時分雙工模式下基於正交頻分復用技術的幀的生成方法

2023-10-10 15:15:09 2

專利名稱：時分雙工模式下基於正交頻分復用技術的幀的生成方法
技術領域：
本發明涉及數字通信領域，特別是涉及一種時分雙工(TDD)模式下基 於正交頻分復用(OFDM)技術的幀的生成方法及幀結構。
背景技術：
3GPP為了使其無線通訊技術在未來的十年或者更長保持其竟爭力，提 出了長期演進(LTE)的計劃。其需求主要有高用戶數據率，高頻譜利用率， 低延遲，支持高移動性，覆蓋範圍廣等。但是這些需求對於未來通信系統來 說都是一致的，因為未來的數據業務越來越豐富多彩，這就需要系統提供更 高的傳輸速率，全球數字平等的呼聲要求系統考慮超遠覆蓋的需求，以消除 全^^的數字鴻溝。基於正交頻分復用(OFDM)技術提供了高速率數據傳輸的一種途徑， 通過將一高速傳輸的數據流轉換為一組低速並行傳輸的數據流，使系統對多 徑衰落信道頻率選擇性的敏感度大大降低，而循環前綴的引入，又進一步增 強了系統抗符號間幹擾(ISI)和子載波間千擾的能力。除此之外的帶寬利 用率高、實現筒單等特點使OFDM在無線通信領域的應用越來越廣，比如， 無線區域網 (WLAN)系統，基於正交頻分復用多址(OFDMA)的微波存取 全球互通(WiMAX)系統等都是基於OFDM技術的系統。同時，由於數據業務的豐富，上下行不對稱的網際網路型業務將會逐步取 代對稱的話音業務而成為未來移動通信的主要業務類型。工作在TDD模式 下的系統將在處理這種不對稱業務方面有著天然的優勢。通過調整上下行時 隙的轉換點，可以方便的均衡上下行業務。但是，現有的TDD模式下的幀結構不能充分發揮OFDM技術的特點。 例如，3GPP的LTE計劃中的第二種幀結構如圖1所示，幀長為10ms,分 為兩個5ms的半幀，每個半幀又包含7個子幀(也稱時隙，分別為TS0 ~ TS6 )。
其中第一個時隙TS0固定為下行時隙，輔同步信號(S-SCH)固定在TS0 的最後一個OFDM符號上發送，第二個時隙TS1固定為上行時隙，在TS0 與TS1之間有三個特殊時隙DwPTS (下行同步時隙)，GP (保護間隔)， UpPTS (上行同步時隙)。DwPTS上固定發送主同步信號(P-SCH),而 UpPTS在小覆蓋範圍內作為上行隨機接入信號。由於DwPTS時隙為一個特 殊時隙，上面固定發送的主同步信號僅佔用系統帶寬的中間1.25MHz。通常， DwPTS時隙除了中間1.25MHz之外是不放其他數據的。這樣，當系統帶寬 大於1.25MH時，DwPTS時隙上的其他頻率資源將被浪費。同樣，通常UpPTS 時隙除了承載1.25MHz RACH信道之外是不放其他數據的。這樣，當系統 帶寬大於1.25MH時，UpPTS時隙上的其他頻率資源將被浪費。如果在 DwPTS上除了主同步信號外的其他頻率資源上發送其他^t據的話，由於GP 持續時間太短，DwPTS上的數據將會對後面的UpPTS上的上行同步接入造 成影響。通常，為了避免DwPTS時隙的數據由於延時影響到UpPTS的上行 接入信號，UpPTS上發送的信號通常在與DwPTS不同的頻段發送。另外，在這種幀結構下，GP只有50us,基站之間的相互影響比較大， 當UpPTS作為上行隨機接入時隙時，其他基站的下行信號會對本基站的上 行隨機接入的接收造成影響，從而影響覆蓋範圍。發明內容本發明所要解決的技術問題在於提供一種時分雙工模式下基於正交頻 分復用技術的幀的生成方法及幀結構，能夠更合理的利用DwPTS和UpPTS 時隙上的其他頻率資源，減少基站間的相互影響。為了解決上述技術問題，本發明提供一種時分雙工模式下基於正交頻分 復用技術的幀的生成方法，將下行數據寫入第一個時隙TSO，中，將上行數 據寫入第二個時隙TS1，中，將上行或下行數據寫入第三至第七個時隙TS2 ~ TS6中，組成10ms的前5ms半幀；用同樣方法組成10ms的後5ms半幀， 從而生成一個10ms的無線幀；在所述無線幀中，將下行輔同步信號寫入TS0， 的倒數第二個正交頻分復用符號中，將下行主同步信號寫入TSO，的最後一 個正交頻分復用符號中；將上行隨機接入信號寫入任何一個或者連續多個上
