CN101588337B - 时分复用帧结构参数优化方法、通信方法、***及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种时分复用帧结构参数优化方法，包括：缩短子帧的正交频分复用OFDM符号的循环前缀CP的长度，同时在时隙或子帧后增加保护间隔GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同。本发明还提供了一种通信方法、***及终端。利用本发明，可以根据使用场景合理配置***参数，有效提高***性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种时分复用帧结构参数优化方法、通信方法、***及终端。
背景技术
宽带无线通信将成为今后移动通信的主要发展方向，通过宽带无线通信，用户可以享受高速的数据下载、网上购物、移动视频聊天、手机电视等众多的无线移动服务。
下一代宽带无线通信***LTE(Long Term Evolution，长期演进)***支持FDD(Frequency Division Duplex，频分复用)和TDD(Time Division Duplex，时分复用)两种方式。在LTE TDD***中，采用OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用)技术，为了避免符号间干扰在OFDM符号之前引入循环前缀CP，CP长度与信道延迟有关，信道延迟越大则需要设置的CP长度就越长；OFDM符号长度为子载波间隔的倒数，而子载波间隔与多普勒扩展有关，即多普勒扩展越大，OFDM符号长度越短。而CP长度与OFDM符号长度之比影响了***资源利用率，CP相对长度越小，则资源利用率越高。OFDM***参数与信道场景有关，应用场景决定了参数设置的合理开销。对于某种场景优化的参数设置对于其它场景而言就不是最优的，考虑能够在各种场景下全部适用的一种参数会导致***资源的浪费。
在LTE***中，通常按照TU(Typical Urban，典型城市)信道能够支持的最高性能指标进行设计，其中规定子载波间隔为15KHz，该参数在2GHz频点能够支持高达350Km/h的移动速度；CP长度为4.79us与TU信道环境的最大时延5us相匹配，CP的资源开销为7.2％。对于具有较大时延的场景，CP长度为16.67us，占用资源开销为25％。对于广播场景给出了相应的方案，对于广播多播信道，考虑信道延迟时间较长，设置CP长度为32.33us，为了降低CP的开销，将子载波间隔减半为7.5KHz，OFDM符号长度加倍，但此时的CP资源开销依然为25％。可见，LTE中最小的CP开销为7.2％，无论是对室内或热点地区，还是宏小区和微小区。其中所述热点地区的基本特点为多径时延扩展小，终端移动速度很低。
上述LTE的参数是针对TU信道环境而设计的，在TU信道中可以获得较好的性能及开销的折中，但是如果将这样的导频结构用于其它场景就会带来性能下降或不必要的开销。比如在热点地区，无线信道的频率选择性和时间选择性都会明显下降。
发明内容
有鉴于此，本发明一方面提供一种时分复用帧结构参数优化方法，以针对不同地区给出优化的帧结构参数，提高LTE TDD通信***的性能。
本发明另一方面提供一种通信方法、***及终端，以在最大程度地保持LTE***兼容性的前提下，优化***帧结构参数，提高LTE TDD通信***的性能。
本发明实施例提供的技术方案如下：
一种时分复用帧结构参数优化方法，包括：
缩短子帧的正交频分复用OFDM符号的循环前缀CP的长度，同时在时隙或子帧后增加保护间隔GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同。
一种通信方法，包括：
当终端处于热点地区时，按以下方式调整所述终端接入小区***的帧结构：缩短子帧的正交频分复用OFDM符号的循环前缀CP的长度，同时在时隙或子帧后增加保护间隔GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同；
所述终端根据所述接入小区***调整后的帧结构参数调整自己的发射和接收参数；
所述终端根据调整后的发射和接收参数进行数据通信的发送和接收。
一种通信***，包括：基站和终端，
所述基站，用于当所述终端处于热点地区时，按以下方式调整所述终端接入小区***的帧结构：缩短子帧的正交频分复用OFDM符号的循环前缀CP的长度，同时在时隙或子帧后增加保护间隔GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同；
