CN102224684B - 移动通信系统中的帧汇聚方法 - Google Patents

Abstract

一种用于多频段时分双工移动通信系统中的交错帧汇聚方法。通过将每个频段上的帧依次相对偏移后，合并组成新的帧结构，用于数据的接收和发送，使不同频段的帧在时间上交错。

Description

移动通信系统中的帧汇聚方法

技术领域

本发明涉及一种移动通信技术，尤其涉及一种多频谱聚合移动通信系统中的帧汇聚方法。

背景技术

超三代(B3G)移动通信系统可支持高达100M的频谱带宽，这些频谱可能分散在很多的零散频段里，需要将这些频谱集合起来使用。目前可以利用频谱聚合技术来解决这一问题，即系统可根据自己的实际能力同时在多个频段上发送或接收数据。频谱聚合会带来一系列的问题，比如：与单频段系统的兼容性，媒体接入层(MAC)到物理层(PHY)的映射，以及帧结构的设计等等。

其中，帧结构的设计拟采用帧汇聚方法，就是将各个频段的帧按照某种方式联合起来组成新的帧结构。联合方式根据双工方式的不同而有所区别。B3G移动通信系统将支持频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种双工方式。FDD采用频率来区分上、下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。而TDD采用时间来区分上、下行链路，其单方向的资源在时间上是不连续的，这将导致TDD系统在使用混合自动重传请求(HARQ)和信道反馈技术时，实现过程要比FDD更加复杂。在HARQ过程中，由于在数据与收到/未收到(ACK/NACK)信号传输之间将出现等待时间，使得平均往返时延(RTT)更长。同样在信道反馈过程中，这种时域的非连续性会造成反馈信息与上行授权之间的间隔增大，对反馈信息的有效性产生不利影响，尤其是对高速移动用户的影响更大。

产生上述问题的具体原因是由于现有技术中的帧汇聚方案采用的是同步叠加的方式，各个载波频段的帧在时间上同步后联合组成新的帧结构，这样，同一时刻各个频段的上/下行方向是一致的，因此称为非交错帧汇聚。对于FDD系统，由于单方向的资源在时间上是连续的，可以不间断的完成上行和下行传输，该方案不会对HARQ和信道反馈过程有任何影响。但对于TDD系统，并不完全适用，主要是因为汇聚后，同一时刻系统仍然只能传输同一方向的数据，并未改善TDD单方向的资源在时间上的非连续性，相关的HARQ和信道反馈问题依然存在。下面以第三代合作伙伴计划(3GPP)中的长期演进时分双工(LTETDD)为例详细说明非交错帧汇聚存在的问题。

图1所示为LTETDD帧结构1的非交错汇聚。LTETDD系统中一帧为10ms，由10个子帧组成，支持5ms和10ms两种配置周期，7种不同的上下行比例，图中以五个20MHz频谱聚合来支持100MHz带宽的传输，黑色粗线部分为汇聚后的帧结构。从图1中看出，五个频段均采用LTETDD帧结构1，LTETDD用户可以使用任一频段，具备后向兼容性。帧汇聚后的上下行比例与汇聚前相同，控制信息无需改动，最大程度上保留了LTETDD标准的内容。

图2、图3所示分别为采用图1的非交错帧汇聚方案前后，系统的HARQ和信道质量信息(CQI)反馈过程。对于HARQ过程，如图2灰色部分所示，帧汇聚前后并没有变化。首先是基站发送数据，再经过Tue＝3ms处理时间后，用户本来应该发送ACK/NACK信号，但是经过3ms处理时间后，所有频段上的时隙均为下行资源，必须再等待Twait＝3ms后时隙为上行资源时才能发送。用户发送ACK/NACK信号后，基站再经过Tenb＝3ms处理时间确认，整个HARQ过程耗费11ms。可见，TDD系统在帧汇聚前后的HARQ过程没有变化，与FDD的HARQ过程耗时8ms相比，其RTT更长且等待时间所占比重较大。

类似的道理也适用于CQI反馈时的情况。如图3灰色部分所示，上行授权根据最新的CQI为用户分配上行资源，调制编码方式等，基站处理时间为Tenb＝3ms，因此从理论上说，CQI反馈到上行授权的时间也应以3ms为佳。但在LTETDD帧结构中，上下行子帧并不总是间隔3ms，这将导致延时Tdelay的出现。随着Tdelay的增大，上行授权所参考的CQI已经不能真实反映用户的信道状态，反馈出现了过时现象，尤其是对高速移动的用户。可见，TDD系统在帧汇聚前后的CQI反馈过程没有变化，延时问题没有得到改善。

