时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法

摘要

本发明公开了一种时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法，将下行数据写入第一个时隙TS0’中，将上行数据写入第二个时隙TS1’中，将上行或下行数据写入第三至第七个时隙TS2～TS6中，组成10ms的前5ms半帧；用同样方法组成10ms的后5ms半帧，从而生成一个10ms的无线帧；将下行辅同步信号写入TS0’的倒数第二个正交频分复用符号中，将下行主同步信号写入TS0’的最后一个正交频分复用符号中；将上行随机接入信号写入任何一个或者连续多个上行时隙中。本发明能够更合理的利用DwPTS和UpPTS时隙上的其他频率资源，以及减少基站间的相互影响，增加覆盖范围。

权利要求

1.一种时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法，其特征在于，将下行数据写入第一个时隙TS0’中，将上行数据写入第二个时隙TS1’中，将上行或下行数据写入第三至第七个时隙TS2～TS6中，组成10ms的前5ms半帧；用同样方法组成10ms的后5ms半帧，从而生成一个10ms的无线帧；在所述无线帧中，将下行辅同步信号写入TS0’的倒数第二个正交频分复用符号中，将下行主同步信号写入TS0’的最后一个正交频分复用符号中；将上行随机接入信号写入任何一个或者连续多个上行时隙中。

2.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，当TS0’使用常规循环前缀时，所述TS0’中的正交频分复用符号，包括TS0’中的下行主同步信号和下行辅同步信号，均使用常规长度循环前缀，所述TS0’的持续时间为675μs加一个带常规循环前缀的正交频分复用符号持续时间。

3.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，当TS1’使用常规循环前缀时，所述TS1’的持续时间为675μs加一个带常规循环前缀的正交频分复用符号持续时间。

4.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，当TS0’使用扩展循环前缀时，所述TS0’中的正交频分复用符号，包括TS0’中的下行主同步信号和下行辅同步信号，均使用扩展循环前缀，所述TS0’的持续时间为675μs加一个带扩展循环前缀的正交频分复用符号持续时间。

5.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，当TS1’使用扩展循环前缀时，所述TS1’的持续时间为675μs加一个带扩展循环前缀的正交频分复用符号持续时间。

6.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述TS0’和TS1’之间设置有保护间隔GP’，TS0’、GP’、TS1’以及TS2～TS6组合，得到一个5ms的半帧，当TS0’和TS1’使用常规循环前缀时，GP’的持续时间为5ms半帧减去TS0’、TS1’和TS2～TS6持续时间。

7.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述TS0’和TS1’之间设置有保护间隔GP’，TS0’、GP’、TS1’以及TS2～TS6组合，得到一个5ms 的半帧，当TS0’和TS1’使用扩展循环前缀时，GP’的持续时间为5ms半帧减去TS0’、TS1’和TS2～TS6持续时间。

8.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，当要支持的覆盖范围在10公里左右时，将上行随机接入信号承载在TS1’中发送，包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号的长度为600μs，保护时间和循环前缀平分或者近似平分剩余的TS1’时间，所述近似平分剩余的TS1’时间指的是，TS1’的持续时间为750μs，前导符号的持续时间为

600μs，循环前缀的持续时间为77.6μs，保护时间的持续时间为72.4μs。

9.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，当要支持的覆盖范围在60公里左右时，将上行随机接入信号承载在TS1’和TS2上发送，包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号的长度为600μs，保护时间和循环前缀平分或者近似平分剩余TS1’和TS2的时间，所述近似平分剩余TS1’和TS2的时间指的是，TS1’和TS2的持续时间为

1434.375μs，前导符号的持续时间为600μs，循环前缀的持续时间为425.68μs，保护时间的持续时间为408.69μs。

10.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，当要支持的覆盖范围在70公里左右，且有较大的穿透损耗时，将上行随机接入信号承载在TS1’，TS2和TS3上发送，包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号采用重复结构，即长度为600×2＝1200μs，保护时间和循环前缀平分或者近似平分剩余TS1’，TS2和TS3的时间，所述近似平分剩余TS1’，TS2和TS3的时间指的是，TS1’～TS3的持续时间为2109.375μs，前导符号的持续时间为1200μs，循环前缀的持续时间为463.18μs，保护时间的持续时间为446.19μs。

