本发明公开了一种基于改进TD‑LTE特殊子帧结构的无线自组网方法及系统，以原有TD‑LTE子帧结构为基础，将原有特殊子帧改造成基站之间的无线传输通道，实现无线互联。本发明所公开的技术方案并不改变已有基站与终端的TD‑LTE通信方式，只是通过对特殊子帧的修改，替代原有基站之间有线或中继的连接方式，实现基站之间的无线通信，动态组网，多跳传输。采用本发明的方案使得终端侧无需任何修改，不影响基站与终端之间的通信，同时一次建链，双向通信，相比于原有自组网资源抢占式的单向通信，在传输效率上更具备优势。
1.一种无线自组网方法，其特征在于，在无线自组网节点的TD-LTE特殊子帧结构中，禁用上行导频时隙UpPTS，按照原有特殊子帧配置来分配下行导频时隙DwPTS的OFDM符号数目，剩余的OFDM符号中，首尾各1个符号配置为保护间隔GP用于上下行转换，其余均用作数据符号，通过配置自组网的收发转换周期来实现相邻基站间的双向通信，其中自组网发送侧节点在发送数据包时执行如下步骤：（101）如果是本基站节点下的IP则直接下发；
（102）如果不是本基站节点下的IP，则判断本基站节点是否有网关：如果有网关，进一步判断是否是邻基站IP，如果是则通过自组网通道将数据发送至相邻基站；如果不是则直接递交网关；如果没有网关，则直接通过自组网通道将数据发送至相邻基站，交由有网关的基站节点处理；
1）接收侧首先根据M-PDCCH判断控制信息是否合法，如果是则解析，如果否则丢弃；
2）M-PDCCH解析后判断是否是发给本基站节点的数据包，如果是则解析M-PDSCH，如果否则丢弃；
3）M-PDSCH解析后查看数据包IP：如果是本基站节点下的IP则直接转发；如果不是本基站节点下的IP，要进一步判断本基站节点是否有网关：如果有网关，则直接递交网关；如果没有网关，则继续通过自组网通道将数据发送至有网关的基站，交由该基站节点处理。
2.根据权利要求1所述的无线自组网方法，其特征在于：基站节点配置信息具体如下：（1）在基站小区建立时配置自组网参数信息，包括：自组网类型和ID，控制符号数，反馈类型；
（2）配置相邻基站节点信息，包括：邻站的自组网类型和ID，控制符号数，反馈类型；
（3）建立相邻基站节点列表以及传输信息，包括：优先级，承载数目和类型；
3.根据权利要求2所述的无线自组网方法，其特征在于：在配置控制符号数时，M-PDCCH的符号数目配置为从1到数据最大符号数-1，M-PSS和M-SSS配置为占据任意6个RB或者不少于6个RB的不多于最大带宽RB数的任意RB数目。
4.根据权利要求1所述的无线自组网方法，其特征在于：自组网的收发转换周期在相邻基站之间交替配置，以配合数据传输。
5.根据权利要求4所述的无线自组网方法，其特征在于：在一个收发转换周期内，若本基站第N个特殊子帧配置为发送帧，第M个特殊子帧为接收帧，相邻基站则配置为第N个特殊子帧为接收帧，第M个特殊子帧为发送帧以配合数据传输；反之亦然，N、M均为自然数，且N≠M。
6.根据权利要求4所述的无线自组网方法，其特征在于：在一个收发转换周期内，若本基站连续j个特殊子帧配置为发送帧，连续k个特殊子帧为接收帧，相邻基站则在对应地周期内配置为连续j个特殊子帧为接收帧，连续k个特殊子帧为发送帧以配合数据传输；反之亦然，j、k均为自然数。
7.一种无线自组网通信系统，其特征在于，包括自组网发送侧系统和接收侧系统，在无线自组网节点的TD-LTE特殊子帧结构中，禁用上行导频时隙UpPTS，按照原有特殊子帧配置来分配下行导频时隙DwPTS的OFDM符号数目，剩余的OFDM符号中，首尾各1个符号配置为保护间隔GP用于上下行转换，其余均用作数据符号，通过配置自组网的收发转换周期来实现相邻基站间的双向通信，其中：自组网发送侧系统：用于判断是否有数据需要发送给相邻基站节点，然后根据优先级选择发送给相应的基站节点；
自组网接收侧系统：用于接收空口数据，判断是否为接收方，如果是，则解析数据递交核心网；如果否，则直接丢弃。
8.根据权利要求7所述的一种无线自组网通信系统，其特征在于：
