专利名称：用于频分双工系统中半双工和全双工用户站操作的方法
技术领域：
本发明通常涉及通信系统，更具体地，涉及频分双工(FDD)正交频分多址接入 (OFDMA)系统。
背景技术：
基于IEEE 802. 16e/m的正交频分多址接入(OFDMA)技术和通用移动通信系 统-长期演进(UMTS-LTE)已被确定成为3G蜂窝以外的技术选择。IEEE 802. 163e支持多 种先进性能，诸如可扩展的带宽、基于分布式和相邻子载波的子信道化方法、以及多天线技 术。IEEE 802. 16e还反映在3G系统中发现的几种资源控制能力。IEEE 802. 16e的一个局限性在于其当前在实践中局限于TDD操作，其中单频率载 波用于下行链路和上行链路，并且下行链路和上行链路在时间上是分离的。该标准的工业 实现目前限于WiMAX论坛所规定的时分多路双工(TDD)。图1示出当前的IEEE 802. 16e的TDD帧结构100。每个帧被划分成下行链路子 帧101和上行链路子帧102。下行链路子101帧从传输控制开销开始，其中控制开销包括 前导111、帧控制报头(FCH)消息121、下行链路映射(DL-MAP)消息131和上行链路映射 (UL-MAP)消息 141。前导111可用于帧同步、信道状态评估、所接收的信号长度以及信号与干扰加噪 声比(SINR)评估。帧控制报头(FCH)消息121、下行链路映射(DL-MAP)消息131和上行链路映射 (UL-MAP)消息141描述了帧的结构和组成。标记为TTG(发送到接收转换间隙)103和RTG(接收到发送转换间隙)104的时间 间隙最好被分别插入下行链路子帧101和上行链路子帧102之间以及每个帧的结尾，以允 许发送和接收功能之间的转换。频分双工(FDD)操作对于具有自己的成对频谱的运营商有重大利益。然而，当FDD 的协同支持涉及基站(BS)和移动站(MS)操作时，需要一种新的帧结构定义，其清楚地规定 下行链路和上行链路定时关系。在此，术语移动站和用户站可互换地使用。当定义帧结构时，需要考虑许多因素。第一个考虑是使现有TDD帧结构的修改最 少，以致不需要对现有TDD实现进行过度的硬件改变。第二个考虑是支持半双工FDD(H-FDD)用户站操作。除去用户站中的双工器使得 具有低成本终端和将TDD终端ASIC演进到全FDD能力更加容易。第三个考虑是支持H-FDD和全FDD操作的移动站可共存在同一个扇区载波中。这 将确保运营商在H-FDD终端上的投资由于终端变得更加复杂并演进到全FDD能力而得到保 护。第四个考虑是开销相对于TDD减少。最少它不应该比TDD情况差。相对于TDD，还 有改进的链路预算。第五个考虑是通过使空闲次数最小化而最大化空中接口资源的利用。
为了确保系统能够快速地从TDD迁移到FDD操作，允许更简单的H-FDD用户站被配置，并提供将使基于WiMAX的OFDMA系统与其它基于其它FDD技术的系统竞争的改进，这 些能力是必需的。针对该问题以前已提出的帧结构解决方案假定同步的下行链路和上行链路帧结 构，并具有许多缺点，诸如增加的MAP开销，将用户站分组成区域，这可导致上行链路的有 些降低的链路预算。
发明内容
本发明的示意性实施例允许上行链路帧的开始相对于下行链路帧偏移。在示意 性实施例中，该偏移用分配开始时间(AST)表示。优选地，AST由基站(BS)传送给用户站 (SS)，因此，SS知道下行链路(DL)和上行链路(UL)帧的开始和结束时间。本发明还考虑在每用户而不是系统范围的基础上执行来自接收到发送和发送到 接收的转换间隙。另外，本发明利用在接收诸如MAP消息的资源分配消息后执行的资源分 配规则以建立有关移动站在特定期间是否被要求发送或接收的优先级。基站可以支持不同的帧时长(FD)，包括但不限于2. 5毫秒(ms)、5毫秒和10毫秒 帧。更长的帧时长在减小开销和提高链路预算方面具有许多好处，但更短的帧提供改进延 迟的可能性。可以调度H-FDD用户站的上行链路传输，以致其可接收特定下行链路帧中的 控制区域，接收同一个帧中的下行链路数据，并随后根据约束转换间隙在上行链路上发送。 