说明书

时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法

技术领域

[0001] 本发明涉及数字通信领域，特别是涉及一种时分双工(TDD)模式下基于正交频分复用(OFDM)技术的帧的生成方法及帧结构。

背景技术

[0002] 3GPP为了使其无线通讯技术在未来的十年或者更长保持其竞争力，提出了长期演进(LTE)的计划。其需求主要有高用户数据率，高频谱利用率，低延迟，支持高移动性，覆盖范围广等。但是这些需求对于未来通信系统来说都是一致的，因为未来的数据业务越来越丰富多彩，这就需要系统提供更高的传输速率，全球数字平等的呼声要求系统考虑超远覆盖的需求，以消除全球的数字鸿沟。

[0003] 基于正交频分复用(OFDM)技术提供了高速率数据传输的一种途径，通过将一高速传输的数据流转换为一组低速并行传输的数据流，使系统对多径衰落信道频率选择性的敏感度大大降低，而循环前缀的引入，又进一步增强了系统抗符号间干扰(ISI)和子载波间干扰的能力。除此之外的带宽利用率高、实现简单等特点使OFDM在无线通信领域的应用越来越广，比如，无线局域网(WLAN)系统，基于正交频分复用多址(OFDMA)的微波存取全球互通(WiMAX)系统等都是基于OFDM技术的系统。

[0004] 同时，由于数据业务的丰富，上下行不对称的互联网型业务将会逐步取代对称的话音业务而成为未来移动通信的主要业务类型。工作在TDD模式下的系统将在处理这种不对称业务方面有着天然的优势。通过调整上下行时隙的转换点，可以方便的均衡上下行业务。

[0005] 但是，现有的TDD模式下的帧结构不能充分发挥OFDM技术的特点。例如，3GPP的LTE计划中的第二种帧结构如图1所示，帧长为10ms，分为两个5ms的半帧，每个半帧又包含7个子帧(也称时隙，分别为TS0～TS6)。其中第一个时隙TS0固定为下行时隙，辅同步信号(S-SCH)固定在TS0的最后一个OFDM符号上发送，第二个时隙TS1固定为上行时隙，在TS0与TS1之间有三个特殊时隙：DwPTS(下行同步时隙)，GP(保护间隔)，UpPTS(上行同步时隙)。DwPTS上固定发送主同步信号(P-SCH)，而UpPTS在小覆盖范围内作为上行随机接入信号。由于DwPTS时隙为一个特殊时隙，上面固定发送的主同步信号仅占用系统带宽的中间1.25MHz。通常，DwPTS时隙除了中间1.25MHz之外是不放其他数据的。这样，当系统带宽大于1.25MH时，DwPTS时隙上的其他频率资源将被浪费。同样，通常UpPTS时隙除了承载1.25MHz RACH信道之外是不放其他数据的。这样，当系统带宽大于1.25MH时，UpPTS时隙上的其他频率资源将被浪费。如果在DwPTS上除了主同步信号外的其他频率资源上发送其他数据的话，由于GP持续时间太短，DwPTS上的数据将会对后面的UpPTS上的上行同步接入造成影响。通常，为了避免DwPTS时隙的数据由于延时影响到UpPTS的上行接入信号，UpPTS上发送的信号通常在与DwPTS不同的频段发送。

[0006] 另外，在这种帧结构下，GP只有50us，基站之间的相互影响比较大，当UpPTS作为上行随机接入时隙时，其他基站的下行信号会对本基站的上行随机接入的接收造成影响，从而影响覆盖范围。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法及帧结构，能够更合理的利用DwPTS和UpPTS时隙上的其他频率资源，减少基站间的相互影响。

[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧的生成方法，将下行数据写入第一个时隙TS0’中，将上行数据写入第二个时隙TS1’中，将上行或下行数据写入第三至第七个时隙TS2～TS6中，组成10ms的前5ms半帧；用同样方法组成10ms的后5ms半帧，从而生成一个10ms的无线帧；在所述无线帧中，将下行辅同步信号写入TS0’的倒数第二个正交频分复用符号中，将下行主同步信号写入TS0’的最后一个正交频分复用符号中；将上行随机接入信号写入任何一个或者连续多个上行时隙中。

[0009] 进一步地，当TS0’使用常规循环前缀时，所述TS0’中的正交频分复用符号，包括TS0’中的下行主同步信号和下行辅同步信号，均使用常规长度循环前缀，所述TS0’的持续时间为675us加一个带常规循环前缀的正交频分复用符号持续时间。