（102）如果不是本基站节点下的IP，则判断本基站节点是否有网关：如果有网关，进一步判断是否是邻基站IP，如果是则通过自组网通道将数据发送至相邻基站；如果不是则直接递交网关；如果没有网关，则直接通过自组网通道将数据发送至相邻基站，交由有网关的基站节点处理；
1）接收侧首先根据M-PDCCH判断控制信息是否合法，如果是则解析，如果否则丢弃；
2）M-PDCCH解析后判断是否是发给本基站节点的数据包，如果是则解析M-PDSCH，如果否则丢弃；
3）M-PDSCH解析后查看数据包IP：如果是本基站节点下的IP则直接转发；如果不是本基站节点下的IP，要进一步判断本基站节点是否有网关：如果有网关，则直接递交网关；如果没有网关，则继续通过自组网通道将数据发送至有网关的基站，交由该基站节点处理。
基于改进TD-LTE特殊子帧结构的无线自组网方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种无线自组网方法及系统，属于无线通信技术领域。
背景技术
[0002] 随着无线通信技术的迅速发展，使得人们对移动通信的需求越来越强烈，人们通过便携式终端接入基站进行移动通信。但目前，基站与基站之间网络位置固定，不能随意移动，延展性较差，网络建设慢，组网鲁棒性差。同时还需要具有较高防护等级的配套机房及传输网等支持，施工布线投入较大、难度较高、周期较长，且后期对网规网优能力要求高，需要专业运维队伍，建设运维成本较高。
[0003] 当自然灾害，交通事故，恐怖袭击等重大灾害发生时，这种传统网络显然不能作为可靠的通信保障。因此需要一种部署快，可靠性高，机动性好的通信网络，来保障应急时期的通信任务。
[0004] 无线自组网（Mobile Ad Hoc Network）系统不需要固定设备，各节点即基站自行组网。产品具有无线通信，动态组网，多跳传输等特点。各基站节点之间通过动态路由和移动管理技术传输符合服务质量要求的多媒体信息数据（视频、语音、数据）。这种网络形式突破了传统网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署。
[0005] 目前基站自组网技术都需要在原有基站基础上额外加入自组网模块，而且因为传输距离限制需要引入中继等配套设备。不仅额外增加硬件结构，也会影响基站与终端之间的通信。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是：针对原有自组网需要独立软硬件设计的缺陷，在原有TD-LTE基础上提供一种更为便捷简单的设计方案，不额外增加硬件结构且基站节点之间可以实现双工通信。
[0007] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0008] 本发明提出一种基于改进TD-LTE特殊子帧结构的无线自组网方法，在无线自组网节点的TD-LTE特殊子帧结构中，禁用上行导频时隙UpPTS，按照原有特殊子帧配置来分配下行导频时隙DwPTS的OFDM符号数目，剩余的OFDM符号中，首尾各1个符号配置为保护间隔GP用于上下行转换，其余均用作数据符号，通过配置自组网的收发转换周期来实现相邻基站间的双向通信。
[0009] 作为本发明前述无线自组网方法进一步的详细方案，自组网的收发转换周期在相邻基站之间交替配置，以配合数据传输。
[0010] 作为本发明前述无线自组网方法进一步的详细方案，在一个收发转换周期内，若本基站第N个特殊子帧配置为发送帧，第M个特殊子帧为接收帧，相邻基站则配置为第N个特殊子帧为接收帧，第M个特殊子帧为发送帧以配合数据传输；反之亦然，N、M均为自然数，且N≠M。
[0011] 作为本发明前述无线自组网方法进一步的详细方案，在一个收发转换周期内，若本基站连续j个特殊子帧配置为发送帧，连续k个特殊子帧为接收帧，相邻基站则在对应地周期内配置为连续j个特殊子帧为接收帧，连续k个特殊子帧为发送帧以配合数据传输；反之亦然，j、k均为自然数。
[0012] 作为本发明前述无线自组网方法进一步的详细方案，下行导频时隙DwPTS的前3个OFDM符号中，将第一个OFDM符号配置为PHICH保证UE正常反馈，将第二个OFDM符号配置为基站间同步信号，将第三个符号配置为PSS用于UE同步不做数据发送，并且在第二个OFDM符号前后各插入1个GP用作收发转换保护；此时，GP长度应小于0.4个OFDM符号。