行時隙中。進一步地，當TSO，使用常規循環前綴時，所述TSO，中的正交頻分復用 符號，包括TSO，中的下行主同步信號和下行輔同步信號，均使用常規長度 循環前綴，所述TSO，的持續時間為675us加一個帶常^見循環前綴的正交頻分 復用符號持續時間。進一步地，當TS1，使用常規循環前綴時，所述TS1，的持續時間為675us 加一個帶常規循環前綴的正交頻分復用符號持續時間。進一步地，當TSO，使用擴展循環前綴時，所述TS0，中的正交頻分復用 符號，包括TSO，中的下行主同步信號和下行輔同步信號，均使用擴展循環 前綴，所述TSO，的持續時間為675us加一個帶擴展循環前綴的正交頻分復用 符號持續時間。進一步地，當TS1，使用擴展循環前綴時，所述TS1，的持續時間為675us 加一個帶擴展循環前綴的正交頻分復用符號持續時間。進一步地，所述TS0，和TS1，之間設置有保護間隔GP，，當TS0，和TS1， 使用常^見循環前綴時，GP，的持續時間為5ms半幀減去TS0'、 TS1，和TS2 ~ TS6持續時間。進一步地，所述TS0，和TS1，之間設置有保護間隔GP，，當TS0，和TS1， ^使用擴展循環前綴時，GP，的持續時間為5ms半幀減去TS0'、 TS1，和TS2 TS6持續時間。進一步地，當要支持的覆蓋範圍在IO公裡左右時，將上行隨機接入信 號承載在TS1，中發送，包括循環前綴、前導符號和保護時間，其中前導符 號的長度為600us,保護時間和循環前綴平分或者近似平分剩餘的TS1，時間。進一步地，當要支持的覆蓋範圍在60公裡左右時，將上行隨機接入信 號承載在TS1，和TS2上發送，包括循環前綴、前導符號和保護時間，其中 前導符號的長度為600us,保護時間和循環前綴平分或者近似平分剩餘TS1， 和TS2的時間。進一步地，當要支持的覆蓋範圍在70公裡左右，且有較大的穿透損耗 時，將上行隨機接入信號承載在TSr， TS2和TS3上發送，包括循環前綴、
前導符號和保護時間，其中前導符號採用重複結構，即長度為600 x 2 = 1200us，保護時間和循環前綴平分或者近似平分剩餘TSr， TS2和TS3的時間。為了解決上述技術問題，本發明還提供一種時分雙工模式下基於正交頻 分復用技術的幀結構， 一個無線幀包括兩個等長的5ms的半幀，每個半幀包 括7個時隙，其中第一個時隙TSO，為下行時隙，第二個時隙TS1，為上行時 隙，TSO，的倒數第二個正交頻分復用符號為下行輔同步信號，TSO，的最後 一個正交頻分復用符號為下行主同步信號；上行隨機接入信號位於任何一個 或者連續多個上行時隙中。進一步地，當TS0，和TS1，使用常規循環前綴時，所述TSO，中的正交頻 分復用符號，包括TSO，中的下行主同步信號和下行輔同步信號，均使用常 規長度循環前綴；所述TS0，和TS1，的持續時間均為675us加一個帶常規循 環前綴的正交頻分復用符號持續時間；所述TS0，和TS1，之間設置有保護間 隔GP，， GP，的持續時間為5ms減去TS0，-TS6持續時間。