CN1905428B - 一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法 - Google Patents

一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法 Download PDF

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Abstract

一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，包括：(1)设置传输时间间隔TTI和***帧结构，每个无线子帧由一个下行导频时隙，一个转换保护时隙、一个同步业务时隙和若干个业务时隙构成，TTI以若干业务时隙长度为单位，若干个业务时隙中包括带有下行时隙到上行时隙转换保护时间间隔的特殊业务时隙；(2)用户通过下行同步，接收广播消息获取步骤(1)所述的TTI和***帧结构，随后在同步业务时隙发送上行同步信息，完成随机接入过程；(3)向对端发送呼叫信息，对端按照设定的TTI进行呼叫应答；(4)网络侧为用户分配信道资源，进行通信。本发明通过帧结构的改进以及TTI长度的缩短，以达到降低数据传输时延，提高用户的呼叫吞吐量。

Description

一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法
技术领域
本发明涉及移动通信***的传输方法，特别涉及一种具有低时延特性的时分双工(TDD)移动通信***的传输方法。
背景技术
随着社会的发展和科学技术的进步，人们对移动通信的要求不断提高，希望能够提供大容量、高速率、低时延的数据传输服务。TD-SCDMA***是第三代移动通信***的三种主流标准中唯一采用时分双工(TDD)方式，其特点是上下行处于同一频段，不需要成对的频率，在频谱利用上具有较大的灵活性。此外，上下行可以灵活配置，支持上下行非对称业务的传输。TD-SCDMA***综合采用了智能天线、上行同步、联合检测和软件无线电等无线通信中的先进技术，使***具有较高的性能和频谱利用率。
从图1和图2现有TD-SCDMA***的帧结构可以看出，TD-SCDMA***的帧结构采用三层结构：无线帧、子帧和时隙。每个无线帧帧长为10ms，分为两个5ms的子帧；每个无线子帧由时隙0到时隙6的七个业务时隙和三个特殊时隙构成。三个特殊时隙分别为下行导频信道(DwPTS)、保护时隙(GP)和上行导频时隙(UpPTS)。其中下行导频时隙主要用于***下行同步信息的发送，保护时隙用于提供下行时隙向上行时隙转换的时间间隔，上行导频时隙用于用户接入的上行同步信息发送。
现有TD-SCDMA***中，每个5ms的无线子帧都有两个上下行转换点(Switching Point)，在图2中分别位于TS0和TS1之间，以及TS3和TS4之间。其中TS0固定用于下行消息的发送，TS1固定用于上行消息的发送。因此，第一个转换点的位置固定在TS0和TS1之间，用于下行时隙向上行时隙转换。为了保证***上行同步的获得，在上下行导频时隙间提供了一个转换保护时隙GP。另一个转换点可以位于TS1到TS6之间的任意两个时隙之间，该转换点是上行向下行的转换点，不需要设置专门的保护时隙。
时分双工移动通信***的通信过程：发送端将数据按照预先设定的无线帧格式进行编码、调制后通过射频发送，接收端接收射频信号先解调、解码后获得对应的数据，然后通过信道给对端发送接收应答消息，发送端接收到应答消息后进行下一数据的发送，据此类推，完成所有数据的发送。
发送端通常建立一个滑动发送窗口，为了保证可靠、顺序传输，发送端向接收端发送的数据包必需处于发送滑动窗口内，当发送端接收到来自接收端的接收应答消息后，滑动窗口向前滑动，新进入窗口的数据将被发送。如果没有接收到接收端的应答消息，且发送滑动窗口内数据包都发送出去了，则发送端会等待应答消息不再发送数据。如果等待接收的应答消息超时，发送端将丢弃该分组。从发送端发送数据到接收端，并由接收端返回接收应答消息的这段时间称为传输时延。发送端的一个呼叫吞吐量(Call Throughout)由发送端发送滑动窗口的大小和传输时延决定，在发送滑动窗口一定的条件下，呼叫吞吐率的大小由传输时延决定，传输时延越小，呼叫吞吐量越大。在移动通信中，传输迟延与空中接口的无线数据发送时间间隔(TransmissionTime Interval，传输时间间隔TTI)的长度有关系，TTI的单位长度越小，其传输时延越小。