[0013] 进一步的，本发明还提出一种无线自组网方法，无线自组网中各节点的TD-LTE特殊子帧结构采用本发明所述的特殊子帧结构，其中自组网发送侧节点在发送数据包时执行如下步骤：
[0014] （101）如果是本基站节点下的IP则直接下发；
[0015] （102）如果不是本基站节点下的IP，则判断本基站节点是否有网关：
[0016] 如果有网关，进一步判断是否是邻基站IP，如果是则通过自组网通道将数据发送至相邻基站；如果不是则直接递交网关；如果没有网关，则直接通过自组网通道将数据发送至相邻基站，交由有网关的基站节点处理；
[0017] 自组网接收侧节点在接收到数据包时执行如下步骤：
[0018] 1）接收侧首先根据M-PDCCH判断控制信息是否合法，如果是则解析，如果否则丢弃；
[0019] 2）M-PDCCH解析后判断是否是发给本基站节点的数据包，如果是则解析M-PDSCH，如果否则丢弃；
[0020] 3）M-PDSCH解析后查看数据包IP：如果是本基站节点下的IP则直接转发；如果不是本基站节点下的IP，要进一步判断本基站节点是否有网关：如果有网关，则直接递交网关；如果没有网关，则继续通过自组网通道将数据发送至有网关的基站，交由该基站节点处理。
[0021] 作为上述无线自组网方法的进一步方案，基站节点配置信息具体如下：
[0022] （1）在基站小区建立时配置自组网参数信息，包括：自组网类型和ID，控制符号数，反馈类型；
[0023] （2）配置相邻基站节点信息，包括：邻站的自组网类型和ID，控制符号数，反馈类型；
[0024] （3）建立相邻基站节点列表以及传输信息，包括：优先级，承载数目和类型；
[0025] （4）根据优先级选择相邻基站节点传输数据。
[0026] 进一步的，上述无线自组网方法，在配置控制符号数时，M-PDCCH的符号数目配置为从1到数据最大符号数-1，M-PSS和M-SSS配置为占据任意6个RB或者不少于6个RB的不多于最大带宽RB数的任意RB数目。
[0027] 本发明还提出一种无线自组网通信系统，包括自组网发送侧系统和接收侧系统，无线自组网中各节点的TD-LTE特殊子帧结构采用前述的特殊子帧结构，其中：
[0028] 自组网发送侧系统：用于判断是否有数据需要发送给相邻基站节点，然后根据优先级选择发送给相应的基站节点；
[0029] 自组网接收侧系统：用于接收空口数据，判断是否为接收方，如果是，则解析数据递交核心网；如果否，则直接丢弃。
[0030] 作为上述一种无线自组网通信系统的进一步方案，自组网发送侧子系统在发送数据包时执行如下步骤：
[0031] （101）如果是本基站节点下的IP则直接下发；
[0032] （102）如果不是本基站节点下的IP，则判断本基站节点是否有网关：
[0033] 如果有网关，进一步判断是否是邻基站IP，如果是则通过自组网通道将数据发送至相邻基站；如果不是则直接递交网关；如果没有网关，则直接通过自组网通道将数据发送至相邻基站，交由有网关的基站节点处理；
[0034] 自组网接收侧子系统在接收到数据包时执行如下步骤：
[0035] 1）接收侧首先根据M-PDCCH判断控制信息是否合法，如果是则解析，如果否则丢弃；
[0036] 2）M-PDCCH解析后判断是否是发给本基站节点的数据包，如果是则解析M-PDSCH，如果否则丢弃；
[0037] 3）M-PDSCH解析后查看数据包IP：如果是本基站节点下的IP则直接转发；如果不是本基站节点下的IP，要进一步判断本基站节点是否有网关：如果有网关，则直接递交网关；如果没有网关，则继续通过自组网通道将数据发送至有网关的基站，交由该基站节点处理。
[0038] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0039] 1、本发明以原有TD-LTE子帧结构为基础，只需要对TD-LTE协议的特殊子帧进行修改，将原有特殊子帧改造成基站之间的无线传输通道，替代原有基站之间有线或中继的连接方式，实现基站之间的无线通信，动态组网，多跳传输。
