免SS/MSRS到RS的干扰。
根据上述提供的实现方案3的物理层帧结构，本发明还提供了一种高级中转通信模式下的BS和RS的物理层帧结构的具体实施方式，如图14所示，其中，RS、BS的发送和接收频率以图中帧最左端的频率标注为准。
BS的下行子帧DLBS和RS的TX的下行子帧DLRS中的“黑色箭头所指的黑色时隙”为DL Header Slot，BS的上行子帧ULBS和RS的RX的上行子帧ULRS中的“黑色箭头所指的黑色时隙”为UL Contention Slot。RS的TX中的“白色箭头所指的白色时隙”为UL Contention TX Slot，RS的RX的“白色箭头所指的白色时隙”为DL Header RX Slot。
BS的下行子帧DLBS中的“TX时隙”为DL Non-Interference Slot(BS下行覆盖“1区”)，“TX时隙”为DL Interference Slot(BS下行覆盖“2区”)。BS的上行子帧ULBS中的“RX时隙”为UL Non-Interference Slot(BS上行覆盖“11区”)，“RX时隙”为UL Interference Slot(BS上行覆盖“22区”)，RS的TX的下行子帧DLRS中的“TX3时隙”为DL Non-Interference Slot(RS下行覆盖“3区”)，“TX时隙”为DL InterferenceSlot(RS下行覆盖“2区”)。RS的RX的上行子帧ULRS中的“RX3时隙”为UL Non-Interference Slot(RS上行覆盖“33区”)，“RX时隙”为ULInterference Slot(RS上行覆盖“22区”)。
BS的DL Relay Zone安排在BS的下行子帧DLBS的DL Header Slot之后，BS的UL Relay Zone安排在BS的下行子帧DLBS的UL Contention Slot之后。BS的DL Relay Zone和RS的RX的DL Relay Zone的时隙和频率关系一一对应；BS的UL Relay Zone和RS的TX的UL Relay Zone的时隙和频率关系一一对应；在BS的UL Relay Zone对应的期间，SS/MSBS不安排任何发送时隙。在BS的DL Relay Zone对应的期间，SS/MSRS不安排任何发送时隙。
BS的DL Interference Slot不能与RS的RX的UL Interference Slot在时隙上相重叠，BS的UL Interference Slot不能与RS的TX的DL Interference Slot在时隙上相重叠。 BS的UL Non-Interference Slot与RS的TX的DL Non-Interference Slot在时隙上尽可能相重叠。BS的DL Non-Interference Slot与RS RX的UL Non-Interference Slot在时隙上尽可能相重叠。
对于简化模式，其物理层帧结构和上述高级中转通信模式下的物理层帧结构的区别在于：图14中RS TX的下行子帧DLRS的DL Header Slot和RS RX的上行子帧ULRS的UL Contention Slot不存在，其余雷同。
本发明还提供了具体的基于上述设置的BS和RS的物理层帧结构的所述无线中转通信系统的处理流程，相应的处理流程包括由BS到用户终端的下行中转通信处理流程，以及由用户终端到BS的上行中转通信处理流程。
下面首先对下行中转Downlink relay通信处理流程进行说明，该下行流程包括两个处理阶段，第一阶段为由BS至RS的通信过程，第二阶段则为由RS至用户终端的处理过程，具体为：
(一)第一阶段(BS->RS)：
在该阶段中，高级中转通信模式和简化中转模式下均采用相同的处理；
1、BS在频率为f1的下行子帧DLBS的DL Header中发送前导码preamble。
2、RS#1通过RS的RX频率为f1的DL Header RX接收BS的下行子帧DLBS的DL Header中的前导码preamble，和BS取得同步。
3、BS在频率为f1的下行子帧DLBS的DL Header的preamble之后中发送FCH，DL-MAP，以及UL-MAP信息。
4、RS#1通过RS RX2频率为f1的DL Header RX Slot接收下行子帧DLBS的DL Header的FCH，DL-MAP，及UL-MAP信息，获得BS下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法(profile)信息。
5、BS利用频率为f1的下行子帧DLBs的DL Relay Zone的DL Relaybroadcast发送广播消息message；
6、BS在频率为f1的下行子帧DLBS的DL Relay Zone的DL Relay RS#1中发送下行中转通信数据traffic data给RS#1；
7、RS#1通过RS RX频率为f1的DL RB接收BS下行子帧DLBS的DL RelayZone的DL Relay broadcast中的广播消息message，其中可以包含需要RS#1中转广播的消息；
8、RS#1通过RS RX频率为f1的DL Relay Zone接收BS下行子帧DLBS的DL Relay Zone的DL Relay RS#1中下行中转通信数据traffic data。
(二)第二阶段(RS->MS/SS)：
对于高级中转通信模式，该阶段的处理包括：
1、RS#1的TX在下行子帧DLRS的频率为f2的DL Header中发送前导码preamble。
2、MS/SS接收RS#1的TX下行子帧DLRS的DL Header中的前导码preamble，和RS#1取得同步。
