CN101627571A - 具有中继的ofdma系统的分层帧结构 - Google Patents

具有中继的ofdma系统的分层帧结构 Download PDF

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CN101627571A CN200780049007A CN200780049007A CN101627571A CN 101627571 A CN101627571 A CN 101627571A CN 200780049007 A CN200780049007 A CN 200780049007A CN 200780049007 A CN200780049007 A CN 200780049007A CN 101627571 A CN101627571 A CN 101627571A
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Abstract

一种用于在移动站和基站之间传输数据的正交频分多址(OFDMA)帧(30)，该帧包括：下行链路子帧(31)，其包括用于将第一数据传递到所述基站以及以基本上相同的时间和频率将第二数据传递到中继站的区域；以及上行链路子帧(32)。

Description

具有中继的OFDMA系统的分层帧结构
相关申请的交叉引用
本申请基于2006年11月1日提交的序列号为No.60/855,849的临时申请，其全部内容通过引用结合于此。
发明背景
1.技术领域
本公开涉及OFDMA系统，并且更具体地涉及用于具有中继的OFDMA系统的分层帧结构。
2.相关技术的讨论
正交频分多址(OFDMA(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess))是一种通信系统，其中多个用户可以以每个用户在不同频率范围上通信的方式来与网络基站通信。由在基站处所定义的帧来指示不同的用户进行通信的结构。图1是示出示例性OFDMA帧的图。
图1的示例性OFDMA帧10是包括由切换间隙时间(switching gaptime)TTG 13分开的下行链路(DL)子帧11和上行链路(UL)子帧12。将帧10分成一系列符号，在这里被编号成从k到k+30。每个符号均代表时间单元。帧包括在第一时间单元k处的前同步码(preamble)14。该前同步码跨越所有可用的频率。在时间上前同步码之后是下行链路映射(DL-MAP)15和帧检验头(frame check header)(FCH)16，用来告知帧是如何被组织的。包括了一系列DL突发(burst)17-22。每个DL均突发包括通信数据单元。每个DL突发在时间和频率上都是唯一的，以使得不能有两个突发既在相同时间又在相同频率被传送。此外，每个DL突发在一跳(one hop)中被传送，例如在下行链路(DL)中从基站(BS)直接到移动站(MS)以及在上行链路(UL)中从移动站(MS)到基站(BS)。
UL子帧12包括占用最高频率子信道的测距子信道(rangingsubchannel)23。UL子帧还包括一系列UL突发24-28。如具有DL突发的情况那样，每个UL突发在一跳中被传送。
因此，图1图示了例如可被用作典型的802.16e帧结构的示例OFDMA帧，尽管这样的帧可被更一般地用于任何OFDMA系统并且各种DL突发和UL突发的数量和相对位置可能会改变。
单跳被定义成从源发送并直接在目的地接收的通信，而不必通过媒介进行通信。中继站(RS)是公共媒介的示例，并且通过单一RS发送的通信被认为是在两跳中进行通信。中继站可以被用来通过允许通过一个或多个中继站通信来增强基站的功能范围和/或信号强度。图2是图示了基站(BS)、第一和第二中继站(RS1和RS2)以及三个移动站(MS1、MS2和MS3)的图。如所图示的，这样的设置包括许多可能的链路，因为移动站(MS)可以直接与基站(BS)进行通信或者通过一个或多个中继站(RS)进行通信。
常规的OFDMA系统可以支持多跳，例如多达两跳。在多跳被支持的地方，帧结构可以将可用的资源分成四个能够以任何顺序排列的不同区(zone)。第一跳下行链路区可以包括从基站发起的下行链路通信，例如基站到移动站直接通信以及基站到中继站通信。第二跳下行链路区可以包括从中继站到移动站的下行链路通信。第一跳上行链路区可以包括从移动站发起的上行链路通信，例如移动站到基站直接通信以及移动站到中继站。第二跳上行链路区可以包括从中继站到基站的上行链路通信。
