CN100365948C - Utra tdd时隙分配 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在时分双工通信系统(300)中分配时隙给用户单元的设备和方法。通信系统(300)有多个帧同步的基站(301)。设备(301)包括一个转换点处理器(323)，该转换点处理器(323)确定在一个时间帧中上行链路和下行链路时隙之间的转换点(223)。它进一步包括一个功率电平处理器321，功率电平处理器确定与来自多个将要被分配时隙的用户单元(307，309，311)的通信相关的功率电平。此外，该设备(301)包括一个时隙调度程序，其响应相关的功率电平分配该时间帧中的时隙给这些用户单元(307，309，311)。本发明可应用于例如UMTS的时分双工模式这样的第三代蜂窝通信系统。

Description

UTRA TDD时隙分配

发明领域

本发明涉及一种用于分配时隙的设备及其方法，尤其是用于时分双工通信系统。

发明背景

在蜂窝通信系统中，每个用户单元(典型地是移动台，用户设备，用户终端等)典型地与一个固定基站通信。从用户单元到基站的通信称为上行链路，从基站到用户单元的通信称为下行链路。系统的总覆盖区域被分为许多独立的蜂窝，每个蜂窝主要由一个单独基站覆盖。这些蜂窝典型地在地理上与相邻蜂窝明显有一个重叠的覆盖区域。图1说明了蜂窝通信系统100。在该系统中，一个基站101通过无线信道105与多个用户单元103通信。在该蜂窝系统中，基站101覆盖特定地理区域107内的用户，而其他地理区域109、111由其他基站113、115覆盖。

当一个用户单元从一个蜂窝的覆盖区域向另一个蜂窝的覆盖区域移动时，通信链路将从该用户单元和该第一蜂窝的基站之间向该用户单元和该第二蜂窝的基站之间变化。这被称为切换。特别地是，一些蜂窝可以完全位于其他更大蜂窝的覆盖区之内。

所有基站通过一个固定网相互连接。该固定网包括连接其他通信网的通信线路、交换机和接口以及操作该网络所需要的各种控制器。来自一个用户单元的呼叫通过该固定网路由到该呼叫指定的目的地。如果该呼叫在同一通信系统的两个用户单元之间进行，那么该呼叫将通过该固定网被路由到另一个用户单元所处的蜂窝的基站。这样通过该固定网在两个服务蜂窝之间建立一个连接。作为选择，如果该呼叫在一个用户单元和一个连接到公共交换电话网(PSTN)的电话之间，那么该呼叫就从该服务基站被路由到该蜂窝移动通信系统和PSTN之间的接口。然后从该接口通过PSTN路由到该电话。

分配一个频谱给一个蜂窝移动通信系统，以用于用户单元和基站之间的无线通信。该频谱必须在同时使用该系统的所有用户单元之间共享。

一种共享该频谱的方法是通过一种称为码分多址(CDMA)的技术。在直接序列CDMA(DS-CDMA)通信系统中，信号在被发射之前与一个高速率代码相乘，从而该信号被扩展在一个较大频谱上。一个窄带信号就这样被扩展并作为宽带信号发射。在接收机，通过接收信号与同一代码相乘来再生初始窄带信号。使用不同代码扩展的信号将不能被接收机解扩，而是保持宽带信号并在解扩操作后通过滤波被除去。在接收机中，在与所需信号相同的频谱中接收的干扰信号引起的大部分干扰就这样通过滤波可以除去。因此，通过为不同的用户单元分配不同的代码可以在同一宽带频谱内容纳多个用户单元。选择代码，以便典型地通过尽可能选择正交代码来最小化用户单元之间引起的干扰。CDMA通信系统的进一步描述可以在“Spread Spectrum CDMASystem for Wireless Communications”，Glisic&Vucetic，Artech housePublishers，1997，ISBN-0-89006-858-5中找到。CDMA蜂窝系统的例子是北美标准化的IS 95以及当前欧洲标准化下的通用移动电信系统(UMTS)。