所述终端，用于根据所述接入小区***调整后的帧结构参数调整自己的发射和接收参数，并根据调整后的发射和接收参数进行数据通信的发送和接收。
一种终端，包括：
同步信号接收单元，用于接收主同步信号和从同步信号；
检测单元，用于根据所述同步信号接收单元接收的所述主同步信号和从同步信号之间的时域偏移量确定帧结构参数；
调整单元，用于根据所述检测单元确定的帧结构参数调整所述终端的发射和接收参数。
由以上本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例针对热点地区给出了优化的帧结构参数，并且述终端根据接入小区***调整后的帧结构参数调整自己的发射和接收参数，从而完成广播信道的接收，并根据该参数进行数据通信的发送和接收。利用本发明实施例的通信方法及***，可以在最大程度地保持LTE***兼容性的前提下，优化***帧结构参数，缩短反馈时延，提高LTE TDD通信***的性能。
附图说明
图1是现有技术中LTE TDD帧结构的示意图；
图2是本发明方法实施例中LTE TDD子帧结构示意图；
图3是本发明实施例的通信方法的实现流程图；
图4是LTE TDD***中同步信道在帧结构中的位置示意图；
图5是本发明实施例的通信***的原理框图；
图6是本发明实施例的终端的原理框图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明的方法进行详细说明。
在热点地区的用户需求主要是大带宽、高速率、反馈时延小；终端的移动速度很低，主要为固定和游牧等场景；热点地区覆盖面积较小，多径时延扩展小，因而两个热点地区间相互干扰情况较轻。
本发明实施例的时分复用帧结构参数优化方法，针对上述热点地区的特点，不改变LTE通信***的TDD帧结构，通过缩短OFDM符号的CP长度，在时隙或子帧后引入保护间隔GP，即可以根据要求灵活地增加一个无线帧内的上下行切换的次数，缩短反馈时延；进一步地，在不增加控制信令的情况下，终端检测和判别***采用的不同参数，使得LTE通信***可方便地实现，通过灵活调整帧结构参数提高通信***性能。
参照图1，为现有的LTE TDD的帧结构示意图：
LTE TDD无线帧长度为10ms，每一个无线帧由两个5ms长的半帧(half-frame)构成。每一个半帧包括4个1ms长的子帧和3个特殊时隙：DwPTS(Downlink Pilot Timeslot，下行导频时隙)、GP(保护间隔)和UpPTS(上行导频时隙)，3个特殊时隙的总长为1ms。其中，特殊时隙的长度是可配置的，且子帧0和子帧5以及DwPTS永远预留为下行传输，除广播信道外，任意下行业务都可占用该DwPTS时隙或子帧6上的空闲资源进行传输，如PDSCH(Physical Downlink Shared Channel，物理下行链路共享信道)、PMCH(physical multicast channel，物理多播信道)等。每个子帧长度为1ms，分为两个时隙，每个时隙长度为0.5ms，每个时隙又可以划分为7个OFDM符号，每个OFDM符号长度为66.67us，OFDM符号前有一个循环前缀CP，长度为4.79us，如图2(a)所示。
在本发明实施例中，对于固定和游牧等场景，通过减少CP的长度，在保证LTE TDD帧结构长度不变的情况下，相应地，可以在时隙或子帧后增加GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同，即保持TDD帧结构的长度不变，以此来保证上下行资源配置的灵活性。具体地，可以将增加的GP分别放置在每个时隙后，并且每个时隙后增加的GP长度相同，如图2(b)所示，CP长度变为3.125us，GP长度为11.84us；也可以将所述增加的GP集中放置在每个子帧后，并且每个子帧后增加的GP长度相同，此时GP长度为22.87us，如图2(c)所示。
在现有的LTE TDD***中，下/上行切换点有两种情况，一种是5ms切换一次，一种是10ms切换一次。如果在每一个时隙后保留一个GP，该配置可以保持时隙长度和子帧长度与原***保持一致，有利于***的兼容性；将GP集中放置于每个子帧的最后，此时，时隙不能够与原来的LTE TDD帧结构中的时隙对齐，但是子帧能够与LTE TDD帧结构中的子帧对齐，长度为1ms。可见，不论是将增加的GP分别放置在每个时隙后，还是将增加的GP集中放置在每个子帧后，均可以使得上下行链路资源颗粒度变小了，从而有利于***的灵活调度。
