一种主从和速率可配的SC-FED系统基带帧结构

摘要

本发明涉及一种主从和速率可配的SC‑FED系统基带帧结构，用户只需在通信开始之初，明确通信设备的主从属性需求和速率需求，然后根据软件界面提示，按照需求配置设备为主站或从站，完成设备属性配置后，按照主站和从站分别的速率需求配置相应的速率参数即可获得任意需求的上行/下行传输速率，重启设备即可按照用户需求建立通信链路。当用户的主从属性需求或速率需求需要改变时，只需按照新需求重新进行设备主从属性配置和速率参数配置，即可满足。本发明可灵活、快捷的满足不同用户或同一用户不同的速率需求和使用场景需求而不需额外增加成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种主从和速率可配的SC-FED系统基带帧结构，具体地说，本发明涉及在无线通信领域，天地通信链路中，一种适用于TDD SC-FED系统的设备主从属性、上下行传输速率可根据需求灵活配置的基带帧结构。

背景技术

近年来，无线通信技术飞速发展，高带宽，高速率成为人们日益关注的焦点。因此宽带无线通信信号传输中由信道的多径效应和多普勒效应带来的频率选择性衰落和时间选择性衰落等问题的解决就越发重要。为了解决这一问题，OFDM（正交频分复用）和SC-FDE（单载波频域均衡）技术应用而生，获得了长足发展。

SC-FDE 系统可以有效对抗信道衰落，同时降低了系统对频偏影响的敏感程度，具有较低的峰均功率比，并且对于无编码系统，能充分利用多径的分集增益。同时通过TDD（时分双工传输）的传输方法能有效提高频谱利用效率和系统性能，简化硬件结构，便于上下行带宽的灵活分配。但是随着无线通信技术的发展，其应用场景和需求日趋复杂和多变，某些应用场景或者某些使用时段中，用户需要更换设备的主从属性，或匹配不同的速率以满足场景需求；而现有的SC-FDE TDD物理帧结构基本无法满足同一设备自主、灵活的更新主从属性，大多通过更换软件程序或硬件设备完成设备主从属性的更换，因此带来极大的工作量；而自适应用户的速率需求时，大多需要重新进行基带帧设计以匹配新的速率需求，造成开发时间成本的重复和浪费，或者只提供有限的几种速率需求供用户选择，难以全方位的满足用户的速率需求；因此急需一种特殊的基带帧结构以使用户不受限于设备的主从属性，能快速应对不同应用场景及其同一用户对不同速率的需求，同时不需因设备主从属性和速率改变而额外增加工作量和时间开销，使基带设计更加便利和独立，节省时间成本。

发明内容

本发明为解决现有基带帧结构不能同时满足不同应用场景对速率的需求、以及同一用户的多速率需求的弊端，提出了一种能够自主配置速率和设备主从属性的主从和速率可配的SC-FED系统基带帧结构，当用户的主从属性需求或速率需求需要改变时，只需按照新需求重新进行设备主从属性配置和速率参数配置，即可满足。

本发明采用的技术解决方案是：一种主从和速率可配的SC-FED系统基带帧结构，包括设备A和设备B；

通过上层软件自主定义设备的主从属性，使同一设备能满足多属性需求，设备A和设备B能根据需求自主定义为主站或从站，建立通信链路；同时根据需求自主配置上下行传输速率，而不需要修改基带帧结构，满足多速率需求，具体实现方法如下：

基带帧结构包含多个超帧，每个超帧中包含M个上行子帧和N个下行子帧；上下行子帧结构完全一致，包含控制帧和三个基本帧，每个基本帧中含有45个基本数据处理块；

通信开始时，根据实际需求配置设备主从属性，确定通信链路建立方向，同时通过M个上行子帧和N个下行子帧的任意组合实现上下行任意速率，其中M和N都大于等于1，若需要上下行速率相等，只需将M和N配置为相等值；