然而，需要指出，如果当在上行链路上发送时用户站碰巧丢失了包括前导和/或资源分配 消息(在WiMAX的情况下的MAP)的下行链路控制区域，则在下行链路帧没有得到对应UL 帧的分配的期间，该用户站不能接收数据。全双工操作对于拥有该能力的用户站是允许的。这些用户站可以与其它能够使用 H-FDD的用户站共存，并共享由调度器确定的无线资源。由于对于全双工移动站可以同时发 送和接收，因此，不需要转换间隙。不管所假定的帧时长如何，优选地，UL上的传输可跨越完整的帧时长。这提供了 链路预算的好处，因为数据突发可以在更少的子信道和更多的信号上传输，从而改善UL上 的SINR。这也允许更大的突发在预定数量的子信道上被调度，从而减少MAC报头和任何循 环冗余校验(CRC)开销的部分。为了半双工FDD操作而将帧划分成区可能导致丧失蜂窝边 缘用户的覆盖。通过考虑以下几种因素，BS调度器可使用于不能支持DL-UL同时操作的HFDD SS 的DL和UL帧的利用最大化，这些因素包括(但不限于):UL多路接入信道(在802. 16中 是测距信道)的已知位置、支持DL操作的CQI和ACK/NACK反馈、提供充足的SSRTG/SSTTG 间隙以在标准DL和UL帧期间在DL和UL分配之间切换。在示意性实施例中，任何由于在 单个帧内传输整数数量的信号而在连续的DL或UL帧之间产生的间隙可以通过适当地选择 与OFDMA符号时长有关的OFDMA符号循环前缀时长而被最小化。能够半双工的SS能够接收DL数据，控制和发送UL数据，并进行控制而没有冲突。 另夕卜，SS可处理DL上的控制消息，并准备在UL上发送。HFDD SS可接收对DL帧的一部分 的控制和数据，同时也发送对并发UL帧的一部分的UL控制和数据。对于WiMAX中的半双工FDD，保持了与现有的WiMAX TDD配置的最大共性。在示意性实施例中，AST和上行链路分配的时长经由UL-MAP中的现有字段传送。在可选择的示意 性实施例中，AST和分配的时长经由UCD/DCD消息传送。这些特征连同上行链路/下行链 路帧定时关系的保留确保与ASIC设计的兼容性得到保持，从而减少将WiMAX FDD方案推向 市场的时间。
图1描述根据现有技术的具有TDD操作的OFDMA帧。图2描述根据本发明的示意性实施例的从基站角度看的FDD帧结构。图3描述根据本发明的示意性实施例的说明H-FDD用户站操作的FDD帧结构。图4描述根据本发明的示意性实施例的说明H-FDD和全HDD用户站的操作的FDD 帧结构，其包括在每用户基础上执行的接收到发送间隙和发送到接收间隙。图5描述根据本发明的示意性实施例的说明对运行下行链路密集应用的H-FDD用 户站的资源分配的FDD帧结构。图6描述根据本发明的示意性实施例的说明对运行上行链路密集应用的H-FDD用 户站的资源分配的FDD帧结构。
具体实施例方式图2至图6描述了根据本发明的示意性实施例，更具体地，是可适用于基于IEEE 802. 16e/ffiMAX的系统的实施例。图2从基站角度说明帧结构200，而图3说明使用所建议 的帧结构300的H-FDD操作；DL/UL偏移用模FD表示。本发明的示意性实施例允许上行链路帧的开始相对于下行链路偏移AST(分配开 始时间)。优选地，AST由基站传送给用户站(SS)，因此，SS知道DL和UL帧的开始和结束 时间。在如图2和图3所示的示意性系统实施例中，AST可假定任何大于FD但小于2 ^ FD 的值，其中FD表示一个下行链路(DL)或上行链路(UL)帧的时长中的大者。在这种情况下， 由于帧的周期特性，实际观察的DL-UL帧偏移会是对FD取模的AST。只要考虑了经由资源 分配控制消息(在IEEE 802. 16e/ffiMAX中称为MAP消息)的下行链路和上行链路资源分 配的相关性，这可维持与TDD系统类似的行为。在可选的示意性实施例中，AST可不限于上 述间隔，例如AST可以小于FD或大于2 FD。特别地，当处理功率在用户站中随时间增加 时将可能减少小于1个帧的分配开始时间，并将允许用于指定终端的DL到UL资源分配延 迟进一步地减少。图3和图4所示的本发明的示意性实施例也说明来自接收到发送和发送到接收的 转换间隙，优选地，其在每用户站而不是系统范围基础上执行。