進一步地，當TSO，和TS1，使用擴展循環前綴時，所述TSO，中的正交 頻分復用符號，包括TSO，中的下行主同步信號和下行輔同步信號，均使用 擴展循環前綴；所述TSO，和TS1，的持續時間為675us加一個帶擴展循環前 綴的正交頻分復用符號持續時間；所述TSO，和TS1，之間設置有保護間隔 GP，， GP，的持續時間為5ms減去TS0， TS6持續時間。進一步地，當要支持的覆蓋範圍在IO公裡左右時，所述上行隨機接入 信號位於TS1，中，包括循環前綴、前導符號和保護時間，其中前導符號的 長度為600us,保護時間和循環前綴平分或者近似平分剩餘的Tsr時間。進一步地，當要支持的覆蓋範圍在60公裡左右時，所述上行隨機接入 信號位於TS1，和TS2中，包括循環前綴、前導符號和保護時間，其中前導 符號的長度為600us,保護時間和循環前綴平分或者近似平分剩餘TS1，和 TS2的時間。進一步地，當要支持的覆蓋範圍在70公裡左右，且有較大的穿透損耗 時，所述上行隨機接入信號位於TSl，， TS2和TS3中，包括循環前綴、前 導符號和保護時間，其中前導符號採用重複結構，即長度為600 x 2 = 1200us, 保護時間和循環前綴平分或者近似平分剩餘TSl，， TS2和TS3的時間。本發明結合了 TDD模式與OFDM技術的優點，^f吏系統對多徑衰落信道 頻率選擇性的敏感度低，抗符號間幹擾能力強，同時，解決了現有幀結構中 主同步信道資源浪費的問題。在同步信號的發送與接收檢測時，循環前綴的 類型檢測可以採用基於S-SCH的盲檢測來實現。進一步地，由於上下行的 保護間隔持續時間增長了 ，能夠有效的降低下行對上行以及相鄰基站之間的 幹擾，同時，還可以根據不同的覆蓋範圍要求，靈活的配置上行隨機接入信 號的發送。本發明的幀結構及其生成方法可以滿足未來通信的高需求。


圖1是3GPP中LTE的第二種幀結構的示意圖；圖2是本發明實施例的部分幀結構示意圖；圖3 ~ 5是本發明應用實例的部分幀結構示意圖。
具體實施方式
本發明實施例生成的幀用於基站和移動臺之間的無線數據傳輸，具體步 驟如下將下行數據寫入第一個時隙TS0，中，將上行數據寫入第二個時隙TS1， 中，將上行或下行數據寫入第三至第七個時隙TS2至TS6中，組成10ms的 前5ms半幀；用同樣方法組成10ms的後5ms半幀，/人而生成一個10ms的 無線幀。其中，寫入的TS0，的倒數第二個OFDM符號為下行輔同步信號， 寫入的TS0，的最後一個OFDM符號為下行主同步信號；TS0'和TS1，之間設 置有保護間隔GP，；根據需要支持的覆蓋範圍，將上行隨機接入信號(RACH) 可以寫入任何一個或者連續多個上行子幀中，如TS1，中或TS1，和TS2中或 TSr， TS2和TS3中。RACH可以根據覆蓋範圍要求，靈活的配置，具體的說，當要支持的覆 蓋範圍在IO公裡左右時(一般覆蓋範圍)，將RACH信號承載在TS1，中發 送；其中TS1，包括循環前綴、前導符號和保護時間，其中前導符號的長度 為600us,保護時間和循環前綴可以平分或者近似平分剩餘的TS1，時間。當要支持的覆蓋範圍在60公裡左右時(較大覆蓋範圍)，將RACH信 號承載在TS1，和TS2上發送，TS1，和TS2包括循環前綴、前導符號和保護 時間，其中前導符號的長度為600us，保護時間和循環前綴可以平分或者近 似平分剩餘TS1 ，和TS2的時間。當要支持的覆蓋範圍在70公裡左右(更大覆蓋範圍)且穿透損耗較大 時，將RACH信號承載在TSl，， TS2和TS3上發送，TSl，， TS2和TS3包 括循環前綴、前導符號和保護時間，其中前導符號採用重複結構，即長度為 600 x 2 = 1200us，保護時間和循環前綴可以平分或者近似平分剩餘TSl，， TS2和TS3的時間。