上行的最后一个子帧和下行的第一个子帧之间、以及下行的最后一个子帧和上下的第一个子帧之间分别设置有传输保护间隔TGI和收发切换保护间隔SGI；

TGI用于主/从站的发送到从/主站的接收空口传输时延的保护，总的TGI设计大于主站和从站空间距离达到最大时所需要的传输时间；

SGI用于从主/从站的发送状态到从/主站的接收状态的切换时延的保护，一次收发切换的保护间隔SGI的时长设计大于等于硬件电路收发切换的最小响应时间；

每个上行子帧和下行子帧都分为两部分：控制帧和三个基本帧，其中，控制帧包括基带帧头训练序列和SIGNAL域，基本帧只有DATA域；

控制帧由六个CHU0短训练序列、第一个CHU1长训练序列、SIGNAL域的循环前缀CP

控制帧的基带帧头训练序列由六个长度为L

控制帧中的SIGNAL域主要用于控制信息的传输；

三个基本帧都只包含DATA域，且结构相同，都由DATA域循环前缀CP

本发明通过以上基带帧结构的设计，实现了设备主从属性和通信速率的自主配置，能灵活满足设备主从属性可变和速率多变的多应用场景需求。

本发明具有以下优点：

1.本发明可自主配置设备主站或从站属性，配置完成后主站以固定的收发周期进行收发切换。

2.本发明在设备属性需要更改时，不需要重新烧写程序，通过上层软件配置即可实现设备的新的主从属性配置。

3.本发明可通过配置不同的上下行子帧个数，灵活实现各种速率需求。

4.本发明可根据应用场景的不同现场匹配相应的速率需求，而不需要二次开发，节省开发成本。

5.本发明可满足同一用户不同的速率需求和使用场景而不需额外增加成本。

6.本发明可灵活、快捷的满足不同用户或同一用户不同的速率需求和使用场景需求而不需额外增加成本。

附图说明

图1为本发明的设备配置示意图；

图2为本发明的基带超帧结构示意图；

图3为本发明的基带子帧结构示意图；

图4为本发明中速率配置拓扑图；

图5为本发明中设备主从属性和速率配置过程示意图；

图6为本发明一实施例中超帧结构及速率匹配示意图；

图7为本发明一实施例中主站/从站传输状态切换示意图。

具体实施方式

对应本发明的附图说明和具体实施实例，本发明的具体实施方式说明如下：

一种主从和速率可配的SC-FED系统基带帧结构，其特征在于：包括设备A和设备B；

通过上层软件自主定义设备的主从属性，使同一设备能满足多属性需求，如附图1中所示，设备A和设备B能根据需求自主定义为主站或从站，建立通信链路；同时根据需求自主配置上下行传输速率，而不需要修改基带帧结构，满足多速率需求，具体实现方法如下：

基带帧结构包含多个超帧，每个超帧中包含M个上行子帧和N个下行子帧；上下行子帧结构完全一致，包含控制帧和三个基本帧，每个基本帧中含有45个基本数据处理块；

通信开始时，根据实际需求配置设备主从属性，确定通信链路建立方向，同时通过M个上行子帧和N个下行子帧的任意组合实现上下行任意速率，其中M和N都大于等于1，若需要上下行速率相等，只需将M和N配置为相等值；

上行的最后一个子帧和下行的第一个子帧之间、以及下行的最后一个子帧和上下的第一个子帧之间分别设置有传输保护间隔TGI和收发切换保护间隔SGI；

TGI用于主/从站的发送到从/主站的接收空口传输时延的保护，总的TGI设计大于主站和从站空间距离达到最大时所需要的传输时间；

SGI用于从主/从站的发送状态到从/主站的接收状态的切换时延的保护，一次收发切换的保护间隔SGI的时长设计大于等于硬件电路收发切换的最小响应时间；

每个上行子帧和下行子帧都分为两部分：控制帧和三个基本帧，其中，控制帧包括基带帧头训练序列和SIGNAL域，基本帧只有DATA域；

控制帧由六个CHU0短训练序列、第一个CHU1长训练序列、SIGNAL域的循环前缀CP

控制帧的基带帧头训练序列由六个长度为L

控制帧中的SIGNAL域主要用于控制信息的传输；

三个基本帧都只包含DATA域，且结构相同，都由DATA域循环前缀CP

本发明通过以上基带帧结构的设计，实现了设备主从属性和通信速率的自主配置，能灵活满足设备主从属性可变和速率多变的多应用场景需求。

本发明的基带帧是由若干个超帧、子帧、控制帧和基本帧构成的一种多层帧结构，如图2所示。每个超帧由M个下行子帧和N个上行子帧及两个传输延迟保护间隔TGI和切换保护间隔SGI组成，多个超帧循环连续构成整个TDD SC-FED的物理层系统。

超帧中的所有子帧都结构相同，如图3所示，包含一个控制帧和3个基本帧，控制帧由六个短训练序列、两个长训练序列及其循环前缀CP

本发明中配置的速率参数与实际速率对应拓扑关系图如图4所示。这些拓扑关系存储在设备的FLASH中，用户只需明确需求的总速率及上行和下行传输速率配比。在设备上电后根据需求的总速率反推出超帧总数S，即确定图4中上行子帧数和下行子帧数的总和，再依据需求的上行和下行速率配比，确定上行传输子帧数和下行传输子帧数，即确定图4中M和N的值。

如图5所示，是本发明中自主配置设备主从属性和速率的配置过程。用户在通信开始之初，明确设备的主从属性和需求速率，设备上电后根据软件界面提示，按照需求确定设备为主站或从站。之后根据主站和从站的速率需求配置相应的速率参数以获得匹配的上行/下行传输速率，即通过明确图4所示拓扑关系中S、M和N的具体值确定需求速率。完成上述配置过程后重启设备，即可按照用户的需求开始通信。

结合附图6和附图7，具体实施例说明如下：

实施例中需求的速率匹配的超帧中子帧总数为10，上行传输子帧数为1，下行传输子帧数为9，超帧结构如图6所示。并依据图6中所示速率匹配拓扑关系实现速率配置过程。实施例的超帧中传输延迟保护间隔TGI按照最大传输距离计算为固定值T

本实施例中按照图5所示的配置过程，配置设备A为主站，设备B为从站。主站按照确定的时间开始下行子帧的发射和上行子帧的接收，即主站维护超帧周期，具体为：下行发射时间T

1.主站工作状态：

1）设备上电；

2）复位结束后，完成设备主站属性配置；

3）完成主站速率配置；

4）设备重启；

5）复位结束后，主站进入发射状态，开始发射下行子帧；

6）所有下行子帧发射完成后，主站进入接收状态，开始准备接受从站发射的上行子帧；

7）上行所有子帧接收完成后，主站又返回发射状态，开始发射下行子帧，新的超帧周期开始。

2.从站工作状态：

1）设备上电；

2）复位结束后，完成设备从站属性配置；

3）完成从站速率配置；

4）设备重启；

5）复位结束后，从站进入接收状态，接收主站发射的下行子帧；

6）所有下行子帧接收完成后，从站进入发射状态，开始发射上行子帧；若从站一直没有收到主站发射的下行子帧中的控制帧，则从站将一直处于接收等待状态而不能跳转到发射状态，直至收到主站发射的下行子帧中的控制帧，从站才会跳转到发射状态。

7）上行所有子帧发射完成后，从站又返回接收状态，等待接收主站发射的下行子帧。