用于一个用户站的转换间隙 可用于发送数据到另一个用户站或者从另一个用户站接收数据。这确保没有无效由于发送 /接收转换间隙而引入系统。图5说明对能够半双工的用户站的下行链路密集应用的示意性实施例。在图5的 示意性实施例中，除了上行链路控制区域期间，用户站可以在任何时间段处于接收模式。在 上行链路控制区域期间，优选地，下行链路的反馈由用户站在下行链路分配与上行控制区 域之间的转换间隙期间发送。图6说明对能够半双工的用户站的上行链路密集应用的示意性实施例。在该示意性实施例中，用户站可以在除了前导和MAP消息由基站发送的下行链路控制区域期间的任何时间处于发送模式。除了执行转换间隙之外，优选地，资源分配规则在接收了资源分配消息(例如 MAP)之后执行，以便建立移动站在特定期间是否被要求发送或接收的优先级。例如，基站通 常周期性地在DL上广播系统参数，诸如将在扇区中使用的子信道的数量。优选地，这些广 播消息(BM)旨在用于所有的用户站，特殊优先级规则需要对能够半双工的用户站定义，以 解决广播消息接收和上行链路传输之间的冲突。在示意性实施例中，基站避免在调度BM时 调度任何UL传输。这使得所有半双工MS能够得到广播消息，尽管浪费了一部分UL传输带 觅ο在可选的实施例中，基站通过如通常一样将UL传输调度到所选择的H-FDD SS，避 免浪费UL带宽。优选地，所选择的SS对UL授权给予比任何被调度以与UL传输重叠的BM 更高的优先级。一种用于SS恢复由于与UL传输发生冲突而丢失的BM的可能方式是对于 BS，将所要求的BM内容嵌入传输到SS的DL承载内作为用户业务流。否则，SS将不得不在 下一次广播接收机会的一个机会处接收BM，这将导致BM更新的一点额外延迟。BS调度器 可确保不发生太多的BM和UL分配冲突，但是上述优先级规则即使有冲突也允许操作。本发明提供许多好处，特别是对于基于IEEE 802. 16e/ffiMAX的OFDMA系统以及将 基于IEEE 802. 16m标准的下一代WiMAX系统。好处的例子包括与现有TDD帧结构的兼容 性、全FDD的平滑演进、类与TDD类似的资源分配开销和相对于其它FDD方案(转换成更高 容量)减少的开销、改进的链路预算和转换为覆盖范围提高的减少的头/尾开销部分。本发明的另一个好处是与TDD配置和现有硬件方案的兼容，从而极大地减少FDD 方案推向市场的时间。另外，在假定5毫秒帧时长的情况下，本发明相对于已提出的诸如 2. 5毫秒DL/UL帧的可选方案在MAP开销的固定部分中提供2x的减少。在假定在一个帧时 长内调度相同数量的突发的情况下，MAP开销的变化部分也减少2的因数。本发明还提供 相对于TDD改进的上行链路预算。另外，本发明的示意性实施例提供对不同帧时长(例如2. 5毫秒，5毫秒和10毫秒 帧)的支持。如图4中的示意性实施例所示，能够半双工的用户站的上行链路传输可以被 调度，以致该用户站可接收特定下行链路帧中的控制区域，接收同一帧中的下行链路数据， 并随后在上行链路上传输。这在图4中对移动站1 (MSl)、移动站3(MS3)和移动站4(MS4) 描述。然而，需要指出，如果在上行链路上传输时，用户站碰巧丢失了包括前导和/或资源 分配消息(在WiMAX中是MAP)的下行链路控制区域，则该用户站不能在该下行链路帧期间 接收数据。图4所示的示意性实施例说明移动站1 (MSl)由于帧k中的上行链路传输而在帧 k+Ι中丢失DL控制区域并因此不能被调度以在帧k+1期间接收下行链路数据的情形。然 而，全双工操作被允许用于拥有该能力的用户站。这些用户站可与其它能够H-FDD的用户 站并存，并共享由调度器确定的无线资源。由于对于全双工移动站可以同时发送和接收，因 此，不需要转换间隙。另外，在这期间，其它没有被调度用于UL传输的用户站可以侦听DL 控制消息，并随后接收DL数据传输。不管帧时长如何，优选地，UL上的传输跨越完整的帧周期。这提供了链路预算的 优点，因为数据突发可以在更少的子信道和更多的符号上传输，从而提高UL上的SINR。例如，考虑突发在要求上行链路帧中的所有可用符号(Sfdd)的单个子信道上调度的情形。