同时，对于物理层传输，如果采用AMC(自适应编码调制)和HARQ(混合自动应答)方式，当传输数据的TTI越小，接收端反馈信道质量的时延越短，从而接收端反馈的信道质量越接近发送时的真实信道质量，从而可以采用AMC获得更高的吞吐量。同时，如果发生重传，由于TTI较小，使得HARQ的重传时间减少，也可以提高频带利用率。目前对于TD-SCDMA***，TTI都是以帧(Release 4版本)或子帧(Release 5版本的HSDPA业务)为单位的。
下面以TD-SCDMA通信***为例，简单说明其工作过程。假设除TS0外上下行业务时隙的配置为1∶5，首先UE通过接收DwPTS时隙信息，建立与网络侧下行同步，UE读取TS0上的小区广播消息，获得相应的配置信息。UE通过UpPTS时隙向网络侧发送上行同步信息。网络端接收到UE的上行同步信息建立上行同步后，会为UE发送控制消息，UE收到控制消息后会向网络端发送应答消息。网络端为UE分配相应的信道资源，两者通过分配的信道资源进行通信。
当网络端选择在第N个子帧的TS2上发送数据，UE在接收到数据并进行相应的处理后，需要向网络端发送一个接收应答消息。由于TTI的大小为5ms，因此UE最快也必须在下一个子帧即第N+1个子帧的TS1时隙中向网络端发送应答消息，从第N个子帧的TS2时隙到N+1个子帧的TS1时隙之间的时延比较大。因此目前存在UE等待发送的时间过长，从而造成传输时延较长，用户的呼叫吞吐量受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，以解决现有技术中发送端等待接收端返回接收应答消息时间过长，从而造成传输时延较长，进而影响吞吐量的技术问题。
为解决上述问题，本发明公开一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，包括：(1)设置传输时间间隔TTI的最小单位和***帧结构，每个无线子帧由一个下行导频时隙，一个转换保护时隙、一个同步业务时隙和若干个业务时隙构成，TTI以若干业务时隙的长度为单位，同步业务时隙用于传输上行同步信息，若干个业务时隙中包括特殊业务时隙，特殊业务时隙是带有下行时隙到上行时隙转换保护时间间隔的业务时隙；(2)用户通过接收下行导频时隙的下行导频信息，获取下行同步，通过读取小区广播信息，获得小区相应的配置信息，所述配置信息包括步骤(1)设定的TTI和***帧结构信息，随后用户在同步业务时隙发送上行同步信息，完成随机接入过程；(3)网络侧/用户向对端发送呼叫信息，对端按照步骤(1)设定的TTI进行呼叫应答；(4)网络侧为用户分配信道资源，网络侧和用户通过分配的信道进行通信。
需要说明的是步骤(3)中，如果发送端为网络侧，则对端为用户侧，如果发送端为用户侧，则对端为网络侧。
步骤(1)设定的子帧结构中包含一个下行导频时隙，一个转换保护时隙，一个同步业务时隙和六个业务时隙TS0～TS6，其中TS0为下行时隙，TS1为上行时隙，下行导频时隙位于TS0之后，转换保护时隙位于下行导频时隙和TS1之间。
步骤(1)中设定的同步业务时隙还用于上行业务数据的传输。
步骤(1)中设定的业务时隙包括普通业务时隙，普通业务时隙是专门用于传输业务数据的时隙。
特殊业务时隙中用于下行时隙到上行时隙转换的保护时间间隔和用于传输业务数据的业务时隙长度根据***的覆盖范围进行调整。
步骤(1)中设定的业务时隙具有相同的时隙长度。
步骤(1)设定下行导频时隙用于***下行同步信息的发送，转换保护时隙用于提供下行时隙到上行时隙转换保护的时间间隔。
步骤(2)中下行导频信息和上行同步信息以若干个子帧数为周期间隔发送。
步骤(1)设定的传输时间间隔TTI以业务时隙为最小单位。
具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法中，发送端将需要发送的数据按照步骤(1)设定的帧结构进行编码、调制，然后通过射频发送，接收端接收射频信号先解调、按照步骤(1)设定的帧结构解码后获得对应的数据，随后按照步骤(1)设定的TTI返回接收应答消息，发送端接收到应答消息后进行下一数据的发送，进而完成整个数据传输。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过改进TDD***的帧结构：在每一子帧中可以根据时延的要求增设保护时隙的个数，通过与降低***的TTI单位时间长度相结合，达到降低通信过程中的数据传输延时的效果。