对于其他的TDD移动宽带系统而言，上述的这些问题同样存在。

发明内容

本发明的目的之一是提出一种交错帧汇聚方法，即通过使不同频段的帧在时间上交错后联合组成新的帧结构，来减弱甚至消除TDD系统单方向资源在时域的非连续性。

按照本发明的一种用于移动通信系统中、联合至少两个频段上的帧的方法，包括步骤：

为除第一个频段外每个频段上的帧，设定一个相对于其前一个频段上相对应的帧在时域上的偏移量X；

将除第一个频段外每个频段上的每个帧按照所述偏移量X依次相对偏移后传输；以及

合并所有用于联合的频段上相对应的帧，从而组成新的帧用于数据的接收和发送。

按照本发明的一种在移动通信系统中联合至少两个频段上的帧进行数据传输的方法，该方法包括步骤：

将除第一个频段外每个频段上的每个帧，按照一个预设的、相对于其前一个频段上对应的帧在时域上的固定偏移量X，依次相对偏移后传输；以及

当一个频段上的一个时隙无法用于某个方向的数据传输时，利用其他频段在时域上最近的、并可用于该方向传输的一个时隙进行数据传输。

按照本发明的一种用于移动通信系统中的进行数据传输的联合帧，由至少两个用于联合的频段上的对应的帧组成，其中除第一个频段外其他每个频段上的帧，相对于其前一个频段上相对应的帧在时域上的存在一个预设的偏移量X。

从整个频域上看，本发明交错帧汇聚方案中，单方向的资源被交错分散到各个时隙，这样便可减弱甚至消除单方向资源在时域的非连续性，从而为改进HARQ提供可能，还能减小信息反馈与上行授权之间的延迟时间，以提高反馈信息的有效性。

通过参考以下结合附图的说明以及权利要求书中的内容，并且随着对本发明的更全面的理解，本发明的其他目的及效果将变得更加清楚和易于理解。

附图说明

现在结合附图对本发明进行更详细的描述，其中：

图1示出了对LTETDD帧结构1进行非交错汇聚的一个实施例；

图2示出了采用图1中的非交错帧汇聚方案前后，相应系统的HARQ过程；

图3示出了采用图1中的非交错帧汇聚方案前后，相应系统的CQI反馈过程；

图4示出了本发明交错帧汇聚方案的汇聚原理示意图；

图5示出了利用本发明交错帧汇聚方案所汇聚成的帧结构的一个通用实施例；

图6示出了对LTETDD帧结构1进行交错帧汇聚的一个实施例；

图7示出了采用图6中的交错帧汇聚方案前后，相应系统的HARQ过程；以及

图8示出了采用图6中的交错帧汇聚方案前后，相应系统的CQI反馈过程。

具体实施方式

与FDD不同的是，TDD系统上/下行资源在时间上是非连续的，无法像FDD系统一样依靠上/下行资源连续的完成HARQ和信道反馈过程。因此在针对TDD系统设计帧汇聚方案时，需要充分考虑非连续性的影响，要减弱或消除单方向的资源在时域的非连续性，才能为改进HARQ提供可能。还要减小信息反馈与上行授权之间的延迟时间，以提高反馈信息的有效性，同时通过提供充足的上下行时间配置比，满足未来非对称业务的需求。

另外，TDD系统的帧汇聚方案设计要最大限度地保留已有TDD标准的内容，还要保持与单频段系统的兼容性，即为了从已有的单频段TDD系统平滑演进到多频段TDD系统，帧汇聚需要满足兼容性的要求，使单频段TDD用户也可以在多频段TDD系统中使用。

综合考虑以上要素，并结合TDD系统的特点，本发明所提出的帧汇聚方案在所有频段上仍采用与单频段TDD系统相同的帧结构，不同频段的帧在时间上交错后联合组成新的帧结构，这样，在同一时刻，各个频段上可以传输不同方向的数据，因此可称为交错帧汇聚。本发明交错帧汇聚的详细过程可参考图4和图5所示。

如图4所示，假设单频段TDD系统中一帧的持续时间为Tms。当使用交错帧汇聚时，所有频段的帧要依次相对偏移Xms后传输，如果第一频段的第n个帧在t+T时刻传输，在t+2T时刻结束，那么第二频段的第n个帧要延迟Xms，在t+T+X时刻传输，在t+2T+X时刻结束，而第三频段的第n个帧应该在t+T+2X时刻传输，在t+2T+2X时刻结束。依次类推，当有M个频段聚合时，第M频段的第n个帧将在t+T+(M-1)X时刻传输，在t+2T+(M-1)X时刻结束。这样叠加起来组成新的帧结构，如图4中黑色粗线部分所示。