然而，由于移动通信网络尽力在包括多个中继站的通信系统中以更高的可靠性来提供更多的数据吞吐量，所以OFDMA成帧的常规方法可能不能提供最佳的性能。
发明内容
一种用于在通信网络内传输信息的系统，该系统包括：移动站；基站，用于提供到所述移动站的网络访问；中继站，用于在所述移动站和所述基站之间中继数据；以及调度器，用于在帧内系统地分配传输区域，用以沿着包括所述中继站的第一数据路径传输第一数据以及用以沿着不包括所述中继站的第二数据路径传输第二数据。第一数据以与传输第二数据基本上相同的时间和基本上相同的频率来传输。第二数据可以是第一数据的不同编码版本。
该系统还可以包括一个或多个附加中继站以提供附加的数据路径，其中通过所述附加的数据路径，附加数据可以以与传输第一和第二数据基本上相同的时间和基本上相同的频率来传输。
由帧调度器提供的帧可以包括：第一结构，用于以基本上相同的时间和基本上相同的频率从所述移动站向所述基站和所述中继站传输；第二结构，用于以基本上相同的时间和基本上相同的频率从所述移动站向所述基站和所述一个或多个附加中继站中的附加中继站传输；以及第三结构，用于以基本上相同的时间和基本上相同的频率从所述移动站向所述中继站和所述附加中继站传输。
通信网络可以是正交频分多址(OFDMA)网络，由帧调度器提供的帧可以是OFDMA帧。
由所述帧调度器提供的帧可以包括：用于沿着所述第一数据路径传输所述第一数据的结构以及用于沿着所述第二数据路径以基本上相同的时间和基本上相同的频率传输第二数据的结构。
帧结构可以是分层的，并且所述第一数据可以或者与所述第二数据不同或者与所述第二数据基本上相同。
用于在通信网络内传输信息的方法包括：在帧内沿着包括中继站的第一数据路径来传输第一数据；以及在帧内以基本上相同的时间和基本上相同的频率沿着不包括中继站的第二数据路径来传输第二数据。
可以在帧内以与传输所述第一和第二数据基本上相同的时间和基本上相同的频率沿着包括中继站和附加中继站二者的第三数据路径来传输第三数据。
通信网络可以是正交频分多址(OFDMA)网络，帧可以是OFDMA帧。
帧可以由帧调度器来提供。可以在帧内在分层结构中执行第一数据的传输和第二数据的传输。所述第一数据可以或者与所述第二数据不同或者与所述第二数据基本上相同。
用于在移动站和基站之间传输数据的正交频分多址(OFDMA)帧包括下行链路子帧和上行链路子帧，所述下行链路子帧包括用于将第一数据传递到基站以及以基本上相同的时间和频率将第二数据传递到中继站的区域。
用于传递第一和第二数据的区域可以是分层的。所述第一数据可以与所述第二数据不同或者与所述第二数据基本上相同。
用于在移动站和基站之间传输数据的正交频分多址(OFDMA)帧包括下行链路子帧和上行链路子帧。所述下行链路子帧包括：用于沿着第一数据路径直接在所述移动站和所述基站之间传递第一数据的区域；用于沿着第二数据路径在所述移动站和所述基站之间通过第一中继站传递第二数据的区域；用于沿着第三数据路径在所述移动站和所述基站之间通过第二中继站传递第三数据的区域。用于所述第一、第二和第三数据路径的区域以下面的方式被系统地设置：即所述第一数据通过所述第一数据路径被传递送且所述第二数据以基本上相同的时间和频率通过所述第二数据路径被传递；以及所述第一数据通过所述第一数据路径被传递且所述第二数据通过所述第二数据路径被传递送且所述第三数据以基本上相同的时间和频率通过所述第三数据路径被传递。
附图说明
因为在结合附图来考虑时通过参考下面详细的描述，本公开以及其所附属的许多方面更好地被理解，所以可以很容易地获得对本公开以及其所附属的许多方面的更完整的了解，其中：
图1是示出示例性OFDMA帧的图；
图2是包括基站、第一和第二中继站以及移动站的移动网络的图；
图3示出了根据本发明示例性实施例的支持两跳的OFDMA帧结构的示例性实现；
图4示出了根据本发明示例性实施例的支持三跳的OFDMA帧结构的示例性实现；
图5是示出了根据本发明示例性实施例的用于同时传送的嵌套信息集的下行链路帧结构的图；
图6是示出了根据本发明示例性实施例的用于同时传送的嵌套信息集的下行链路帧结构的图；
图7是示出了根据本发明示例性实施例的用于具有多于三跳的系统的嵌套信息集的下行链路帧结构的图；
图8是示出了一种移动网络的图，在该移动网络中可执行本发明示例性实施例；以及
图9示出了能够实现根据本公开实施例的方法和装置的计算机系统的示例。
具体实施方式