3、RS#1的TX在下行子帧DLRS频率为f2的DL Header的preamble之后中发送FCH，DL-MAP，UL-MAP；其中，RS#1的FCH，DL-MAP，UL-MAP可以在第一阶段的步骤6中由BS发送给RS#1。
4、MS/SS接收RS#1的TX下行子帧DLRS的DL Header的FCH，DL-MAP，以及UL-MAP信息，获得RS#1的下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法(profile)信息。
5、RS#1的TX在下行子帧DLRS中，在除DL Header、DL Relay Zone外的时频区间，以频率f2发送下行中转通信数据traffic data给MS/SS，所述的中转通信数据在步骤6中已由BS发送给RS#1的TX。
6、MS/SS从相应时频区间接收RS#1的TX下行子帧DLRS中的下行中转通信数据traffic data。
对于简化中转通信模式，该阶段的处理过程具体包括：
1、MS/SS接收BS的下行子帧DLBS的DL Header中的前导码preamble，从而与BS取得同步。
2、MS/SS接收BS的下行子帧DLBS的DL Header的FCH，DL-MAP，以及UL-MAP信息，获得BS和RS#1下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法(profile)信息。
3、RS#1的TX在下行子帧DLRS中，在除DL Header、DL Relay Zone外的时频区间，以频率f2发送下行中转通信数据traffic data给MS/SS，所述的中转通信数据在第一阶段的步骤6中已由BS发送给RS#1的TX。
4、MS/SS从相应时频区间接收RS#1的TX下行子帧DLRS中的下行中转通信数据traffic data。
下面再对上行中转Uplink relay通信处理流程进行说明，该上行流程同样包括两个处理阶段，第一阶段为由用户终端至RS的通信过程，第二阶段则为由RS至BS的处理过程，具体为：
(一)第一阶段(MS/SS->RS)：
该阶段中，对于高级中转通信模式，则相应的处理过程包括：
1、MS/SS接收RS#1的TX下行子帧DLRS频率为f2的DL Header的FCH，DL-MAP，UL-MAP，获得RS#1的TX下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法(profile)信息。
2、MS/SS在RS#1的RX上行子帧ULRS中，在除BS UL Relay Zone对应期间外的时隙，以频率f1发送上行通信数据traffic data给RS#1。
3、RS#1的RX以频率f1从相应时隙接收MS/SS上行子帧(ULRS)中的上行通信数据traffic data。
该阶段中，对于简化中转通信模式，则相应的处理过程包括：
1、MS/SS接收BS的下行子帧DLBS频率为f1的DL Header的FCH，DL-MAP，UL-MAP，获得BS和RS#1下行和上行各个burst的时隙和使用方法(profile)信息。
2、MS/SS在RS#1的RX上行子帧ULRS中，在除BS UL Relay Zone对应期间外的时隙，以频率f1发送上行通信数据traffic data给RS#1。
3、RS#1的RX以频率f1从相应时隙接收MS/SS上行子帧ULRS中的上行通信数据traffic data。
(二)第二阶段(RS->BS)：
在该阶段中，高级中转通信模式和简化中转通信模式采用相同的处理方式；
1、RS#1的RX通过RS的上行子帧ULRS中频率为f1的DL Header RX Slot接收BS的下行子帧DLBS的DL Header的FCH、DL-MAP、和UL-MAP信息，获得BS下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法(profile)信息。
2、RS#1的TX以频率f2在RS下行子帧DLRS的UL Relay Zone的UL RelayRS#1中发送上行中转通信数据traffic data给BS，所述的中转通信数据在第一阶段的步骤2中已经由BS发送给RS#1。
3、BS在频率为f2的上行子帧ULBS的UL Relay Zone的UL Relay RS#1中接收S5中的上行中转通信数据traffic data。
而且，本发明所述的中转通信过程中，所述的BS、RS和SS/MS之间可以基于OFDM技术实现中转通信，用于抗多径干扰。
综上所述，本发明通过引入FDD、TDM与OFDM(或SC)相结合的机制，定义在FDD/OFDM(或SC)/TDM高级中转通信模式和简化中转通信模式下的BS和RS物理帧结构，实现了RS只需有一套FDD无线收发机的BS、RS和SS/MS无线中转通信系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (31)
1、一种无线中转通信系统，其特征在于，包括基站BS、中转站RS和用户终端，该RS分别提供有与BS和用户终端通信的接口，且在该RS中包括一个频分双工FDD无线收发机，该FDD无线收发机以FDD方式同BS和用户终端进行无线通信，所述RS中的FDD无线收发机上行和BS中的FDD无线收发机下行采用相同的频率，RS中的FDD无线收发机下行和BS中的FDD无线收发机上行采用相同的频率。
2、根据权利要求1所述的无线中转通信系统，其特征在于，所述的RS包括：