UMTS的一方面是时分双工模式。在该系统中，频谱被分为多个频率信道，每个频率信道进一步被分为时间帧，每个时间帧具有多个时隙。在该系统中，通过为不同的用户单元分配不同的时隙来区分不同用户，这些时隙与分配给其他用户的时隙正交。在UMTS的TDD模式和以前的例如全球移动通信系统(GSM)这样的时分多址(TDMA)系统之间的不同在于，在每个时隙内可以为同一蜂窝分配多于一个的用户单元。在TDD中来自不同用户单元的信号用一个类似CDMA系统的扩展码进行扩展。但是，对于UMTS TDD来说，扩展码明显较短，扩展码范围为从1到16。同一时隙内的不同用户单元之间的区分通过使用不同的扩展码结合联合检测以及相关的干扰降低技术来实现。在TDD和其他的TDMA系统之间的另一个不同在于，同一频率信道既被用于上行链路又用于下行链路通信，以至于一个时间帧的一些时隙被分配用于上行链路传输，而在同一时间帧内的其他时隙被分配用于下行链路传输。UMTS TDD通信系统的进一步描述可以在“Interference considerations for the time division duplex mode of theUMTS Terrestrial Radio Access”，Holma，H.；Heikkinen，S.；Lehtinen，O.-A.；Toskala，A.IEEE Journal on Selected Areas incommunications，Volume：18 Issue：8，Aug.2000 Page(s)：1386-1393中找到。

特别是，使用TDD的蜂窝移动无线技术能够分配不同数量的时隙给上行链路和下行链路，这对于处理业务不对称情况来说是一种有效的方法。但是，这种技术在诸如UMTS TDD通信系统这样的系统中有一些缺点，就是会对相邻蜂窝造成干扰。这种干扰在使用频率在用因子为1的通信系统中特别有问题，在用因子为1也就是在相邻的蜂窝中使用同样的频率信道。在这种情况中，在相邻的蜂窝中会出现上行链路和下行链路时隙的冲突。各个基站扰码不够长，因而不能把造成的干扰降低到可接收的水平。当前解决该问题的方案是对于相邻基站上行链路-下行链路的转换点同步-即通过相邻蜂窝的同步，以便同一个时间间隔被分配用于上行链路和下行链路。但是这种方案要求相邻基站在上行链路和下行链路时隙之间具有相同的转换点。这样反过来会限制资源分配的灵活性，从而大大限制整个系统的容量，因为业务分布、尤其是在上行链路和下行链路之间业务不对称的程度可能在蜂窝之间大不相同。因此，需要一种系统，可以提供增加的TDD通信系统容量。

发明内容

本发明的发明人认识到，在TDD通信系统中用于时隙分配的传统方法是次优的，并且可以进行改进。本发明试图提供在时隙分配方面的改进，并且特别是试图改善通信系统的容量以及在对不对称业务分配时隙方面增加的灵活性。

因此，提供一种在时分双工通信系统中分配时隙给用户单元的方法，该系统至少包括帧大体上同步的第一和第二基站，该方法包括步骤：确定在上行链路和下行链路时隙之间的、第一基站的第一时间帧中的转换点；确定与来自多个用户单元的通信相关的功率电平，在第一时间帧中的时隙要分配给这些用户单元；并且响应所述相关功率电平，通过以下操作分配第一时间帧的时隙给所述多个用户单元：指定接近所述转换点的至少第一时隙组；确定第一功率阈值；仅当这些相关的功率电平低于所述第一阈值时，分配用户单元的时隙给所述第一时隙组。

根据本发明的第一特点，分配时隙，以便具有较低的相关功率电平的用户单元朝时隙转换点集中。

根据本发明的第二特点，选择所述第一时隙组，以便包括该第二基站的第二时间帧中的一个第二转换点的时间。

根据本发明的第三特点，分配时隙给用户，以便相关功率电平随着到该转换点的距离而增加。

根据本发明的第二方面，提供一种用于在时分双工通信系统中分配时隙给用户单元的设备，该系统至少包括帧大体上同步的第一和第二基站，该设备包括：用于确定上行链路和下行链路时隙之间的、第一基站的第一时间帧中一个转换点的装置；用于确定与来自多个用户单元的通信相关的功率电平的装置，其中在该第一时间帧中的时隙要分配给这些用户单元；以及响应所述的相关功率电平分配该第一时间帧的时隙给所述多个用户单元的装置，其包括：用于指定接近所述转换点的至少一个第一时隙组的装置；用于确定第一功率阈值的装置；用于仅当这些相关的功率电平低于所述第一阈值时、分配用户单元的时隙给所述第一时隙组的装置。