在描述附图中所图示的本公开的示例性实施例时，为了清楚起见采用了特定术语。然而，本公开不打算限于这样选择的特定术语，并且应该理解的是，每个特定元件包括以相似方式操作的所有技术等效物。
本发明的示例性实施例提供用于在具有多个转播站的环境中的OFDMA通信的分层成帧结构。通过使用此处所描述的成帧结构，可以直接地和间接地(例如通过一个或多个转播站)以相同的时间和相同的频率执行基站和移动终端之间的通信。通过直接地和通过转播站二者来同时地进行通信，可以提高吞吐量和/或可靠性。
如此处所使用的，术语“同时地”指在相同的时间和相同的频率或频率范围执行的通信。在OFDMA成帧的已知方法中，多个数据突发可以在相同的时间块中被传输，例如在图1中所看到的。然而，如此处所使用的，这些数据突发不被同时传送，因为每个突发占用了频率子信道的不同集。因此，如此处所使用的，同时通信涉及在相同的时间块并在频率子信道的相同集内所传输的数据。
因此，本发明的示例性实施例可以采用中继站，作为在基站和移动站之间传送附加数据的途径。例如，数据的第一部分可以直接在移动站和基站之间传送，而数据的第二部分可以通过中继站然后被传送到基站。因此，移动站例如可以同时从一个或多个中继站和/或基站接收数据。移动站也可以同时将数据发送到中继站和/或基站。通过沿着不同的路径同时传送两部分数据，可以获得较高的数据吞吐量。
这种解释可以被扩展以提供通过多于两个的不同路径传送的多于两个的数据部分。例如，可能存在同时沿着三个不同的路径传送的三个数据部分。例如，第一路径可以是移动站和基站之间的一跳通信，第二路径可以是通过中继站和基站的两跳通信，第三路径可以是通过第一中继站、第二中继站和基站的三跳通信。
在上面的示例中，通过同时发送同一数据的多个部分来提高吞吐量。可替换地，可以通过两个或更多的多路径来同时传送相同数据的多个副本。因为相同的数据通过多个路径被同时传送，所以可以提高所传送的数据的可靠性，这是因为存在在没有误差的情况下对数据进行传送的提高的可能性。当通过多个路径同时传送相同的数据时，可以针对每一路径以不同的方式来编码所述相同的数据，使得数据没必要是通过多个路径传送的精确相同的数据，并且数据可以替代地是以不同方式表示的基本上相同的数据。因此，本发明的示例性实施例可以提供提高的可靠性。所以这些方法可以组合和/或选择性地被应用以提供提高的吞吐量和提高的可靠性二者。通过沿着不同的路径来同时传送不同的数据，可以最小化干扰的机会。
本发明的示例性实施例可以例如通过采用可定义如上所述的OFDMA帧的帧调度器(frame scheduler)来实现。可以通过该调度器来扩展帧结构，以适应任何期望的跳数。调度器可以确定在给定的实例中是否更期望具有提高的吞吐量或提高的可靠性，并且可以相应地定义OFDMA帧。
如下面将更详细地描述的，可以通过在具有分层嵌套结构的帧中包括一个或多个区域来执行同时通信。例如，在提供BS/RS同时传递的DL子帧中可以存在单一区域，以使移动站可以同时将数据发送到基站和中继站或者执行如上所述的另一类型的同时通信。图3是根据本发明示例性实施例的支持两跳的OFDMA帧结构30的示例性实现。如从图3可以看到的，DL子帧31包括用于BS/RS同时传递的区域33。用于同时传递的数据位于该区域33中。沿着第一路径(在这里指直接从基站接收数据的一跳路径)接收的数据位于第一跳DL突发34-37中。沿着第二路径(在这里指通过转发站从基站接收数据的两跳路径)接收的数据位于第二跳DL突发38-41中。
UL子帧32可以包括第一跳区32a，在该第一跳区32a中沿着第一路径(在这里是所述一跳路径)将数据突发42-46发送到上行链路。UL子帧32也可以包括第二跳区32b，在该第二跳区32b中沿着第二路径(在这里是所述两跳路径)将数据突发47-50发送到上行链路。
可以使用相似的结构支持多于两个的跳。例如，图4是根据本发明示例性实施例支持三跳的OFDMA帧结构60的示例性实现。在这里，DL子帧61包括：用于BS/RS1同时传递的区域63；用于BS/RS1/RS2同时传递的区域64；以及用于RS1/RS2同时传输的区域65。沿着第一路径(在这里是一跳路径)接收的数据位于第一跳DL突发66-69中。沿着第二路径(在这里是两跳路径)接收的数据位于第二跳DL突发70-73中。沿着第三路径(在这里是三跳路径)接收的数据位于第三跳DL突发74-77中。