當TS0，和TS1，使用常規CP (Normal CP)時，所述TSO，中的正交頻分 復用符號，包括TSO，中的下行主同步信號和下行輔同步信號，均使用常規 長度循環前綴；TSO，的持續時間為675us加一個帶常規循環前綴的正交頻分 復用符號持續時間，即750us, TSO，中下行主同步信號和下行輔同步信號的 持續時間均為75us;所述TS1，的持續時間為675us加一個帶常規循環前綴 的正交頻分復用符號持續時間，即750us;所述TS0，和TS1，之間設置有保護 間隔GP，， GP，的持續時間為5ms減去TS0， TS6持續時間，即125us。當TS0，和TS1，使用擴展CP (ExtendedCP)時，所述TSO，中的正交頻 分復用符號，包括TSO，中的下行主同步信號和下行輔同步信號，均使用擴 展循環前綴；TSO，的持續時間為675us加一個帶擴展循環前綴的正交頻分復 用符號持續時間，即759.375us, TSO，中下行主同步信號和下行輔同步信號 的持續時間均為84.375us;所述TS1，的持續時間為675us加一個帶擴展循環 前綴的正交頻分復用符號持續時間，即759.375us;所述TSO，和TS1，之間 設置有保護間隔GP，， GP，的持續時間為5ms減去TSO， ~TS6持續時間， 即106.25us。其中，CP類型是可以基於時隙發生變化的， 一般情況下，TS0，和TS1， 是使用相同的CP長度，但是TS2 TS6就可以使用常規CP,也可以使用擴 展CP。下面結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細說明。
如圖1所示，為當前LTE的第二種幀結構示意圖。10ms的無線幀包括 兩個5ms等長的半幀，每個半幀包含7個子幀(也稱時隙，分別為TSO ~ TS6 )。 其中，樣點數為釆樣的點數，即時間乘以採樣率，因為採樣率一般為30.72 x 1(^Hz，那麼，10ms的無線幀的樣點為307200個樣點，5ms的半幀為15600 個樣點，1個時隙為0.675ms，即20736個樣點，以此類推。第一個時隙TSO 固定為下行時隙，第二個時隙TS1固定為上行時隙，在TS0與TS1之間有 三個特殊時隙DwPTS, GP, UpPTS。 DwPTS上固定發送主同步信號， 而UpPTS在小覆蓋範圍內作為RACH。如圖2所述，為本發明實施例的部分幀結構示意圖。跟當前LTE的第 二種幀比較，本發明實施例是將第一個子幀TSO與DwPTS時隙合併成一個 新的時隙，稱為TSO，，其中合併到TSO，的DwPTS時隙持續的時間與原來 TSO使用的CP類型有關；同時將UpPTS時隙與第二個子幀TS1合併成一個新的時隙，稱為Tsr,其中，合併到tsi，的UpPTS時隙持續的時間與原來TS1使用的CP類型有關；原來三個特殊時隙的總共時間除去合併到TSO， 的DwPTS和合併到TSl，的UpPTS後得到的時間，形成新的保護間隔，為 GP', GP'的持續時間也與當前子幀使用的CP類型有關。其餘的子幀TS2 TS6保持不變。具體來說，當TS0，和TS1，使用常規CP時，TSO，的持續時間為750us, 合併到TSO，的DwPTS時隙的持續時間為75us; TS1，的持續時間為750us， 合併到TS1，的UpPTS時隙的持續時間為75us;新形成的GP，的持續時間為 125us。當TS0，和TS1，使用擴展CP時，TSO，的持續時間為759.375us,合併 到TSO'的DwPTS時隙的持續時間為84.375us;TSl，的持續時間為759.375us, 合併到TS1，的UpPTS時隙的持續時間為84.375us;新形成的GP，的持續時 間為106.25us。將按上述步驟生成的TSO，、 GP，、 TS1，以及原來的TS2 TS6組合，得 到一個5ms的半幀，另 一個5ms的半幀採用相同的方式形成，兩個5ms的 半幀組合形成一個10ms的無線幀。採用本發明實施例生成的無線幀，下行主同步信號在新形成的第一個子 幀tso，的最後一個ofdm符號上發送，下行輔同步信號在新形成的第一個