汇聚后的帧结构如图5所示。假设上下行配置周期为N*Pms，其中N为时隙数，P为一个时隙长度。仅以图5中灰色部分的上行时隙为例，当然同样的道理也适用于其他时隙，在帧汇聚前，单个频段上两个上行时隙间隔N*Pms，这意味着，如果在第二频段工作的单频段用户在t+T时刻错过了一次ACK/NACK信号或CQI反馈的传输，那么就必须等待N*Pms后才能再传输。而在应用了本发明的交错帧汇聚之后，每个频段的帧都依次相对偏移了Xms，从整个频域来看，在t+T时刻，第二频段上有上行时隙，在t+T+X时刻，第三频段上有上行时隙，在t+T+2X时刻，第一频段上有上行时隙。也就是说，对于可以同时工作在多个频段的用户来讲，如果t+T时刻在第二频段上错过了ACK/NACK信号或CQI反馈的传输，那么只需要等待Xms便可利用第三频段的上行资源进行再传输，这便是交错帧汇聚带来的效果。

可以看出，交错帧汇聚的性能取决于X的数值。最佳的X值应该使TDD系统中单方向资源均匀的分布到整个配置周期。当M＞N时，X＝P，频段间帧的偏移取一个时隙长度，这样可以彻底消除单方向资源在时域的非连续性。当M≤N时，X应为[N/M]*P，[.]表示四舍五入后取整数。此时的情况比较复杂，这是因为在实际的帧结构中，一个配置周期内可能有多个上行或下行时隙，所以在M≤N的情况下，交错帧汇聚也有可能彻底消除单方向资源在时域的非连续性，这要根据具体的帧结构而定。但无论具体情况怎样，交错帧汇聚方案至少可以缩短单方向资源在时间上的间隔。

下面仍以五个载波频段的LTETDD帧结构1的汇聚为例，介绍本发明交错帧汇聚方案的一种具体实施方式。当然，基于相同原理，本发明提出的交错帧汇聚方案也同样适用于其它不同的帧结构和不同的频谱聚合的情况。

图6所示的LTETDD帧结构1中一个上下行配置周期为5ms，包含5个传输子帧，因此X＝5*1/5＝1ms。具体的交错帧汇聚过程如图6所示，所有频段上均采用LTETDD帧结构1，相邻频段上的帧都依次偏移1ms进行汇聚。每个频段都支持LTETDD用户，帧汇聚后的上下行比也保持不变，仍为两上两下，因此可延用LTETDD中的3比特信息表示系统的上下行比，无需改动。

对于采用交错帧汇聚方案前后，相应系统的HARQ过程可以参照图7所示。

可以看出，帧汇聚前，下行HARQ过程的RTT包含基站处理时间Tenb＝3ms，用户处理时间Tue＝3ms，等待时间Twait＝3ms和传输时间2ms。帧汇聚后，当下行HARQ过程中需要用户传输ACK/NACK信号时，如果本频段没有上行资源可用，则可以“跳跃”到有上行资源的频段上传输ACK/NACK信号，而无需等待时间，Twait＝0ms。

同样的，对于采用交错帧汇聚方案前后，相应系统的CQI反馈过程可以参照图8所示。基站做出上行授权决定之前，要根据有效的CQI为用户分配上行资源，调制编码方式等，CQI反馈与上行授权之间的时间越短，CQI越能准确反映用户的信道状态。假设基站处理CQI的时间为Tenb＝3ms。采用交错帧汇聚方案之前，CQI反馈到上行授权之间存在延迟时间Tdelay。而采用交错帧汇聚方案之后，在第一个频段上传输上行授权决定，可以使用通过第三个频段反馈的CQI。本频段没有上行资源，可以“跳跃”到有上行资源的频段来完成CQI反馈，从而消除了延迟时间Tdelay，使得基站可以根据最新的CQI进行调度。

可以看出，实施交错帧汇聚方案后的HARQ和CQI反馈过程都“跳跃”在多个频段之间。出于复杂度的考虑，也可以对这样的“跳跃”加以限制，比如采用频段绑定的方式来限制“跳跃”，“跳跃”只能发生在具有绑定关系的频段之间。具体如何绑定则可以根据最小化等待时间Twait或延迟时间Tdelay来设计。