FDD无线发射机物理层处理单元：分别与RS中的FDD无线接收机物理层处理单元或RS中的FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的BS或用户终端中的无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机物理层处理单元：分别与RS中的FDD无线发射机物理层处理单元或RS中的FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的BS或用户终端中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信。
3、根据权利要求2所述的无线中转通信系统，其特征在于，所述的RS包括：
FDD无线收发机数据链路层处理单元：将接收到的来自FDD无线接收机物理层处理单元的数据，作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给FDD无线发射机物理层处理单元。
4、根据权利要求1所述的无线中转通信系统，其特征在于，所述的BS包括：
有线传输处理单元：与上一级设备或分别与一组基站设备建立通信，并与该上一级设备或各基站设备之间进行信息的交互；
FDD无线发射机物理层处理单元：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS或属于BS的用户终端中的无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机物理层处理单元：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS或属于BS的用户终端中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线收发机数据链路层处理单元：将接收到的来自FDD无线接收机物理层处理单元的数据作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给有线传输处理单元，将接收到的来自有线传输处理单元元的数据作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给FDD无线接收机物理层处理单元。
5、根据权利要求1所述的无线中转通信系统，其特征在于，所述的用户终端包括：
FDD无线发射机物理层处理单元：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机物理层处理单元：分别与FDD无线收发机数据链路层及可与其通信的RS中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线收发机数据链路层处理单元：对来自FDD无线接收机物理层处理单元或用户的数据，作FDD无线收发机数据链路层的数据处理后，转发给用户或FDD无线发射机物理层处理单元。
6、根据权利要求1所述的无线中转通信系统，其特征在于，所述的BS、RS和用户终端之间基于正交频分复用OFDM进行中转通信。
7、一种基于上述系统的实现无线中转通信的方法，其特征在于，包括：
A、在基站BS物理层帧结构的下行子帧和上行子帧中采用时分复用TDM方式分别设置下行中转区和上行中转区，在中转站RS的FDD无线接收机的物理层帧结构的上行子帧中设置下行中转区，用于定义RS接收BS的下行中转区的中转数据时隙，在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构的下行子帧中设置上行中转区，用于定义RS接收BS的上行中转区的中转数据时隙；
B、在BS、RS与用户终端之间基于所述设置的BS和RS的上、下行物理层帧采用FDD方式进行无线中转通信。
8、根据权利要求7所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A包括：
所述BS的下行中转区和RS的FDD无线接收机的下行中转区的时隙和频率关系必须一一对应，所述BS的上行中转区和RS的FDD无线发射机的上行中转区的时隙和频率关系必须一一对应，所述在BS和RS中设置的上行和下行中转区在每帧中选择设置；
当存在至少两个RS时，该至少两个RS采用时分复用TDM方式共享下行或上行中转区。
9、根据权利要求8所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
在BS的上行中转区对应的期间内，属于BS的用户终端不安排任何发送时隙，在BS的下行中转区对应的期间内，属于RS的用户终端不安排任何发送时隙。
10、根据权利要求7所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
在BS的物理层帧结构的下行子帧中设置下行中转广播时隙，用于定义由BS广播给RS的下行时隙；
在RS的FDD无线接收机的物理层帧结构的上行子帧中设置下行中转广播接收时隙，用于定义接收BS下行中转广播时隙的RS上行时隙；
所述在BS中设置的下行中转广播时隙和在RS中设置的下行中转广播接收时隙在每帧中选择设置。
11、根据权利要求7所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
在BS和RS的物理层帧结构的下行子帧中定义下行干扰时隙，用于定义BS和RS各自覆盖区域中的下行数据时隙，所述的各自覆盖的区域包括仅由BS和RS各自覆盖的重叠区域，或者，包括由BS和RS各自覆盖的不重叠区域以及BS和RS各自覆盖的重叠区域；
所述在BS和RS中设置的下行干扰时隙在每帧中选择设置。
12、根据权利要求11所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
所述的BS的上行干扰时隙不能与RS的FDD无线发射机的下行干扰时隙在时隙上相重叠；
当有至少两个RS时，该至少两个RS采用TDM的方式共享所述下行干扰时隙。