附图说明

下面参照附图通过例子来描述本发明的一个实施例，其中：

图1说明了根据现有技术的蜂窝通信系统；

图2说明了根据本发明的一个实施例用于TDD通信系统的第一基站的时间帧；

图3说明了包括根据本发明的一个实施例的用于分配时隙的设备的TDD通信系统；

图4说明了根据本发明的一个实施例分配时隙的方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述集中在一个与UMTS TDD标准化的当前方式相兼容的实施例，但是很显然本发明并不限于这种应用。

TDD通信系统包括多个基站，每个基站支持多个用户单元。该通信系统的基站是帧同步的，这意味着一个基站的时间帧的开始和结束时间与另一个基站的开始和结束时间有关。理想地来说，一个基站的开始和结束时间完全与另一个基站的开始和结束时间相一致，但是在实际的通信系统中可能出现很大偏差。但是典型地，同步偏差小于一个时隙的持续时间，并且在许多系统中它与一些码元时间一样小。

图2说明了根据本发明的一个实施例用于TDD通信系统的第一基站的时间帧。

时间帧200包含时隙201到213，而时隙215到217属于前一个时间帧并且时隙219和221属于后一个时间帧。

时间帧200分为一组用于下行链路通信的下行链路时隙201到207以及一组用于上行链路通信的上行链路时隙209到213。上行链路时隙和下行链路时隙之间的分割点称为转换点223。在前一个或后一个时间帧中，在每个方向使用不同数量的时隙。例如，前一个时间帧可以有3个下行链路时隙和2个上行链路时隙，而后一个时间帧可以有5个下行链路时隙和2个上行链路时隙。这样转换点可以动态在时间帧之间变化。

在所述的实施例中，具有帧同步的基站的相邻蜂窝采用一个类似的时间帧。由于帧同步，在不同蜂窝中的帧的开始和结束时间大体相同。因此，在该实施例中，每个帧由单独的一组连续下行链路时隙和单独的一组连续上行链路时隙组成，假定同步偏差足够低，在时间帧的开始和结束点周围不同蜂窝的上行链路和下行链路时隙之间的冲突就无关紧要。

转换点最好可以在一个区域(其可以等于整个时间帧)内动态移动并且在各个蜂窝彼此独立地移动。

但是，如果在时间帧内的转换点不同步，在不同蜂窝的下行链路和上行链路时隙之间会发生冲突。这可能大大降低或妨碍通信。例如，一个接近蜂窝边缘的用户单元的发射功率将很高。如果它与一个接收移动台的下行链路时隙同时发生，其中该接收移动台在一个相邻蜂窝中并接近该发射移动台，那么它将会妨碍道该第二移动台的通信。但是，同步转换点将大大降低时隙分配中的灵活性，当蜂窝之间的业务不对称性不同时，会造成容量的大大降低。

根据本发明的一个实施例，确定与来自一些用户单元的通信相关的功率电平，并且响应所述相关功率电平在一个时间帧内分配时隙。根据该优选实施例，分配时隙，以便具有较低的相关功率电平的用户单元集中到时隙转换点，特别地，分配时隙给用户单元，以便相关功率电平随着远离转换点而增加。