UL子帧62可以包括：第一跳区62a，在该第一跳区62a中沿着第一路径来将数据发送到上行链路；第二跳区62b，在该第二跳区62b中沿着第二路径来将数据发送到上行链路；以及第三跳区62c，在该第三跳区62c中沿着第三路径来将数据发送到上行链路。
上面的描述涉及能够沿着多个不同路径同时通信的系统。在至多存在两跳的情况(如图3所示)，可以有两个不同的路径，并且因此可以同时传送两个数据集。相似地，在至多存在三跳的情况(如图4所示)，可以有三个不同的路径，并且因此可以同时传送高达三个数据集。这种描述可以被扩展为包括具有任何数量的跳并且因此具有可以被同时传送的任何数量的数据集的系统。
因此，OFDMA帧可以包括同时传递的一个或多个区域。这些区域可以包括嵌套信息集，由此提供分层结构。如上面的示例所示，同时传递的区域可以位于下行链路子帧中。图5是根据本发明示例性实施例用于同时传递的嵌套信息集的下行链路帧结构。结构80包括：用于到基站的第一跳DL 81、到转发站的第二跳DL 82的段(section)；以及具有BS和RS的同时通信的区域83。因此，图5的结构80允许沿着两个不同的路径同时传输两个数据集。
因此，帧结构本质上可以是分层的，并且可以允许在可用数据路径的数量方面的灵活性。例如，帧结构可以允许单一的数据路径。帧结构也可以允许或者以非重叠方式独立地传输或者以重叠方式同时传输的两个数据路径。帧结构也可以允许可独立传输的三个数据路径；使所有三个数据路径同时传输；或使三个数据路径中的两个数据路径同时传输而剩下的数据路径独立传输。
图6是示出了根据本发明示例性实施例的用于同时传递的嵌套信息集的下行链路帧结构的图。结构90包括：用于到基站(BS)的第一跳DL 91、到第一转发站(RS1)的第二跳DL 92、到第二转发站(RS2)的第三跳DL 93的段；在BS和RS1之间同时通信的区域94；在BS、RS1和RS2之间同时通信的区域95以及在RS1和RS2之间同时通信的区域96。
图5的两跳结构和图6的三跳结构可以被扩展用以适应任何数量的跳并且由此适应沿着不同路径对任何数量的数据集的同时传输。图7是示出了根据本发明的示例性实施例用于具有多于三跳的系统的嵌套信息集的下行链路帧结构的图。该图概括了图5和图6中所示出的内容，以示出如何将上述帧结构更普遍地应用于具有任何数量的跳的系统。
已根据OFDMA系统(例如，符合IEEE标准802.16e的OFDMA系统)解释了上面所讨论的本发明的示例性实施例。然而，上述帧结构可以更普遍地应用于通常使用的或正在开发的通信网络的其它类型。例如利用类似于图1中所示的帧结构的帧结构的其它形式的通信网络可以根据本公开来修改，以便允许这里所描述的同时传输。
图8是示出了一种移动网络的图，在该移动网络中可以执行本发明示例性实施例。移动网络包括基站BS、移动站MS、第一中继站RS1以及第二中继站RS2。因为示出了两个中继站(三跳系统)，所以存在用于在基站和移动终端之间通信的三个不同的可能路径。例如，通信可以直接在BS和MS之间，通信可以通过一个中继站(例如RS2)或者通信可以通过两个中继站(例如RS1和RS2)。因此，此处所描述的帧结构的使用可以允许通过三个不同路径同时传递信息，从而产生了提高的吞吐量和/或提高的可靠性。
如上所讨论的，此处所描述的帧结构可以由帧调度器来设置。帧调度器可以被具体化为在计算机系统上运行的软件应用程序，该计算机系统可以位于例如基站或远程网络机构(faculty)处。
图9示出了这种计算机系统的示例。该计算机系统可以是例如主机(mainframe)、个人计算机(PC)、计算机片上系统(computersystem-on-chip)、服务器等。软件应用程序可以被存储在记录媒体上，该记录媒体可以被计算机系统本地访问并且能够经由通向网络(例如数字电话网络)的硬有线连接或无线连接来访问。
通常被称为系统1000的计算机系统可以包括例如：中央处理单元(CPU)1001、随机存取存储器(RAM)1004、打印机接口1010、显示单元1011、局域网(LAN)数据传输控制器1005、LAN接口1006、网络控制器1003、内部总线1002以及一个或多个输入设备1009(例如键盘、鼠标等)。如所示，系统1000可以经由链路1007连接到数据存储设备1008(例如硬盘)。
上述特定示例性实施例是说明性的，并且在不偏离本公开精神或不偏离所附权利要求书的范围的情况下可以引入对这些实施例的许多变化。例如，在本公开和所附权利要求书的范围内，不同示例性实施例的要素和/或特征可以彼此结合和/或彼此替换。

Claims (20)