本发明实施例还提供一种通信方法，该通信方法基于不同场景的帧结构参数可调，并且使终端能够根据下行同步信道获知所接入小区***采用的帧结构参数，从而可以根据该帧结构参数对自己的帧结构参数进行调整，实现上下行数据收发操作。
参照图3，是本发明实施例通信方法的一种实现流程，主要包括以下步骤：
步骤301，当终端处于热点地区时，按以下方式调整所述终端接入小区***的帧结构：缩短子帧的正交频分复用OFDM符号的循环前缀CP的长度，同时在时隙或子帧后增加保护间隔GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同。
具体调整方式在前面已有详细描述，在此不再赘述。
步骤302，终端根据接收的主同步信号和从同步信号之间的时域偏移量确定所述接入小区***调整后的帧结构参数；
步骤303，终端根据确定的帧结构参数调整自己的发射和接收参数；
步骤304，终端根据调整后的发射和接收参数进行数据通信的发送和接收。
LTE TDD通信***的信道可以分为同步信道、广播信道、上下行控制信道和上下行共享信道。其中：
同步信道用于发送终端接入小区、进行小区选择和重选过程中最重要的***信息，需要在接收广播信道之前就能够完成下行同步，以便正确判定广播信道的位置，进行解读广播的操作。
广播信道用于将***的基本信息发送给本小区内的所有用户，广播信道主要关心覆盖性能，即小区覆盖范围内尽量多的UE能够正确接收到广播信息，广播信息主要包括***带宽、发射天线数量、***帧号、公共资源配置信息、相邻小区信息等。
上下行控制信道用于发送用户资源分配、调整编码方式和HARQ(HybridAutomatic Repeat Request，混合自动重传)相关信息等。
上下行共享信道为各个用户的业务占用的时频资源。
由于终端在接收下行同步信道之前并不知道接入小区***的帧结构参数，因此本发明实施例的通信方法中终端根据下行同步信道中的信息，获得接入小区***的帧结构参数，进而可以根据该帧结构参数调整自己的发送和接收参数，完成广播信道的接收，并根据该参数进行数据的接收和发送。
在上述步骤302中，终端需要根据接收的主同步信号和从同步信号之间的时域偏移量确定所述接入小区***调整后的帧结构参数，下面参照图4所示LTE TDD***中同步信道在帧结构中的位置示意图来进行详细说明。
在LTE标准中规定，PSCH(Primary Synchronization Channel，主同步信道)放在DwPTS中的第三个符号上，而SSCH(Secondary SynchronizationChannel，从同步信道)放在子帧#0的最后一个OFDM符号上，如图4所示。由于CP长度的不同，会导致PSCH与SSCH之间的偏移量不同。其中，图4(a)表示的是长CP的情况，CP长度为16.67us；图4(b)表示的是普通CP的情况，CP长度为4.7568us；图4(c)表示的是短CP的情况，CP长度为3.125us，每个时隙后有一个GP，GP长度为11.84us；图4(d)表示的是短CP的情况，CP长度为3.125us，但是每个子帧后有一个较大的GP，GP长度为22.87us。
因此可以分别计算上述四种情况下PSCH与SSCH之间的时域偏移量，请参考图4，PSCH与SSCH的时间偏移量由两者之间的CP数量和符号数量相加计算出来，得到各偏移量如下：
(a)PSCH与SSCH间隔3个OFDM符号+3个长CP，而OFDM符号和长CP的长度是已知的，因此得到offset0＝250us；
(b)PSCH与SSCH间隔3个OFDM符号+3个正常CP，得到offset1＝214.59us；
(c)PSCH与SSCH间隔3个OFDM符号+3个正常CP+1个短GP，得到offset2＝221.22us；
(d)PSCH与SSCH间隔3个OFDM符号+3个正常CP+1个长GP，得到offset3＝233us。
由上述计算结果可知，四个偏移量之间的最小间隔为6.63us。
下面基于上述这四种情况，说明通过检测PSCH与SSCH之间的时域偏移量来判断当前***的参数结构的过程：
首先，检测PSCH的位置，PSCH信道共有3个序列，通过终端预存的PSCH可能的发射端信号与接收到的以无线帧为单位的连续信号(这些接收的信号中包含数据信号也包含同步信道)进行相关处理，比如使用预存的PSCH信号与接收信号进行计算：两个序列各个元素分别共轭相乘，再将各个乘积相加，将和除以序列长度即得到相关值，如果两个序列正交，相关值为0，两个序列相关度很大则相关值趋于1，所述计算可以通过匹配滤波器来实现，当接收信号通过匹配滤波器时，会在PSCH所在的位置出现一个较高的相关峰，从而得到PSCH的时域位置；