13、根据权利要求7所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
在BS的物理层帧结构的下行子帧中定义下行子帧头时隙，该下行子帧头时隙为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的时隙和发送指示信息的时隙，以指示BS物理层帧结构下行子帧和上行子帧的各时隙的位置和使用方法profile。该下行子帧头时隙在每帧中都设置。
14、根据权利要求13所述的基于中转站实现无线中转的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
当BS无法与RS覆盖下的用户终端直接通信时，在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构的下行子帧中定义下行子帧头时隙，该下行子帧头时隙为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的时隙和发送指示信息的时隙，以指示RS物理层帧结构下行子帧和上行子帧的各时隙的位置和使用方法profile。该下行子帧头时隙在每帧中都设置。
15、根据权利要求14所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
当BS无法与RS覆盖下的用户终端直接通信时，所述在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构的下行子帧中定义的下行子帧头时隙在时间上滞后于所述在BS的物理层帧结构的下行子帧中定义的下行子帧头时隙；
或者，
当BS无法与RS覆盖下的用户终端直接通信时，所述在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构的下行子帧中定义的下行子帧头时隙在时间上滞后于所述在BS的物理层帧结构的下行子帧中定义的下行子帧头时隙，不能互相重叠，并且位于BS的物理层帧结构的上行子帧的下行无干扰时隙内。
16、根据权利要求15所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
当存在至少两个RS时，RS的下行帧头时隙不能与其他RS的下行帧头时隙和下行干扰时隙重叠，
或，
当存在至少两个RS时，不同RS的下行帧头时隙在时间上重叠，且要求完全重叠同步，下行帧头时隙内容必须相同，RS的下行帧头时隙不能与其他RS的下行干扰时隙重叠。
17、根据权利要求14所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
在RS的FDD无线接收机的物理层帧结构中设置下行子帧头接收时隙，用于定义接收BS的下行子帧头时隙的时隙，该下行子帧头接收时隙和所述BS的下行子帧头时隙的时隙关系完全重叠同步，该下行子帧头接收时隙在每帧中选择设置。
18、根据权利要求7所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
在BS和RS FDD无线收发机中的上行子帧中设置上行干扰时隙，用于定义BS和RS各自覆盖区域下的上行数据时隙，所述的各自覆盖的区域包括仅由BS和RS各自覆盖的重叠区域，或者，包括由BS和RS各自覆盖的不重叠区域以及BS和RS各自覆盖的重叠覆盖的区域；
所述在BS和RS中设置的上行干扰时隙在每帧中选择设置。
19、根据权利要求18所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
所述BS的下行干扰时隙不能与RS的FDD无线接收机的上行干扰时隙在时隙上相重叠，在存在至少两个RS的情况下，该至少两个RS采用TDM的方式共享上行干扰时隙。
20、根据权利要求7所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
在BS的物理层帧结构的上行子帧中设置上行竞争时隙，该上行竞争时隙中包含初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙，该上行竞争时隙在每帧中都设置。
21、根据权利要求7所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
当BS无法与RS覆盖区域中的用户终端直接通信时，在RS的FDD无线接收机的物理层帧结构的上行子帧中设置上行竞争时隙，该上行竞争时隙中包含初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙，该上行竞争时隙在每帧中都设置。
22、根据权利要求20所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
在RS的FDD无线发射机的物理层帧结构中设置上行竞争发送时隙，用于定义RS发送的用于竞争BS的上行竞争时隙的时隙，该上行竞争发送时隙和所述BS的上行竞争时隙的频率关系必须完全重叠，且严格同步，该上行竞争发送时隙在每帧中选择设置。
23、根据权利要求7所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
在BS的物理层帧结构的下行帧或上行帧中，或者，在RS FDD无线收发机的下行帧或上行帧中，设置下行无干扰时隙或上行无干扰时隙，用于定义仅由BS或RS各自覆盖的不重叠区域的下行或上行数据时隙；
所述BS的上行无干扰时隙与RS的下行无干扰时隙在时隙上可互相重叠，所述BS的下行无干扰时隙与RS的上行无干扰时隙在时隙上可互相重叠。
24、根据权利要求7至23任一项所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：