[0040] 2、本发明所公开的技术方案并不改变原有TD-LTE基站和终端的通信方式，终端侧无需任何修改，简单易行，不影响基站与终端之间的通信，同时一次建链，双向通信。
[0041] 3、基站节点之间可以实现双工通信，相比于原有自组网资源抢占式的单向通信，在传输效率上更具备优势。
附图说明
[0042] 图1是TD-LTE原有特殊子帧帧结构。
[0043] 图2是本发明所改进的特殊子帧帧结构。
[0044] 图3是本发明在收发双方的特殊子帧结构。
[0045] 图4是本发明特殊子帧的物理层时频资源分布方式。
[0046] 图5是本发明第一种优选方案特殊子帧的收发转换时序图。
[0047] 图6是本发明第二种优选方案特殊子帧的收发转换时序图。
[0048] 图7是本发明进一步改进的特殊子帧帧结构。
[0049] 图8是本发明自组网发送侧系统流程图。
[0050] 图9是本发明自组网接收侧系统流程图。
[0051] 图10是TD-LTE特殊子帧配置表。
具体实施方式
[0052] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0053] 本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0054] 如图1所示，原有TD-LTE特殊子帧由下行导频时隙DwPTS，保护间隔GP和上行导频时隙UpPTS组成，GP位于DwPTS和UpPTS之间。以特殊子帧配置为5为例，其中下行导频时隙DwPTS为3个OFDM符号，用于正常的下行控制信道和下行共享信道的传输；上行导频时隙UpPTS为2个OFDM符号，用于承载上行物理随机接入信道和Sounding导频信号；保护间隔GP为剩余的9个OFDM符号，用于上、下行之间的保护间隔。
[0055] 如图2所示，在无线自组网节点的TD-LTE特殊子帧结构中，禁用上行导频时隙UpPTS，按照原有特殊子帧配置来分配DwPTS符号数目，剩余的OFDM符号中，首尾各1个符号配置为保护间隔GP用于上下行转换，其余均用作数据符号，通过配置自组网的收发转换周期来实现相邻基站间的双向通信。
[0056] 参照图10所示的TD-LTE特殊子帧配置表，本发明建议特殊子帧配置0或5，即前3个OFDM符号为DwPTS，禁用上行导频时隙UpPTS，保留下行导频时隙DwPTS 3个OFDM符号，剩余11个符号保留首尾各1个符号用于GP上下行转换，其余均用作数据符号Mesh Data。保留首尾各一个符号做GP是基站发射单元上下行转换留出时间，因为这两处都有可能做转换，因此保留这两个符号。
[0057] 如图3所示，相互通信的基站节点分别配置成Type1和Type2两种类型。Type1在特殊子帧发送数据，Type2在特殊子帧接收数据；Type1最后1个符号GP用于下行到上行的转换，Type2第1个符号GP用于下行到上行的转换，Type2第2个符号GP用于上行到下行的转换；其他子帧用于基站终端之间正常传输，终端侧无需做任何修改。每种类型的自组网基站节点并不总是上行或者下行，可以根据需要灵活转换。同时，自组网物理层协议的RE实现方式也有很多种，更为灵活和方便。
[0058] 图4是一种自组网发送侧RE实现方案。具体操作步骤如下：
[0059] （1）在基站小区建立时配置自组网参数信息，自组网类型和ID，控制符号数，反馈类型；
[0060] （2）配置相邻基站节点信息，邻站的自组网类型和ID，控制符号数，反馈类型；
[0061] （3）建立相邻基站节点列表以及传输信息，如优先级，承载数目和类型等等；
[0062] （4）发送侧根据优先级选择相邻基站节点传输数据。
[0063] 作为本发明的进一步优选方案，发送侧RE方案可以进行优化，M-PDCCH符号数目可以配置1-3，M-PSS和M-SSS也可以只占居中间6个RB，甚至其他更为灵活的分布方式。比如：M-PDCCH的符号数目配置为从1到数据最大符号数-1，M-PSS和M-SSS配置为占据任意6个RB或者不少于6个RB的不多于最大带宽RB数的任意RB数目。