因此，当转换点具体所处的区域内的时隙具有最小发射功率从而对其他用户单元造成最小干扰时，在不同蜂窝中的上行链路和下行链路时隙之间的冲突的影响将最小化。

图3说明了包括根据本发明的一个实施例的用于分配时隙的设备的TDD通信系统。

基站301通过一个数据接口305连接到网络303。网络303包括无线网络控制器、路由器、交换机、计费处理器、其他基站、网关、网络路由器、网络交换机和在现有技术中公知的操作蜂窝通信系统所需要或期望的任何其他元件。网络303把要发送到基站301所支持的用户单元307、309、311的数据提供给基站301。基站301把从所支持的用户单元307、309、311接收的数据提供给网络303。另外，与网络303交换用于通信系统操作和配置的控制和信息数据，其中该通信系统包括基站301和用户单元307、309、311。

接口305连接到一个发射机313，其执行发射到用户单元307、309、311所要求的所有功能。此外，接口连接到一个接收机315，其执行接收来自用户单元307、309、311的传输所要求的所有功能。接收机315和发射机313根据给定通信系统的传输协议和标准进行操作。接收机315和发射机313通过一个开关319连接到同一天线317，开关319如本领域公知的方式在发射和接收间转换。

基站201进一步包括一个功率电平处理器321，其可操作地确定与不同用户单元相关的功率电平，其中要分配时隙给这些用户用于通信。在本领域中公知，通过使用功率控制环对上行链路和下行链路传输控制发射功率，并且在该优选实施例中，功率电平处理器由一个功率控制环的当前状态确定相关的功率电平。在该优选实施例中，用于分配时隙的设备包括在基站301中，下行链路发射功率电平直接可用。在一些实施例中，相关的功率控制电平可以通过用户单元307、309、311报告它们的当前发射功率电平来确定或从接收的功率电平和传播衰减估计中得到。

基站301进一步包括一个转换点处理器323，其确定上行链路和下行链路时隙之间的转换点。典型地，转换点可以根据用户单元307、309、311的资源需求来确定。因此在优选实施例中，用户单元307、309、311的通信需求对于一个给定时间帧来说是已知的，并且上行链路和下行链路时隙之间的时隙分配与选择支持哪一个用户单元一样由一个资源分配器执行。对本领域技术人员来说很清楚，可以使用用于在用户单元307、309、311之间划分资源以及选择转换点的任何合适方法，而不脱离本发明。

在优选实施例中，资源分配器嵌入在时隙调度程序325和转换点处理器323中，时隙调度程序325连接到功率电平处理器321。时隙调度程序325为每个时间帧选择哪些时隙分配为上行链路时隙哪些为下行链路时隙。它进一步确定分配一个上行线路和/或下行链路时隙给哪些用户单元，并且最终它分配特定的时隙给特定的用户单元。时隙调度程序325还连接到接收机315、发射机313和接口305，以便控制发射和接收并接收时隙调度程序325操作所需的控制和业务信息。

图4说明了根据本发明的一个实施例的分配时隙的方法的流程图。该图说明了在所述实施例中图3的设备的性能。

在步骤401，转换点处理器确定该时间帧内的一个或多个转换点。在优选实施例中这通过对要求分配一个时隙的用户单元按优先顺序排列并且分配给最高优先权用户单元来实现。因此，为下行链路和上行链路分配的时隙数量取决于有多少最高优先权用户单元要求一个下行链路时隙以及有多少要求一个上行链路时隙。在一个给定时间帧中要求时隙的用户单元组可以在各个时间帧不相同。但是，在优选实施例中，要求分配时隙的用户单元组只在新的呼叫建立或现有呼叫终止时才改变。因此在该实施例中，许多连续的时间帧可以具有不变的需求并且对于这些时间帧换转换点可以固定。因此在该实施例中，不需要对每个时间帧重新确定转换点，而只有在受到呼叫建立或终止的触发时才确定。

在步骤403，与来自多个用户单元的通信相关的功率电平由功率电平处理器321确定。在优选实施例中，确定对每个上行链路用户单元估计的发射功率以及对每个下行链路基站的基站估计发射功率。可以使用用于估计或确定相关功率电平的任何合适的已知方法而不脱离本发明。在该优选实施例中，只为最高优先权用户单元、即只为在该时间帧中要为其分配时隙的用户确定相关的功率电平。但是，在其他实施例中，对所有的用户单元或对极小的一组用户确定相关的功率电平，例如仅仅直到已经找到足够填满转换点周围定义的区域的具有低于给定阈值的相关功率电平的用户单元。