这 种情况可以与相同的传输需要在Stdd个符号上调度的TDD情况相比较，其中Sfdd > STDD。在 这种情况下，超过一个的子信道需要用于调度TDD中的传输。在(SFDD/STDD) = 2的特定情况 下，FDD情形(假定干扰在两种情况下是相同的)中的信号与干扰加噪声比相对于TDD提 高3dB。为了 FDD操作(如在某些可选方案中已经提出)而将帧划分为区域可导致蜂窝边 缘用户的覆盖的丢失。 本发明示意性实施例还允许更大的突发在预定数量的子信道上调度，从而减少 MAC报头和任何循环冗余校验(CRC)开销的部分。在示意性的TDD系统实施例中，其中15 个可用符号用于上行链路数据并以1/2QPSK(正交相移键控)速率用使用PUSC的混合自动 重复请求传输，用于跨越单个子信道的突发的开销部分是64/240 27%。然而，对于使用 48个可用符号的FDD(或Η-FDD)操作，开销部分减小到64/(16女48) 8. 3%开销。对于WiMAX中的FDD操作，与现有的WiMAX TDD配置保持最大共性。分配开始时 间和分配的时长可经由UL-MAP消息中的现有字段传送。这些特征以及上行链路/下行链 路帧定时关系的保留确保与ASIC设计的兼容性得到保持，从而减少了 WiMAX FDD方案推向 市场的时间。尽管本发明参照一些实施例进行了描述，但并不意味着其限于上述说明，而是仅 由所附权利要求中陈述的内容限定。
权利要求
一种分配下行链路和上行链路资源的方法，所述方法包括确定下行链路帧的下行链路开始时间；以及确定上行链路帧的上行链路开始时间，所述上行链路开始时间与所述下行链路开始时间偏移分配开始时间。
2.根据权利要求1所述的分配下行链路和上行链路资源的方法，还包括确定时间间 隙的步骤，其中，所述时间间隙包括移动站要求的在下行链路帧和上行链路帧之间切换的 时间；所述方法还包括向移动单元分配资源以致所述分配开始时间大于所述时间间隙的 步骤。
3.根据权利要求2所述的分配下行链路和上行链路资源的方法，其中，确定时间间隙 的步骤包括确定上行链路密集应用的时间间隙，所述时间间隙包括发送到接收转换间隙。
4.根据权利要求2所述的分配下行链路和上行链路资源的方法，其中，确定时间间隙 的步骤包括确定下行链路密集应用的时间间隙，所述时间间隙包括接收到发送转换间隙。
5.根据权利要求2所述的分配下行链路和上行链路资源的方法，其中，确定时间间隙 的步骤包括在每移动站的基础上确定时间间隙。
6.根据权利要求1所述的分配下行链路和上行链路资源的方法，所述方法还包括向 移动站传输所述分配开始时间的步骤。
7.根据权利要求1所述的分配下行链路和上行链路资源的方法，其中，所述下行链路 帧具有下行链路时长，上行链路帧具有上行链路时长；所述分配开始时间大于所述下行链 路时长和所述上行链路时长中的最大值。
8.根据权利要求7所述的分配下行链路和上行链路资源的方法，其中，所述分配开始 时间小于所述下行链路时长和所述上行链路时长中的最大值的两倍。
9.根据权利要求1所述的分配下行链路和上行链路资源的方法，其中，所述方法还包 括对与基站通信的多个移动站调度一系列上行链路资源分配的步骤，其中，所述一系列上 行链路资源分配使得所述基站能够向所述多个移动站的全部发送广播消息。
10.根据权利要求1所述的分配下行链路和上行链路资源的方法，其中，确定上行链路 开始时间的步骤包括利用已知的上行链路控制区域的位置确定上行链路开始时间。
全文摘要
本发明提供一种新颖的帧结构，其可用于将时分双工(TDD)无线通信技术平滑地演进为频分双工无线通信技术。提供一种用于建立上行链路帧的开始时间的方法，该上行链路帧相对于下行链路帧偏移分配开始时间。另外，还提供了一种通过充分提供发送-接收时间间隙和接收-发送时间间隙而向半双工和全频分双工操作分配下行链路和上行链路资源的方法。
文档编号H04W72/12GK101809928SQ200880108844
公开日2010年8月18日 申请日期2008年9月24日 优先权日2007年9月27日
发明者A·N·鲁德拉帕特纳, D·卡林, K·巴拉钱德兰, S·P·帕雷克 申请人:朗讯科技公司