[0010] 进一步地，当TS1’使用常规循环前缀时，所述TS1’的持续时间为675us加一个带常规循环前缀的正交频分复用符号持续时间。

[0011] 进一步地，当TS0’使用扩展循环前缀时，所述TS0’中的正交频分复用符号，包括TS0’中的下行主同步信号和下行辅同步信号，均使用扩展循环前缀，所述TS0’的持续时间为675us加一个带扩展循环前缀的正交频分复用符号持续时间。

[0012] 进一步地，当TS1’使用扩展循环前缀时，所述TS1’的持续时间为675us加一个带扩展循环前缀的正交频分复用符号持续时间。

[0013] 进一步地，所述TS0’和TS1’之间设置有保护间隔GP’，当TS0’和TS1’使用常规循环前缀时，GP’的持续时间为5ms半帧减去TS0’、TS1’和TS2～TS6持续时间。

[0014] 进一步地，所述TS0’和TS1’之间设置有保护间隔GP’，当TS0’和TS1’使用扩展循环前缀时，GP’的持续时间为5ms半帧减去TS0’、TS1’和TS2～TS6持续时间。

[0015] 进一步地，当要支持的覆盖范围在10公里左右时，将上行随机接入信号承载在TS1’中发送，包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号的长度为600us，保护时间和循环前缀平分或者近似平分剩余的TS1’时间。

[0016] 进一步地，当要支持的覆盖范围在60公里左右时，将上行随机接入信号承载在TS1’和TS2上发送，包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号的长度为600us，保护时间和循环前缀平分或者近似平分剩余TS1’和TS2的时间。

[0017] 进一步地，当要支持的覆盖范围在70公里左右，且有较大的穿透损耗时，将上行随机接入信号承载在TS1’，TS2和TS3上发送，包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号采用重复结构，即长度为600×2＝1200us，保护时间和循环前缀平分或者近似平分剩余TS1’，TS2和TS3的时间。

[0018] 为了解决上述技术问题，本发明还提供一种时分双工模式下基于正交频分复用技术的帧结构，一个无线帧包括两个等长的5ms的半帧，每个半帧包括7个时隙，其中第一个时隙TS0’为下行时隙，第二个时隙TS1’为上行时隙，TS0’的倒数第二个正交频分复用符号为下行辅同步信号，TS0’的最后一个正交频分复用符号为下行主同步信号；上行随机接入信号位于任何一个或者连续多个上行时隙中。

[0019] 进一步地，当TS0’和TS1’使用常规循环前缀时，所述TS0’中的正交频分复用符号，包括TS0’中的下行主同步信号和下行辅同步信号，均使用常规长度循环前缀；所述TS0’和TS1’的持续时间均为675us加一个带常规循环前缀的正交频分复用符号持续时间；所述TS0’和TS1’之间设置有保护间隔GP’，GP’的持续时间为5ms减去TS0’～TS6持续时间。

[0020] 进一步地，当TS0’和TS1’使用扩展循环前缀时，所述TS0’中的正交频分复用符号，包括TS0’中的下行主同步信号和下行辅同步信号，均使用扩展循环前缀；所述TS0’和TS1’的持续时间为675us加一个带扩展循环前缀的正交频分复用符号持续时间；所述TS0’和TS1’之间设置有保护间隔GP’，GP’的持续时间为5ms减去TS0’～TS6持续时间。

[0021] 进一步地，当要支持的覆盖范围在10公里左右时，所述上行随机接入信号位于TS1’中，包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号的长度为600us，保护时间和循环前缀平分或者近似平分剩余的TS1’时间。

[0022] 进一步地，当要支持的覆盖范围在60公里左右时，所述上行随机接入信号位于TS1’和TS2中，包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号的长度为600us，保护时间和循环前缀平分或者近似平分剩余TS1’和TS2的时间。

[0023] 进一步地，当要支持的覆盖范围在70公里左右，且有较大的穿透损耗时，所述上行随机接入信号位于TS1’，TS2和TS3中，包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号采用重复结构，即长度为600×2＝1200us，保护时间和循环前缀平分或者近似平分剩余TS1’，TS2和TS3的时间。

[0024] 本发明结合了TDD模式与OFDM技术的优点，使系统对多径衰落信道频率选择性的敏感度低，抗符号间干扰能力强，同时，解决了现有帧结构中主同步信道资源浪费的问题。在同步信号的发送与接收检测时，循环前缀的类型检测可以采用基于S-SCH的盲检测来实现。进一步地，由于上下行的保护间隔持续时间增长了，能够有效的降低下行对上行以及相邻基站之间的干扰，同时，还可以根据不同的覆盖范围要求，灵活的配置上行随机接入信号的发送。本发明的帧结构及其生成方法可以满足未来通信的高需求。