在步骤405，指定接近转换点的一组时隙。在优选实施例中这些时隙是与转换点相邻或在转换点周围的一个或多个时隙。作为选择和/或另外，该组时隙可以根据与一个第二基站的第二时间帧有关的第二转换点来选择。在该实施例中，指定是这样的，也就是该组时隙包括第二转换点。第二转换点仅已知大约或在一个范围内，并且该组时隙选择的足够大，有较高或适当的概率包括第二转换点的时间。

在步骤407，确定一个阈值功率。在该优选实施例中，这通过对最高优先权用户单元的相关功率电平排序并且设置功率阈值以便具有低于该阈值的相关功率电平的用户单元数量等于在该组中的时隙数量、由功率电平处理器321来实现。因此，在该实施例中，如果在该组中指定三个时隙，那么就设置该阈值稍高于具有第三低相关功率电平的用户单元的相关功率电平。

在另一个实施例中，响应于外部参数，诸如在一个或多个蜂窝中的业务负载和/或干扰水平，来预定或确定该功率阈值。这样，该功率阈值可以是不变的或动态改变并且可以是一个相对或绝对值。

在步骤409，选择低于该功率阈值的用户单元，并且在步骤411，把包含在该组指定时隙中的时隙分配给所选的用户单元，而把未包含在该组中的时隙分配给其余的用户单元。在该优选实施例中，分配这些时隙给用户单元，以至于相关功率电平随着远离转换点而增加，而在另一些实施例中不严格按照相关功率电平分配在该组内的时隙。

对于下一个时间帧重复该过程。在一些实施例中，对于同一时间帧的第二组时隙重复该过程。在该实施例中，指定第二组时隙，其最好相邻第一组时隙或在第一组时隙周围。类似于第一功率阈值确定第二功率阈值，并且分配第二组中的时隙给具有相关功率电平在第一功率阈值和第二功率阈值之间的用户单元。可以按照所需的组数重复该过程，在一种极端情况中，每组包括一个单独的时隙，从而使相关功率电平随着该时隙和该转换点之间的距离增加而增加。

因此，具有大的相关功率电平的用户单元朝时间帧的转换点集中，从而相邻蜂窝的上行链路和下行链路时隙的冲突所造成的干扰可以大大地降低。这样，分配离转换点最远的时隙给蜂窝边缘的用户，其中用于这些用户上行链路和下行链路的发射功率较高，在这些时隙相邻蜂窝之间的上行链路和下行链路传输之间的冲突概率较小。分配接近转换点的时隙给低功率用户，在这些时隙不同蜂窝的上行链路和下行链路时隙之间的冲突概率较高。但是，由于信号功率低，冲突影响可以最小化。

由于对具有不同步转换点的蜂窝，上行链路和下行链路之间的破坏性冲突大大降低，因此在相邻蜂窝中选择转换点的灵活性大大提高。这可以提高在不同蜂窝中分配时隙的灵活性，从而导致系统容量大大增加。

在本发明的考虑中，每个时间帧可以包括多于一个的转换点，在这种情况中所述的方法可以应用于一个、多个或所有的转换点。特殊地，如果帧同步偏差对于一个蜂窝中的上行链路传输足够大而大大影响另一个蜂窝中的下行链路通信(或反之亦然)，那么时间帧的开始和/或结束点可以认为是转换点。

同时，上面描述了本发明的实施例的具体优选实现方式，很清楚对于本领域技术人员来说是很容易应用这样的发明构思的变形和修改。

所述的部件和功能性可以以任何适当的方式来实现，从而提供适当的设备。特别地，部件可以由单个的分立实体组成，或可以可选地通过修改现有的部分或部件来构成。用于分配时隙的设备例如可以作为一个独立单元，作为诸如基站这样的网络元件的一部分来实现，或分布在多个实体之间。同样地，所需要的修改可以以存储在存储介质上的处理器可执行指令的形式来实现，存储介质例如是软盘、硬盘、PROM、RAM或任何这些或其他存储介质的组合。此外，该功能性可以以硬件、固件、软件或它们的任何组合形式来实现。