然后，检测SSCH的位置，SSCH信道共有504个序列，通过终端预存的SSCH的信号分别在图4所示偏移量0、偏移量1、偏移量2、偏移量3的位置上进行相关检测，记录不同偏移量位置上的各个相关值，可以得到最大相关值所在的偏移量，该偏移量指示了***[CP，GP]参数。
参考图4(a)～(d)，每个[CP，GP]的配置参数对应了一种唯一的PSCH-SSCH偏移量，是一一对应的关系。因此，如果知道了PSCH-SSCH的偏移量，那么对应的[CP，GP]参数即可得知。
当然，除了上述检测方法外，根据实际应用需要，还可以采用其他方法来获得[CP，GP]参数，本发明并不仅局限于上述这种具体检测方法。
这样，终端就可以根据检测到的***帧结构参数来调整自己的发射和接收参数。比如，终端在做下行同步时首先确定PSCH所在的时间为t0；然后进行SSCH的检测，假设发现SSCH的最大相关峰出现的位置为t1，求出两者的时间偏差量offset＝t0-t1。有以下几种情况：
(1)如果得到的时间偏差量offset为offset0＝250us的一个较小的邻域内，比如，offset0±2us，那么就可以判定，***参数如图4(a)所示，CP长度为长CP，无增加GP；
(2)如果得到的时间偏差量offset为offset1＝214.59us的一个较小的邻域内，比如offset1±2us，那么就可以判定，***参数如图4(b)所示，CP长度为普通CP，无增加GP；
(3)如果得到的时间偏差量offset为offset2＝221.22us的一个较小的邻域内，比如offset2±2us，那么就可以判定，***参数如图4(c)所示，短CP，CP长度为3.125us，每个时隙后面有一个GP，GP长度为11.84us；
(4)如果得到的时间偏差量offset为offset3＝233us的一个较小的邻域内，比如offset3±2us，那么就可以判定，***参数如图4(d)所示，短CP，CP长度为3.125us，每个子帧后面有一个较大的GP，GP长度为22.87us。
终端根据调整后的发射和接收参数完成广播信道的接收，进而能够根据该参数进行数据的接收和发送。
可见，利用本发明实施例的通信方法，可以根据使用场景合理配置***参数，有效提高***性能。
本发明实施例还提供了一种通信***，如图5所示包括：基站51和终端52，其中，基站51用于当所述终端处于热点地区时，按以下方式调整所述终端接入小区***的帧结构：缩短子帧的正交频分复用OFDM符号的循环前缀CP的长度，同时在时隙或子帧后增加保护间隔GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同；终端52用于根据所述接入小区***调整后的帧结构参数调整自己的发射和接收参数，并根据调整后的发射和接收参数进行数据通信的发送和接收。
在该实施例中，终端52包括接收单元521、检测单元522、调整单元523和发送单元524。其中，接收单元521用于接收基站51发送的主同步信号和从同步信号；检测单元522用于根据接收单元521接收的所述主同步信号和从同步信号之间的时域偏移量确定帧结构参数；调整单元523用于根据检测单元522确定的帧结构参数调整所述终端的发射和接收参数；发送单元524用于根据调整单元523调整后的发射和接收参数进行数据通信的发送。
本发明实施例的通信***，可以根据使用场景合理配置***参数，并且在不增加控制信令的情况下，终端即可检测和判别***采用的帧结构参数，从而可以使通信***方便地实现，有效提高***性能，满足通信***容量需求。尤其是对于热点地区，可以大大减少CP的长度而不会带来性能的下降，从而换得***其它方面性能的提高，比如上下行资源配置更加灵活，即每个无线帧内有更多的切换点，令TDD的反馈时延更短等。
本发明实施例还提供一种终端，如图6所示，该终端主要包括：同步信号接收单元61、检测单元62和调整单元63。其中，同步信号接收单元61用于接收主同步信号和从同步信号；检测单元62用于根据同步信号接收单元61接收的所述主同步信号和从同步信号之间的时域偏移量确定帧结构参数；调整单元63用于根据检测单元62确定的帧结构参数调整所述终端的发射和接收参数。