在BS、RS和用户终端之间基于设置的BS和RS的上、下行物理层帧中包含的上下行中转区、下行中转广播时隙、下行中转广播接收时隙、上下行干扰时隙、下行子帧头时隙、下行子帧头接收时隙、上行竞争时隙、上行竞争发送时隙进行消息的交互，实现无线中转通信。
25、根据权利要求7所述的无线中转通信系统，其特征在于，所述的步骤B还包括：所述的BS、RS和用户终端之间基于OFDM进行中转通信。
26、一种基于TDM/时分复用接入TDMA-FDD实现无线中转通信的方法，其特征在于，包括：
由BS到用户终端的下行通信过程：
C、BS在BS的下行子帧中向RS发送数据，RS通过RS的FDD无线接收机接收所述数据；
D、RS通过RS的FDD无线发射机的下行子帧转发所述接收到的数据给用户终端；
由用户终端到BS的上行通信过程：
E、用户终端在除BS的上行中转区对应期间外的时隙发送上行通信数据，RS接收该数据；
F、RS通过下行子帧的上行中转区发送上行中转通信数据给BS，BS在上行子帧中接收该上行中转通信数据。
27、根据权利要求26所述的基于TDM/TDMA-FDD实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤C具体包括：
C1、BS在下行子帧的下行子帧头中发送前导码，RS通过RS的FDD无线接收机的下行子帧头接收时隙接收该前导码，和BS取得同步；
C2、BS在下行子帧中发送了所述前导码后，发送FCH、DL-MAP和UL-MAP信息，RS通过RS的FDD无线接收机的下行子帧头接收时隙接收该FCH、DL-MAP和UL-MAP信息，获得BS下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile信息；
C3、BS利用下行子帧的下行中转区的下行中转广播发送广播消息，BS在下行子帧的下行中转区的下行中转RS中发送下行中转通信数据给RS，RS通过RS的FDD无线接收机的下行中转广播时隙接收所述广播消息，RS通过RS的FDD无线接收机的下行中转区接收所述下行中转通信数据。
28、根据权利要求27所述的基于TDM/TDMA-FDD实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤D具体包括：
D1、在RS的FDD无线发射机的下行子帧的下行子帧头中发送前导码，用户终端接收该前导码，和RS取得同步；
D2、RS的FDD无线发射机在下行子帧中发送FCH、DL-MAP、UL-MAP信息，该FCH、DL-MAP、UL-MAP信息可以由BS发送给RS，用户终端接收该FCH、DL-MAP、UL-MAP信息，获得RS下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile；
D3、RS的FDD无线发射机在下行子帧的除下行子帧头、下行中转区外的时频区间发送下行中转通信数据给用户终端，所述的中转通信数据由BS发送给RS的FDD无线发射机，用户终端从相应时频区间接收该下行中转通信数据；
或
D4、用户终端接收BS的下行子帧的下行子帧头中的前导码，与BS取得同步，用户终端接收BS的下行子帧的下行子帧头中的FCH、DL-MAP和UL-MAP信息，获得BS和RS的下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile信息；
D5、RS的FDD无线发射机在下行子帧中，在除下行子帧头、下行中转区外的时频区间发送下行中转通信数据给用户终端，所述的中转通信数据由BS发送给RS的FDD无线发射机，用户终端从相应时频区间接收该下行中转通信数据。
29、根据权利要求28所述的基于TDM/TDMA-FDD实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤E具体包括：
E1、用户终端接收到所述FCH、DL-MAP、UL-MAP信息后，获得RS的FDD无线发射机的下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile信息，用户终端在RS的FDD无线接收机的上行子帧中，在除BS的上行中转区对应期间外的时隙发送上行通信数据给RS，RS的FDD无线接收机从相应时隙接收该上行通信数据；
或
E2、用户终端接收到所述BS的下行子帧的下行子帧头的FCH、DL-MAP、UL-MAP信息后，获得BS和RS的下行和上行各个burst的时隙和使用方法profile信息，用户终端在RS的FDD无线接收机的上行子帧，在除BS的上行中转区对应期间外的时隙发送上行通信数据给RS，RS的FDD无线接收机从相应时隙接收该上行通信数据。
30、根据权利要求29所述的基于TDM/TDMA-FDD实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的步骤F具体包括：
F1、RS的FDD无线接收机通过RS的上行子帧的上行子帧头接收时隙接收BS的下行子帧的下行子帧头的FCH、DL-MAP和UL-MAP信息，获得BS下行和上行各个burst的时隙位置和使用方法profile信息；
F2、RS的FDD无线发射机在RS的下行子帧的上行中转区的上行中转RS中发送上行中转通信数据给BS，该中转通信数据由BS发送给RS，BS在上行子帧的上行中转区的上行中转RS中接收该上行中转通信数据。
31、根据权利要求26、27、28、29或30所述的实现无线中转通信的方法，其特征在于，所述的BS、RS和用户终端之间基于正交频分复用OFDM进行中转通信。
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