本发明定义了一种特殊业务时隙，既可以用做业务时隙传输业务数据，也可以在时延要求比较高的情况下将其中的一部分或全部用做下行到上行时隙的保护时隙。
另外，本发明可以将下行导频信息和上行同步信息按子帧数为周期间隔发送，有利于提高传输的数据量并降低干扰。
附图说明
图1是现有TD-SCDMA***的物理层帧结构示意图；
图2是现有TD-SCDMA***子帧时隙分配结构的示意图；
图3是本发明公开的一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法的流程图；
图4是本发明公开的一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的一种物理层帧结构示意图；
图5是本发明子帧时隙分配结构的一示意图；
图6是本发明子帧结构中特殊上行业务时隙结构的一示意图；
图7是本发明子帧结构中特殊下行业务时隙结构的一示意图。
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本发明。
目前3GPP规范中规定TD-SCDMA***的TTI是以帧或子帧为单位的。为了减少无线接入网的传输时延，申请人考虑减少TTI的时间长度单位。比如以业务时隙为单位设定TTI，以减少应答时间间隔。假设网络侧和用户的物理层采用图2公开的帧结构，虽然TTI的最小单位为一个业务时隙，但是由于上下行转换点少，数据传输应答时间间隔并不能明显地降低。为了应答TS4时隙发送的下行数据，上行发送数据必须在下一个无线子帧的TS1时隙上发送，应答时间间隔为5ms。可见，单纯地减少TTI的单位时间长度，对于发送数据仍不能从根本上降低应答时间间隔。
为此，本申请人得出：为了降低应答时间间隔，除了减少TTI的时间长度，还需要对***的帧结构进行改进，在同一子帧中增加保护时隙的个数，从而降低***的应答时间。
图3为本发明公开的一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法的流程图。它包括以下步骤：
S101：设置传输时间间隔TTI的最小单位和***帧结构，每个无线子帧由一个下行导频时隙，一个转换保护时隙、一个同步业务时隙和若干个业务时隙构成，TTI以若干业务时隙的长度为单位，同步业务时隙用于传输上行同步信息，若干个业务时隙中包括特殊业务时隙，特殊业务时隙是带有下行时隙到上行时隙转换保护时间间隔的业务时隙。
S102：用户通过接收下行导频时隙的下行导频信息，获取下行同步，通过读取小区广播信息，获得小区相应的配置信息，所述配置信息包括步骤S101设定的TTI和***帧结构信息，随后用户在同步业务时隙发送上行同步信息，完成随机接入过程。
S103：网络侧/用户向对端发送呼叫信息，对端按照步骤S101设定的TTI进行呼叫应答。
S104：网络侧为用户分配信道资源，网络侧和用户通过分配的信道进行通信。
需要说明的是步骤S103中，如果发送端为网络侧，则对端为用户侧，如果发送端为用户侧，则对端为网络侧。
图4为本发明一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的一种物理层帧结构示意图。在图4中，为了保持后向兼容性，帧的长度仍然为10ms，每帧由两个5ms的无线子帧组成。每个无线子帧由一个下行导频时隙，一个转换保护时隙、一个同步业务时隙和若干个业务时隙构成组成。下行导频时隙用于***下行同步信息的发送，转换保护时隙用于提供下行时隙到上行时隙转换保护的时间间隔。下行导频信息和上行同步信息可以以若干个子帧数为周期间隔发送。
本发明子帧结构中设定的同步业务时隙除了传输上行同步信息外，还用于上行业务数据的传输。
本发明子帧结构中业务时隙包括普通业务时隙，普通业务时隙是专门用于传输业务数据的时隙。
本发明子帧结构中业务时隙包括特殊业务时隙，特殊业务时隙是带有下行时隙到上行时隙转换保护时间间隔的业务时隙。特殊业务时隙中用于下行时隙到上行时隙转换的保护时间间隔和用于传输业务数据的业务时隙长度可以根据***的覆盖范围进行调整。
本发明子帧结构中的业务时隙具有相同的时隙长度。