Claims (16)

1.一种用于在时分双工通信系统中分配时隙给用户单元的方法，该时分双工通信系统至少包括帧大体同步的第一和第二基站，该方法包括以下步骤：

确定在上行链路和下行链路时隙之间的、第一基站的第一时间帧中一个转换点；

确定与来自多个用户单元的通信相关的功率电平，其中在第一时间帧中的时隙要分配给这些用户单元；和

响应所述的相关功率电平，通过以下步骤分配所述第一时间帧的时隙给所述多个用户单元：

指定接近所述转换点的至少第一时隙组；

确定第一功率阈值；以及

仅当这些相关的功率电平低于所述第一阈值时，向用户单元分配所述第一时隙组。

2.如权利要求1所述的分配时隙的方法，其中，分配所述时隙以便具有相对较低的相关功率电平的用户单元朝所述时隙的转换点集中。

3.如权利要求1或2所述的分配时隙的方法，其中，分配所述时隙的步骤还包括：

指定接近所述转换点的第二时隙组；

确定第二功率阈值；

并且仅当这些相关的功率电平低于所述第二阈值并且高于所述第一阈值时，向用户单元分配所述第二时隙组。

4.如权利要求1或2所述的分配时隙的方法，其中，所述第一时隙组包括一个单独时隙。

5.如权利要求1或2所述的分配时隙的方法，其中，所述第一时隙组包括与所述转换点相邻的一组时隙。

6.如权利要求1或2所述的分配时隙的方法，其中，选择所述第一时隙组，以包括第二基站的第二时间帧中的第二转换点的时间。

7.如权利要求1或2所述的分配时隙的方法，其中，分配时隙给用户单元，以便相关功率电平随着到转换点的距离增加而增加。

8.如权利要求1或2所述的分配时隙的方法，其中，所述多个用户单元包括要求时隙的所有用户单元。

9.一种用于在时分双工通信系统中分配时隙给用户单元的设备，该时分双工通信系统至少包括帧大体同步的第一和第二基站，该设备包括：

用于确定上行链路和下行链路时隙之间的、第一基站的第一时间帧中转换点的装置；

用于确定与来自多个用户单元的通信相关的功率电平的装置，其中在第一时间帧中的时隙要分配给这些用户单元；和

用于响应所述的相关功率电平，分配第一时间帧的时隙给所述多个用户单元的装置，其包括：

用于指定接近所述转换点的至少一个第一时隙组的装置；

用于确定第一功率阈值的装置；以及

用于仅当这些相关的功率电平低于所述第一阈值时，向用户单元分配所述第一时隙组的装置。

10.如权利要求9所述的用于分配时隙的设备，其中，用于分配时隙的装置可操作地分配时隙，以便具有较低的相关功率电平的用户单元朝时隙的转换点集中。

11.如权利要求9或10所述的用于分配时隙的设备，其中，用于分配时隙的装置包括：

用于指定接近该转换点的一个第二时隙组的装置；

用于确定第二功率阈值的装置；以及

用于仅当这些相关的功率电平低于所述第二阈值并且高于所述第一阈值时，向用户单元分配所述第二时隙组的装置。

12.如权利要求9或10所述的用于分配时隙的设备，其中，所述第一时隙组包括一个单独时隙。

13.如权利要求9或10所述的用于分配时隙的设备，其中，所述第一时隙组包括与转换点相邻的一组时隙。

14.如权利要求9或10所述的用于分配时隙的设备，其中，指定至少一个第一时隙组的装置可操作地选择所述第一时隙组，以包括第二基站的第二时间帧中的第二转换点的时间。

15.如权利要求9或10所述的用于分配时隙的设备，其中，用于分配时隙的装置可操作地分配时隙给用户单元，以便相关功率电平随着到转换点的距离增加而增加。

16.如权利要求9或10所述的用于分配时隙的设备，其中，所述多个用户单元包括要求时隙的所有用户单元。

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