子幀TS0，的倒數第二個OFDM符號上發送，這樣的同步信號方法，支持基 於輔同步信道的CP類型盲檢測。採用本發明實施例生成的無線幀，下行主同步信道屬於新形成的子幀 TSO，，因此，當系統帶寬大於1.25MHz時，下行主同步信道其他子載波可 以採用與TS0，子幀其他OFDM符號相同的處理方式來發送數據或控制信令 或導頻，從而解決了下行主同步信道上頻率資源的浪費問題。採用本發明實施例生成的無線幀，由於上行RACH信道承載在上行子 幀中，因此，當系統帶寬大於1.25MHz時，RACH信道其他子載波可以採 用與其所在的子幀其他OFDM符號相同的處理方式來發送數據或控制信令 或導頻，從而解決了上行RACH信道上頻率資源的浪費問題。釆用本發明實施例生成的無線幀，由於新形成的GP，的持續時間增長 了，因此，即使主同步信道上在除了中間1.25MHz的子載波上發送數據或 控制信令或導頻，對上行隨機接入信號的影響也大大的減少。圖3是採用本發明實施例生成的無線幀結構後，支持一般覆蓋範圍 (10.86公裡)的TSl，部分幀結構示意圖。在該示意圖中，RACH在上述新 形成的子幀TSl，上發送，TSl，的持續時間為750us，其中CP的持續時間為 77.6us, Preamble的持續時間為600us, GT的持續時間為72.4us。圖4是採用本發明實施例生成的無線幀結構後，支持較大覆蓋範圍(61.3 公裡)的TSl，和TS2部分幀結構示意圖。在該示意圖中，RACH在上述新 形成的子幀TS1，以及TS2上發送，TS1，和TS2的持續時間為1434.375us， 其中，CP的持續時間為425.68us, Preamble的持續時間為600us， GT的持 續時間為408.69us。圖5是採用本發明實施例生成的無線幀結構後，支持更大覆蓋範圍(66.9 公裡)的TS1'、 TS2和TS3部分幀結構示意圖。在該示意圖中，RACH在 上述新形成的子幀TS1，以及TS2和TS3上發送，TS1， TS3的持續時間為 2109.375us，其中，CP的持續時間為463.18us， Preamble採用重複結構，總 的持續時間為1200us， GT的持續時間為446.19us。本發明中，由於RACH採用了帶CP的結構，可以釆用頻域處理，降低
了複雜度，提高了隨機接入的檢測性能。另一方面，本發明中，RACH的前 導符號(Preamble)持續時間為600us,相對比較長，因而更有利於檢測性 能的提高。熟悉本技術領域的人員應理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例，並 非用來限定本發明的實施範圍；凡是依本發明作等效變化與修改，都被本發 明權利要求的範圍所涵蓋。
權利要求
1.一種時分雙工模式下基於正交頻分復用技術的幀的生成方法，其特徵在於，將下行數據寫入第一個時隙TS0』中，將上行數據寫入第二個時隙TS1』中，將上行或下行數據寫入第三至第七個時隙TS2～TS6中，組成10ms的前5ms半幀；用同樣方法組成10ms的後5ms半幀，從而生成一個10ms的無線幀；在所述無線幀中，將下行輔同步信號寫入TS0』的倒數第二個正交頻分復用符號中，將下行主同步信號寫入TS0』的最後一個正交頻分復用符號中；將上行隨機接入信號寫入任何一個或者連續多個上行時隙中。