[0064] 如图5所示，为本发明第一种优选方案特殊子帧的收发转换时序图，以该图为例，无论哪种类型均以5ms作为收发转换周期，Type1和Type2交替进行。配置方式如下：基站第一个特殊子帧为发送帧，第二个特殊子帧为接收帧，相邻基站则配置为第一个特殊子帧为接收帧，第二个特殊子帧为发送帧以配合数据传输，反之亦然。这种模式在一次建链的情况下，直接实现了双向通信，相比于原有自组网抢占式单向通信更具有传输上的优势。
[0065] 作为本发明的进一步优选方案，自组网类型的收发转换周期可以灵活配置，如图6的配置方式也可以简单高效的完成双向传输。以5ms周期为例，配置方式如下：基站第一个特殊子帧为发送帧，第二个特殊子帧也为发送帧，第三个特殊子帧为接收帧，第四个特殊子帧也为接收帧，相邻基站则配置为第一个特殊子帧为接收帧，第二个特殊子帧也为接收帧，第三个特殊子帧为发送帧，第四个特殊子帧也为发送帧以配合数据传输，反之亦然；简化描述为收发，同理可以配置为发发发收收收等任意组合。
[0066] 如图7所示，本发明提出进一步改进DwPTS的场景下，DwPTS的前3个OFDM符号中（根据不同的特殊子帧配置DwPTS的符号数目可能多于3个），将第一个OFDM符号配置为PHICH保证UE正常反馈，将第二个OFDM符号配置为基站间同步信号，将第三个符号配置为PSS用于UE同步不做数据发送，并且在第二个OFDM符号前后各插入1个GP用作收发转换保护。考虑到不影响原有基站下UE的正常工作，具体实施过程针对发送侧和接收侧有所不同：
[0067] 发送侧在第一个OFDM符号保留PHICH保证UE正常反馈，在第三个符号保留PSS用于UE同步不做数据发送，在第二个符号前后各插入GP用来收发转换保护，并将基站间同步信号置于剩余的第二个OFDM符号，M-PSS和M-SSS配置为占据任意6个RB或者不少于6个RB的不多于最大带宽RB数的任意RB数目。从第四个OFDM符号开始插入GP用于接收侧进行收发转换，然后发送数据，直至最后一个符号结束前加GP进行收发转换；
[0068] 接收侧在第一个OFDM符号保留PHICH保证UE正常反馈，在第三个符号保留PSS用于UE同步不做数据发送，在第二个符号前后各插入GP用来收发转换保护，开始在第二个OFDM符号进行基站间同步信号接收。从第四个OFDM符号开始插入GP用于收发转换，然后接收数据，直至最后一个符号结束前加GP进行收发转换保护。
[0069] 此场景下，GP长度要小于0.4个OFDM符号，推荐为0.02ms。
[0070] 本发明分为两个系统：自组网发送侧系统和接收侧系统。各系统的组成具体如下：
[0071] 自组网发送侧系统：该系统主要判断是否有数据需要发送给相邻基站节点，然后根据优先级选择发送给相应的基站节点。
[0072] 自组网接收侧系统：该系统主要接收空口数据，判断是否为接收方。如果是，解析数据递交核心网；如果不是，直接丢弃。
[0073] 本发明的算法原理流程图如图8、图9所示，其中图8为自组网发送侧子系统流程：
[0074] 1）控制面根据数据包IP决定是否需要通过自组网通道将数据发送至相邻基站；
[0075] 2）如果是本基站节点下的IP直接下发；
[0076] 3）如果不是本基站节点下的IP，要考虑本基站节点是否有网关：如果有网关，判断是否是邻基站IP，如果是则通过自组网通道将数据发送至相邻基站；如果不是则直接递交网关；如果没有网关，则直接通过自组网通道将数据发送至相邻基站，交由有网关的基站节点处理。
[0077] 图9为自组网接收侧子系统流程：
[0078] 1）接收侧首先根据M-PDCCH判断控制信息是否合法，如果是则解析，如果否则丢弃；
[0079] 2）M-PDCCH解析后看是否是发给本基站节点的数据包，如果是则解析M-PDSCH，如果不是则丢弃；
[0080] 3）M-PDSCH解析后查看数据包IP，如果是本基站节点下的IP则直接转发；
[0081] 4）如果不是本基站节点下的IP，要考虑本基站节点是否有网关。如果有网关，直接递交网关；如果没有网关，继续通过自组网通道将数据发送至有网关基站，交由有网关的基站节点处理。
[0082] 以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