本发明中传输时间间隔TTI以业务时隙为最小单位。
本发明设定的子帧结构中除了固定的一个转换保护时隙GP1外，还可以灵活配置下行时隙到上行时隙转换保护时隙的数目。随着TTI长度的变短，可以减少返回应答消息的时间间隔，进而达到降低数据传输时延的效果。
同时，考虑到下行导频信息和上行同步信息主要是用于UE与网络侧建立同步。为了减少干扰，在本发明的子帧结构中，下行导频信息和上行同步信息可以以若干个子帧数为周期间隔发送。
在设定的子帧结构中，时隙TS0固定为下行时隙，下行导频时隙位于TS0之后，转换保护时隙位于下行导频时隙和TS1之间。
下面具体以图5、图6、图7，子帧时隙分配的一个具体示意图为例，说明一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法。图5描述了一个5ms子帧结构，每个子帧包含TS0～TS6七个业务时隙，其中一个为上行的同步业务时隙。同步业务时隙可以位于任何上行时隙，其中包含上行同步信息。上行同步信息可以以若干个子帧数为周期间隔发送。TS0和TS1之间包含两个特殊时隙：下行导频时隙(DwPTS)和转换保护时隙(GP1)，其中下行导频时隙用于***下行同步信息的发送，转换保护时隙用于提供下行时隙向上行时隙转换保护的时隙间隔。下行导频时隙可以以若干个子帧数为周期间隔发送下行导频信息。对于TS0～TS6时隙，除了TS1外，其它6个业务时隙都是等长度的，为0.675ms。TS1的长度大于原有TS1的长度，且满足等式(1)
         GP1+TS1N＝GP+TS1O+UpPTS                    (1)
其中，GP1表示图5中新的转换保护时隙长度，TS1N表示新的TS1时隙长度，GP是原有保护时隙长度，TS1o表示原有的TS1时隙长度，UpPTS为原有上行导频时隙的长度。图5所示的帧结构中，GP1和TS1的长度可以根据小区不同的覆盖范围灵活配置。
如果业务对时延要求严格，则可以增加一个下行到上行的转换点。例如在图5所示的子帧结构中，TS0固定为下行时隙，TS1固定为上行时隙。TS2、TS3为下行时隙，TS4、TS5、TS6为上行时隙，这样子帧结构中就存在3个时隙转换点，第一个时隙转换点位于DwPTS和TS1之间(下行到上行)，第二个转换点位于TS1和TS2之间(上行到下行)，第三个转换点位于TS3和TS4之间(下行到上行)，其中第一个时隙转换点和第三个时隙转换点为下行到上行的转换点，需要设定专门的转换保护时隙。其中第一个转换保护时隙为GP1，第二个转换保护时隙可以采用图6或图7中的结构。其中GP2表示下行时隙到上行时隙的转换保护时间间隔，T4表示用来传送上行业务数据的业务时隙部分，T3表示用来传送下行业务数据的业务时隙部分。其中转换保护时间间隔和业务时隙长度可以根据***对不同覆盖范围的要求进行灵活配置。覆盖范围越大，则转换保护时隙长度越长，业务时隙长度越短；而覆盖范围越小，则转换保护时隙长度越小，业务时隙的长度越大。每个业务时隙中转换保护时隙和业务时隙长度的之和保持不变。
下面具体说明具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法。首先需要设置传输时间间隔TTI的最小单位和***帧结构。用户通过接收DwPTS时隙的下行导频信息，获取下行同步，用户通过读取小区广播信息，获得小区相应的配置信息，所配置信息的包括预先设定的TTI和***帧结构信息，随后用户在同步业务时隙发送上行同步信息，完成随机接入过程。网络侧/用户向对端发送呼叫信息，对端按照设定的TTI进行呼叫应答。网络侧为用户分配信道资源，网络侧和用户通过分配的信道进行通信。
在数据传输过程中，发送端将数据按照预先设定的无线帧格式进行编码、调制后通过射频发送，接收端接收射频信号先解调、解码后获得对应的数据，然后通过信道给对端发送接收应答消息，发送端接收到应答消息后进行下一数据的发送，据此类推，完成所有数据的发送。
发送端通常建立一个滑动发送窗口，为了保证可靠、顺序传输，发送端向接收端发送的数据包必需处于发送滑动窗口内，当发送端接收到来自接收端的接收应答消息后，滑动窗口向前滑动，新进入窗口的数据将被发送。如果没有接收到接收端的应答消息，且发送滑动窗口内数据包都发送出去了，则发送端会等待应答消息不再发送数据。如果等待接收的应答消息超时，发送端将丢弃该分组。从发送端发送数据到接收端，并由接收端返回接收应答消息的这段时间称为传输时延。发送端的一个呼叫吞吐量(Call Throughout)由发送端发送滑动窗口的大小和传输时延决定，且满足以下不等式(2)：