附图说明

[0025] 图1是3GPP中LTE的第二种帧结构的示意图；

[0026] 图2是本发明实施例的部分帧结构示意图；

[0027] 图3～5是本发明应用实例的部分帧结构示意图。

具体实施方式

[0028] 本发明实施例生成的帧用于基站和移动台之间的无线数据传输，具体步骤如下：

[0029] 将下行数据写入第一个时隙TS0’中，将上行数据写入第二个时隙TS1’中，将上行或下行数据写入第三至第七个时隙TS2至TS6中，组成10ms的前5ms半帧；用同样方法组成10ms的后5ms半帧，从而生成一个10ms的无线帧。其中，写入的TS0’的倒数第二个OFDM符号为下行辅同步信号，写入的TS0’的最后一个OFDM符号为下行主同步信号；TS0’和TS1’之间设置有保护间隔GP’；根据需要支持的覆盖范围，将上行随机接入信号(RACH)可以写入任何一个或者连续多个上行子帧中，如TS1’中或TS1’和TS2中或TS1’，TS2和TS3中。

[0030] RACH可以根据覆盖范围要求，灵活的配置，具体的说，当要支持的覆盖范围在10公里左右时(一般覆盖范围)，将RACH信号承载在TS1’中发送；其中TS1’包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号的长度为600us，保护时间和循环前缀可以平分或者近似平分剩余的TS1’时间。

[0031] 当要支持的覆盖范围在60公里左右时(较大覆盖范围)，将RACH信号承载在TS1’和TS2上发送，TS1’和TS2包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号的长度为600us，保护时间和循环前缀可以平分或者近似平分剩余TS1’和TS2的时间。

[0032] 当要支持的覆盖范围在70公里左右(更大覆盖范围)且穿透损耗较大时，将RACH信号承载在TS1’，TS2和TS3上发送，TS1’，TS2和TS3包括循环前缀、前导符号和保护时间，其中前导符号采用重复结构，即长度为600×2＝1200us，保护时间和循环前缀可以平分或者近似平分剩余TS1’，TS2和TS3的时间。

[0033] 当TS0’和TS1’使用常规CP(Normal CP)时，所述TS0’中的正交频分复用符号，包括TS0’中的下行主同步信号和下行辅同步信号，均使用常规长度循环前缀；TS0’的持续时间为675us加一个带常规循环前缀的正交频分复用符号持续时间，即750us，TS0’中下行主同步信号和下行辅同步信号的持续时间均为75us；所述TS1’的持续时间为675us加一个带常规循环前缀的正交频分复用符号持续时间，即750us；所述TS0’和TS1’之间设置有保护间隔GP’，GP’的持续时间为5ms减去TS0’～TS6持续时间，即125us。

[0034] 当TS0’和TS1’使用扩展CP(Extended CP)时，所述TS0’中的正交频分复用符号，包括TS0’中的下行主同步信号和下行辅同步信号，均使用扩展循环前缀；TS0’的持续时间为675us加一个带扩展循环前缀的正交频分复用符号持续时间，即759.375us，TS0’中下行主同步信号和下行辅同步信号的持续时间均为84.375us；所述TS1’的持续时间为675us加一个带扩展循环前缀的正交频分复用符号持续时间，即759.375us；所述TS0’和TS1’之间设置有保护间隔GP’，GP’的持续时间为5ms减去TS0’～TS6持续时间，即106.25us。

[0035] 其中，CP类型是可以基于时隙发生变化的，一般情况下，TS0’和TS1’是使用相同的CP长度，但是TS2～TS6就可以使用常规CP，也可以使用扩展CP。

[0036] 下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

[0037] 如图1所示，为当前LTE的第二种帧结构示意图。10ms的无线帧包括两个5ms等长的半帧，每个半帧包含7个子帧(也称时隙，分别为TS0～TS6)。其中，样点数为采样的6
点数，即时间乘以采样率，因为采样率一般为30.72×10Hz，那么，10ms的无线帧的样点为
307200个样点，5ms的半帧为15600个样点，1个时隙为0.675ms，即20736个样点，以此类推。第一个时隙TS0固定为下行时隙，第二个时隙TS1固定为上行时隙，在TS0与TS 1之间有三个特殊时隙：DwPTS，GP，UpPTS。DwPTS上固定发送主同步信号，而UpPTS在小覆盖范围内作为RACH。