1.一种用于在通信网络内传输信息的系统，包括：
移动站；
基站，用于提供对所述移动站的网络访问；
中继站，用于在所述移动站和所述基站之间中继数据；以及
调度器，用于在帧内提供传输区域，用以沿着包括所述中继站的第一数据路径传输第一数据以及用以沿着不包括所述中继站的第二数据路径传输第二数据，其中以与传输第二数据基本上相同的时间和基本上相同的频率来传输第一数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其中该系统还包括一个或多个附加中继站，用于提供附加的数据路径，其中通过所述附加的数据路径能够以与传输所述第一和第二数据基本上相同的时间和基本上相同的频率来传输附加的数据。
3.根据权利要求2所述的系统，其中由所述调度器提供的传输区域包括：
第一结构，用于以基本上相同的时间和基本上相同的频率从所述移动站向所述基站和所述中继站传输；
第二结构，用于以基本上相同的时间和基本上相同的频率从所述移动站向所述基站和所述一个或多个附加中继站中的附加中继站传输；以及
第三结构，用于以基本上相同的时间和基本上相同的频率从所述移动站向所述中继站和所述附加中继站传输。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述通信网络是正交频分多址(OFDMA)网络，所述帧是OFDMA帧。
5.根据权利要求1所述的系统，其中由所述调度器提供的传输区域包括：用于沿着所述第一数据路径传输所述第一数据的结构；以及用于沿着所述第二数据路径以基本上相同的时间和基本上相同的频率传输所述第二数据的结构。
6.根据权利要求5所述的系统，其中帧结构是分层的。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一数据与所述第二数据不同。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一数据与所述第二数据基本上相同。
9.一种用于在通信网络内传输信息的方法，包括：
在帧内沿着包括中继站的第一数据路径来传输第一数据；以及
在所述帧内以基本上相同的时间和基本上相同的频率沿着不包括所述中继站的第二数据路径来传输第二数据。
10.根据权利要求9所述的方法，附加地包括在所述帧内以与传输所述第一和第二数据基本上相同的时间和基本上相同的频率沿着包括所述中继站和附加中继站二者的第三数据路径来传输第三数据。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述通信网络是正交频分多址(OFDMA)网络，所述帧是OFDMA帧。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述帧由调度器提供。
13.根据权利要求9所述的方法，其中在所述帧内在分层结构内执行所述第一数据的传输和所述第二数据的传输。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一数据与所述第二数据不同。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一数据与所述第二数据基本上相同。
16.一种用于在移动站和基站之间传输数据的正交频分多址(OFDMA)帧，该帧包括：
下行链路子帧，其包括用于将第一数据传递到所述基站以及以基本上相同的时间和频率将第二数据传递到中继站的区域；以及
上行链路子帧。
17.根据权利要求16所述的帧，其中用于传递第一和第二数据的区域是分层的。
18.根据权利要求16所述的帧，其中所述第一数据与所述第二数据不同。
19.根据权利要求16所述的帧，其中所述第一数据与所述第二数据基本上相同。
20.一种用于在移动站和基站之间传输数据的正交频分多址(OFDMA)帧，该帧包括下行链路子帧和上行链路子帧，所述下行链路子帧包括：
用于沿着第一数据路径直接在所述移动站和所述基站之间传递第一数据的区域；
用于沿着第二数据路径在所述移动站和所述基站之间通过第一中继站传递第二数据的区域；
用于沿着第三数据路径在所述移动站和所述基站之间通过第二中继站传递第三数据的区域，其中所述第一数据通过所述第一数据路径被传递，所述第二数据通过所述第二数据路径被传递以及所述第三数据以基本上相同的时间和频率通过所述第三数据路径被传递。
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