      Call Throughout≤Send_window size/delay            (2)
即呼叫吞吐量由发送滑动窗口大小和传输时延决定。
从上面的描述中可以看出，在发送滑动窗口一定的条件下，呼叫吞吐率的大小由传输时延决定，传输时延越小，呼叫吞吐量越大。在移动通信中，传输迟延与空中接口的无线数据发送时间间隔(Transmission Time Interval，传输时间间隔TTI)的长度有关系，TTI的单位长度越小，其传输时延越小。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，包括：
(1)设置传输时间间隔TTI的最小单位和***帧结构，每个无线子帧由一个下行导频时隙，一个转换保护时隙、一个同步业务时隙和若干个业务时隙构成，TTI以若干业务时隙的长度为单位，所述同步业务时隙用于传输上行同步信息，所述若干个业务时隙中包括特殊业务时隙，所述特殊业务时隙是带有下行时隙到上行时隙转换保护时间间隔的业务时隙；
(2)用户通过接收下行导频时隙的下行导频信息，获取下行同步，通过读取小区广播信息，获得小区相应的配置信息，所述配置信息包括步骤(1)设定的TTI和***帧结构信息，随后用户在同步业务时隙发送上行同步信息，完成随机接入过程；
(3)网络侧/用户向对端发送呼叫信息，对端按照步骤(1)设定的TTI进行呼叫应答；
(4)网络侧为用户分配信道资源，网络侧和用户通过分配的信道进行通信。
2.如权利要求1所述的具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，步骤(1)设定的子帧结构中包含一个下行导频时隙，一个转换保护时隙，一个同步业务时隙和六个业务时隙TS0～TS6，其中TS0为下行时隙，TS1为上行时隙，下行导频时隙位于TS0之后，转换保护时隙位于下行导频时隙和TS1之间。
3.如权利要求1或2所述的具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，步骤(1)中设定的同步业务时隙还用于上行业务数据的传输。
4.如权利要求1或2所述的具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，步骤(1)中设定的业务时隙包括普通业务时隙，普通业务时隙是专门用于传输业务数据的时隙。
5.如权利要求1或2所述的具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，特殊业务时隙中用于下行时隙到上行时隙转换的保护时间间隔和用于传输业务数据的业务时隙长度根据***的覆盖范围进行调整。
6.如权利要求1或2所述的具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，业务时隙具有相同的时隙长度。
7.如权利要求1或2所述的具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，在步骤(1)设定下行导频时隙用于***下行同步信息的发送，转换保护时隙用于提供下行时隙到上行时隙转换保护的时间间隔。
8.如权利要求1所述的具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，步骤(2)中下行导频信息和上行同步信息以若干个子帧数为周期间隔发送。
9.如权利要求1所述的具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，步骤(1)设定的传输时间间隔TTI以业务时隙为最小单位。
10.如权利要求1所述的具有低时延特性的时分双工移动通信***的传输方法，其特征在于，发送端将需要发送的数据按照步骤(1)设定的帧结构进行编码、调制，然后通过射频发送，接收端接收射频信号先解调、按照步骤(1)设定的帧结构解码后获得对应的数据，随后按照步骤(1)设定的TTI返回接收应答消息，发送端接收到应答消息后进行下一数据的发送，进而完成整个数据传输。
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