[0038] 如图2所述，为本发明实施例的部分帧结构示意图。跟当前LTE的第二种帧比较，本发明实施例是将第一个子帧TS0与DwPTS时隙合并成一个新的时隙，称为TS0’，其中合并到TS0’的DwPTS时隙持续的时间与原来TS0使用的CP类型有关；同时将UpPTS时隙与第二个子帧TS1合并成一个新的时隙，称为TS1’，其中，合并到TS1’的UpPTS时隙持续的时间与原来TS1使用的CP类型有关；原来三个特殊时隙的总共时间除去合并到TS0’的DwPTS和合并到TS1’的UpPTS后得到的时间，形成新的保护间隔，为GP’，GP’的持续时间也与当前子帧使用的CP类型有关。其余的子帧TS2～TS6保持不变。

[0039] 具体来说，当TS0’和TS1’使用常规CP时，TS0’的持续时间为750us，合并到TS0’的DwPTS时隙的持续时间为75us；TS1’的持续时间为750us，合并到TS1’的UpPTS时隙的持续时间为75us；新形成的GP’的持续时间为125us。当TS0’和TS1’使用扩展CP时，TS0’的持续时间为759.375us，合并到TS0’的DwPTS时隙的持续时间为84.375us；TS1’的持续时间为759.375us，合并到TS1’的UpPTS时隙的持续时间为84.375us；新形成的GP’的持续时间为106.25us。

[0040] 将按上述步骤生成的TS0’、GP’、TS1’以及原来的TS2～TS6组合，得到一个5ms的半帧，另一个5ms的半帧采用相同的方式形成，两个5ms的半帧组合形成一个10ms的无线帧。

[0041] 采用本发明实施例生成的无线帧，下行主同步信号在新形成的第一个子帧TS0’的最后一个OFDM符号上发送，下行辅同步信号在新形成的第一个子帧TS0’的倒数第二个OFDM符号上发送，这样的同步信号方法，支持基于辅同步信道的CP类型盲检测。

[0042] 采用本发明实施例生成的无线帧，下行主同步信道属于新形成的子帧TS0’，因此，当系统带宽大于1.25MHz时，下行主同步信道其他子载波可以采用与TS0’子帧其他OFDM符号相同的处理方式来发送数据或控制信令或导频，从而解决了下行主同步信道上频率资源的浪费问题。

[0043] 采用本发明实施例生成的无线帧，由于上行RACH信道承载在上行子帧中，因此，当系统带宽大于1.25MHz时，RACH信道其他子载波可以采用与其所在的子帧其他OFDM符号相同的处理方式来发送数据或控制信令或导频，从而解决了上行RACH信道上频率资源的浪费问题。

[0044] 采用本发明实施例生成的无线帧，由于新形成的GP’的持续时间增长了，因此，即使主同步信道上在除了中间1.25MHz的子载波上发送数据或控制信令或导频，对上行随机接入信号的影响也大大的减少。

[0045] 图3是采用本发明实施例生成的无线帧结构后，支持一般覆盖范围(10.86公里)的TS1’部分帧结构示意图。在该示意图中，RACH在上述新形成的子帧TS1’上发送，TS1’的持续时间为750us，其中CP的持续时间为77.6us，Preamble的持续时间为600us，GT的持续时间为72.4us。

[0046] 图4是采用本发明实施例生成的无线帧结构后，支持较大覆盖范围(61.3公里)的TS1’和TS2部分帧结构示意图。在该示意图中，RACH在上述新形成的子帧TS1’以及TS2上发送，TS1’和TS2的持续时间为1434.375us，其中，CP的持续时间为425.68us，Preamble的持续时间为600us，GT的持续时间为408.69us。

[0047] 图5是采用本发明实施例生成的无线帧结构后，支持更大覆盖范围(66.9公里)的TS1’、TS2和TS3部分帧结构示意图。在该示意图中，RACH在上述新形成的子帧TS1’以及TS2和TS3上发送，TS1’～TS3的持续时间为2109.375us，其中，CP的持续时间为463.18us，Preamble采用重复结构，总的持续时间为1200us，GT的持续时间为446.19us。

[0048] 本发明中，由于RACH采用了带CP的结构，可以采用频域处理，降低了复杂度，提高了随机接入的检测性能。另一方面，本发明中，RACH的前导符号(Preamble)持续时间为600us，相对比较长，因而更有利于检测性能的提高。

[0049] 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，都被本发明权利要求的范围所涵盖。