此外，交错帧汇聚方案可将LTETDD帧结构1中的特殊时隙分散到各个时刻。特殊时隙由UpPTS，DownPTS和GP三个部分组成，其中DownPTS包含同步信号。在帧汇聚前，每次小区搜索要间隔5ms，而在帧汇聚后，同步信号在时间上是连续的，用户可以连续搜索不同频段的同步信号，缩短了移动终端接入网络的时间。同样的道理也适用于UpPTS中的随机接入信号。

通过上面的描述可知，本发明交错帧汇聚方案各个频段上均采用单频段TDD系统已有的帧结构，具备了后向兼容性。同时，各个频段上均采用相同的帧结构，帧汇聚后的上/下行配置与单频段TDD系统的保持一致，因此无需改变控制信息，并且能基本满足未来非对称业务的需求。

而从整个频域上看，单方向的资源被交错分散到各个时隙，这样便可减弱甚至消除单方向资源在时域的非连续性。对于多频段工作的TDD系统而言，在每个时刻都提供了传输上下行数据的可能。

对于HARQ过程，本发明交错帧汇聚方案可以允许HARQ过程在多个频段间“跳跃”地进行，从而能减小ACK/NACK信号的等待时间。

同样，对于信道反馈，本发明的交错帧汇聚方案可以允许信道反馈过程在多个频段间“跳跃”，从而能缩短上行授权与信道反馈间的时间间隔。

另外，现有技术的非交错汇聚可以看作是本发明交错汇聚方案中X值为零时的一个特例，因此，在实际应用中可以将TDD和FDD模式下的帧汇聚方案统一起来。而且随着硬件水平的发展，基站和用户终端设备的硬件处理速度将越来越快，处理时间会逐步减少，对于HARQ和信道反馈过程来说，等待和延迟时间的影响将越发显得严重，而本发明交错帧汇聚方案的优越性也会更加明显。

应当注意的是，上述实施例用于说明、而非限制本发明，并且，在不脱离所附权利要求的保护范围的前提下，本领域技术人员应当理解，对上述本发明所公开的用于移动通信系统的帧汇聚方案，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。此外，不应当将权利要求中的任何参考标记解释为限制权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于多频段时分双工系统中、联合至少两个频段上的帧的方法，包括步骤：

为除第一个频段外每个频段上的帧，设定一个相对于其前一个频段上相对应的帧在时域上的偏移量X；

将除第一个频段外每个频段上的每个帧按照所述偏移量X依次相对偏移后传输；以及

合并所有用于联合的频段上相对应的帧，从而组成新的帧用于数据的接收和发送。

2.如权利要求1所述的方法，其中当用于联合的频段数M大于每个帧中的时隙数N时，将所述偏移量X设定为一个时隙的长度P。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中当用于联合的频段数M小于等于每个帧中的时隙数N时，将所述偏移量X设定为一个时隙的长度P的[N／M]倍，其中[.]表示四舍五入后取整数。

4.一种在多频段时分双工系统中联合至少两个频段上的帧进行数据传输的方法，该方法包括步骤：

将除第一个频段外每个频段上的每个帧，按照一个预设的、相对于其前一个频段上对应的帧在时域上的固定偏移量X，依次相对偏移后传输；以及

当一个频段上的一个时隙无法用于某个方向的数据传输时，利用其他频段在时域上最近的、并可用于该方向传输的一个时隙进行数据传输。

5.如权利要求4所述的方法，其中当用于联合的频段数M大于每个帧中的时隙数N时，所述偏移量X等于一个时隙的长度P。

6.如权利要求4或5所述的方法，其中当用于联合的频段数M小于等于每个帧中的时隙数N时，所述偏移量X为一个时隙的长度P的[N／M]倍，其中[.]表示四舍五入后取整数。

7.一种用于在多频段时分双工系统中进行数据传输的方法，包括：

将至少两个用于联合的频段上的对应的帧组成联合帧，其中除第一个频段外其他每个频段上的帧，相对于其前一个频段上相对应的帧在时域上存在一个预设的偏移量X；以及

使用所述联合帧来进行数据传输。

8.如权利要求7所述的方法，其中当用于联合的频段数M大于每个帧中的时隙数N时，所述偏移量X等于一个时隙的长度P。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中当用于联合的频段数M小于等于每个帧中的时隙数N时，所述偏移量X为一个时隙的长度P的[N／M]倍，其中[.]表示四舍五入后取整数。