在该实施例中，检测单元62包括：时域偏移量确定子单元621和帧结构参数确定子单元622。其中，时域偏移量确定子单元621用于确定所述主同步信号和从同步信号之间的时域偏移量；帧结构参数确定子单元622用于根据所述时域偏移量确定帧结构参数。
优选地，该终端还可以包括存储单元64，用于预存主同步信号和从同步信号，这样，时域偏移量确定子单元621就可以根据存储单元64中预存的主同步信号与接收的主同步信号的比较，得到主同步信道的时域位置，并根据预存的从同步信号与接收的从同步信号的比较，得到从同步信道的时域位置；进而根据主同步信道及从同步信道的时域位置计算得到主同步信道与从同步信道的偏移量。
本发明实施例的终端，可以在不增加控制信令的情况下，能够检测和判别要接入的小区***采用的帧结构参数，从而使通信***可以方便地实现。
本领域技术人员可以理解，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于RAM、内存、ROM、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种时分复用帧结构参数优化方法，其特征在于，包括：
当处于热点地区时，缩短长期演进时分复用无线帧中子帧的正交频分复用OFDM符号的循环前缀CP的长度，同时在子帧中包括的时隙或子帧后增加保护间隔GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
将所述增加的GP分别放置在每个时隙后，并且每个时隙后增加的GP长度相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
将所述增加的GP集中放置在每个子帧后，并且每个子帧后增加的GP长度相同。
4.一种通信方法，其特征在于，包括：
当终端处于热点地区时，按以下方式调整所述终端接入小区***的帧结构：缩短长期演进时分复用无线帧中子帧的正交频分复用OFDM符号的循环前缀CP的长度，同时在子帧中包括的时隙或子帧后增加保护间隔GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同；
所述终端根据所述接入小区***调整后的帧结构参数调整自己的发射和接收参数；
所述终端根据调整后的发射和接收参数进行数据通信的发送和接收。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述终端根据所述接入小区***调整后的帧结构参数调整自己的发射和接收参数包括：
所述终端根据接收的主同步信号和从同步信号之间的时域偏移量确定所述接入小区***调整后的帧结构参数；
所述终端根据确定的所述接入小区***调整后的帧结构参数调整自己的发射和接收参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述终端根据接收的主同步信号和从同步信号之间的时域偏移量确定所述接入小区***调整后的帧结构参数包括：
通过比较预存的主同步信号与接收的主同步信号，得到主同步信道的时域位置；
通过比较预存的从同步信号与接收的从同步信号，得到从同步信道的时域位置；
根据主同步信道及从同步信道的时域位置计算主同步信道与从同步信道的偏移量；
根据所述偏移量确定所述接入小区***调整后的CP和GP的位置及长度。
7.一种通信***，其特征在于，包括：基站和终端，
所述基站，用于当所述终端处于热点地区时，按以下方式调整所述终端接入小区***的帧结构：缩短长期演进时分复用无线帧中子帧的正交频分复用OFDM符号的循环前缀CP的长度，同时在子帧中包括的时隙或子帧后增加保护间隔GP，并使增加的GP的总长度与缩短的CP的总长度相同；
所述终端，用于根据所述接入小区***调整后的帧结构参数调整自己的发射和接收参数，并根据调整后的发射和接收参数进行数据通信的发送和接收。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述终端包括：
接收单元，用于接收主同步信号和从同步信号；
检测单元，用于根据所述接收单元接收的所述主同步信号和从同步信号之间的时域偏移量确定所述接入小区***调整后的帧结构参数；
调整单元，用于根据所述检测单元确定的所述接入小区***调整后的帧结构参数调整所述终端的发射和接收参数；
发送单元，用于根据所述调整单元调整后的发射参数进行数据通信的发送。
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