2. 根據權利要求1所述的生成方法，其特徵在於，當TSO，使用常規循 環前綴時，所述TSO，中的正交頻分復用符號，包括TSO，中的下行主同步信 號和下行輔同步信號，均使用常規長度循環前綴，所述TSO，的持續時間為 675us加一個帶常M^循環前綴的正交頻分復用符號持續時間。
3. 根據權利要求1所述的生成方法，其特徵在於，當TS1，使用常規循 環前綴時，所述TS1，的持續時間為675us加一個帶常^見循環前綴的正交頻分 復用符號持續時間。
4. 根據權利要求1所述的生成方法，其特徵在於，當TSO，使用擴展循 環前綴時，所述TS0，中的正交頻分復用符號，包括TSO，中的下行主同步信 號和下行輔同步信號，均使用擴展循環前綴，所述TSO，的持續時間為675us 加一個帶擴展循環前綴的正交頻分復用符號持續時間。
5. 根據權利要求1所述的生成方法，其特徵在於，當TS1，使用擴展循 環前綴時，所述TS1，的持續時間為675us加一個帶擴展循環前綴的正交頻分 復用符號持續時間。
6. 根據權利要求1所述的生成方法，其特徵在於，所述TS0，和TS1， 之間設置有保護間隔GP，，當TS0，和TS1，使用常規循環前綴時，GP，的持續 時間為5ms半幀減去TS0'、 TS1，和TS2 TS6持續時間。
7. 根據權利要求1所述的生成方法，其特徵在於，所述TS0，和TS1，之 間設置有保護間隔GP，， 當TSO，和TS1，使用擴展循環前綴時，GP，的持續 時間為5ms半幀減去TS0'、 TS1，和TS2 TS6持續時間。
8. 根據權利要求1所述的生成方法，其特徵在於，當要支持的覆蓋範圍在io公裡左右時，將上行隨機接入信號承載在Tsr中發送，包括循環前綴、前導符號和保護時間，其中前導符號的長度為600us,保護時間和循環前綴平分或者近似平分剩餘的Tsr時間。
9. 根據權利要求1所述的生成方法，其特徵在於，當要支持的覆蓋範 圍在60公裡左右時，將上行隨機接入信號承載在TS1，和TS2上發送，包括 循環前綴、前導符號和保護時間，其中前導符號的長度為600us,保護時間 和循環前綴平分或者近似平分剩餘TS1，和TS2的時間。
10. 根據權利要求1所述的生成方法，其特徵在於，當要支持的覆蓋範 圍在70公裡左右，且有較大的穿透損耗時，將上行隨機接入信號承載在 TSl，， TS2和TS3上發送，包括循環前綴、前導符號和保護時間，其中前導 符號採用重複結構，即長度為600 x 2 - 1200us，保護時間和循環前綴平分或 者近似平分剩餘TSl，， TS2和TS3的時間。
全文摘要
本發明公開了一種時分雙工模式下基於正交頻分復用技術的幀的生成方法，將下行數據寫入第一個時隙TS0』中，將上行數據寫入第二個時隙TS1』中，將上行或下行數據寫入第三至第七個時隙TS2～TS6中，組成10ms的前5ms半幀；用同樣方法組成10ms的後5ms半幀，從而生成一個10ms的無線幀；將下行輔同步信號寫入TS0』的倒數第二個正交頻分復用符號中，將下行主同步信號寫入TS0』的最後一個正交頻分復用符號中；將上行隨機接入信號寫入任何一個或者連續多個上行時隙中。本發明能夠更合理的利用DwPTS和UpPTS時隙上的其他頻率資源，以及減少基站間的相互影響，增加覆蓋範圍。
文檔編號H04L12/28GK101132268SQ20071014948
公開日2008年2月27日 申請日期2007年9月13日 優先權日2007年9月13日
發明者夏樹強, 梁春麗, 胡留軍, 鬱光輝, 鵬 郝 申請人:中興通訊股份有限公司