一种双工通信方法、基站及终端

本申请是申请日为2015年11月13日、申请号为201510779297.0的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种双工通信方法、基站及终端。

背景技术

信息产业的快速发展，特别是来自移动互联网和物联网(IoT,internet ofthings)的增长需求，给未来移动通信技术带来前所未有的挑战。如根据国际电信联盟ITU的报告ITU-R M.[IMT.BEYOND 2020.TRAFFIC]，可以预计到2020年，移动业务量增长相对2010年(4G时代)将增长近1000倍，终端设备连接数也将超过170亿，随着海量的IoT设备逐渐渗透到移动通信网络，连接设备数将更加惊人。为了应对这前所未有的挑战，通信产业界和学术界已经展开了广泛的第五代移动通信技术研究(5G)，面向2020年代。目前在ITU的报告ITU-R M.[IMT.VISION]中已经在讨论未来5G的框架和整体目标，其中对5G的需求展望、应用场景和各项重要性能指标做了详细说明。针对5G中的新需求，ITU的报告ITU-RM.[IMT.FUTURE TECHNOLOGY TRENDS]提供了针对5G技术趋势的相关信息，旨在解决系统吞吐量显著提升、终端体验一致性、扩展性以支持IoT、时延、能效、成本、网络灵活性、新兴业务的支持和灵活的频谱利用等显著问题。

无线通信中的双工方式是指上行与下行双向数据通信的处理方式，是无线通信空中接口(Air-interface)设计的重要基础，5G的研发中也不会例外。当前，频分双工(Frequency Division Duplex,FDD)与时分双工(Time Division Duplex,TDD)是两种主要的双工方式，并且被广泛地应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，例如第三代移动通信合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，3GPP)制定的Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)协议对应的长期演进(LongTerm Evolution，LTE)系统、IEEE802.11a/g无线局域网(Wireless Local Area,WLAN)等。

FDD模式中，上行与下行使用满足一定双工间隔(duplex spacing)的成对频率资源进行通信，而TDD模式中，上行与下行共享相同的频率资源，通过不同的时间资源来划分上行通信与下行通信。双工方式的不同会导致帧结构等空口物理层设计的不同。以LTE为例，LTE中规定了适用于FDD模式与TDD模式的两种帧结构。

FDD的帧结构如图1所示，一个10ms的无线帧由10个时长为1ms的子帧组成，而每个子帧由两个时长为0.5ms的时隙组成。上行通信与下行通信在不同的频率资源上进行。

TDD模式所采用的帧结构如图2所示。与FDD模式帧结构类似，一个10ms的无线帧由时长为1ms的十个子帧组成，不同的是，TDD模式中上行通信与下行通信共用相同的频率资源，通过时间资源区分。例如图2中的配置，子帧0、5用于下行通信，子帧2、3、4、7、8、9用于上行通信。为确保下行通信不会影响到上行通信，TDD模式的帧结构引入了特殊子帧，即图2中的子帧1与子帧6。特殊子帧由下行导频时隙(Downlink Pilot Time Slot，DwPTS)、保护间隔(Guard Period，GP)与上行导频时隙(Uplink Pilot Time Slot，UpPTS)三个域组成。TDD模式的帧结构中，子帧1、5与DwPTS总用于下行传输，而UpPTS与其后的子帧总用于上行传输，GP为下行通信与上行通信间的保护间隔，以确保上行数据通信不会受到下行通信的影响。LTE中的TDD模式可以灵活配置，以支持上下行数据通信不对称的业务。表1所示为LTE中TDD模式的各种配置，其中D表示该子帧用于下行通信，U表示该子帧用于上行通信，S表示特殊子帧。

表1：LTE中TDD模式上下行配置

上述两种双工方式各有优劣，具体来说：FDD模式需要在成对的频带完成上、下行的数据通信，上下行频率配对需要满足一定的双工间隔，当5G往高频率大带宽发展时，从频谱划分的角度来看容易导致频谱碎片不利于频谱管理，而TDD模式使用相同的频带完成上下行的数据通信，因此TDD模式在频率资源使用的灵活性方面具有优势,能更多的支持非对称业务，具有更高的频谱使用效率；FDD因为是成对频谱，所以上下行资源总是存在可用，那么调度和终端反馈上行控制信令能比较及时，如混合自动重传请求(Hybrid AutomaticRetransmission Request,HARQ)的应答消息(ACK/NACK,Acknowledge/Non-Acknowledge)和信道状态信息(CSI,Channel state information)，从而能够减少空口的反馈时延，提高调度效率，而TDD不同上下行时隙配置就会导致相关设计比较复杂；另外，TDD模式具有上下行信道互易性(channel reciprocity)的优势，可以极大简化CSI的获取。

5G中可能采纳大规模MIMO技术来进一步提升频谱效率，基站端配备大量天线，那么FDD模式下需要大量资源用于下行物理信道训练以及信道状态信息的反馈，而通过利用TDD模式下的信道互易性，训练与反馈的开销可以显著降低，因此TDD模式对于大规模MIMO技术来说更有吸引力；然而5G中也有低时延的要求，需要进一步缩短空口传输时间间隔(Transmission Time Interval,TTI)和更及时的控制信令，这会导致TDD模式的设计更加复杂。

从上面的分析可以看出，FDD模式与TDD模式互有优劣势，面对5G中更加丰富的应用场景和新频带的使用，有必要设计新的双工方式，融合FDD模式与TDD模式的优点，以期更好保证5G频谱利用率和网络的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是无线通信系统中FDD模式与TDD模式单一操作，无法相互结合，从而限制了无线通信系统的频谱利用率和性能的问题。为此，本发明提供了一种基于频带内的双工通信方法、基站以及终端。

本申请提供的一种双向通信方法，包括：

在可用连续频段的第一子频带和第三子频带分别传输上行控制信道和下行控制信道之一，且同一时间第一子频带内与第三子频带内传输不同方向的控制信道；

在所述可用连续频段的第二子频带，按照时分复用的方式传输上行数据和下行数据；

其中，第一子频带与第三子频带位于所述可用连续频段的两端。

较佳的，第一子频带与第二子频带间存在保护频带，第二子频带与第三子频带间存在保护频带，保护频带中不传输信号。

较佳的，所述保护频带的大小根据相邻子频带间的干扰水平及所采用的带外泄露抑制方法进行设定。

较佳的，该方法还包括：基站通过以下保护频带模式中的至少一种调整所述保护频带的大小：

在至少一个子频带内插入附加保护频带；

调整第二子频带上数据信道中至少一个子帧的中心频点。

较佳的，该方法还包括：基站根据上行数据接收信号强度动态调整保护频带模式，并通过预定义的方式或广播信道或是下行控制信道指示终端当前所用的保护频带模式。

较佳的，该方法还包括：基站将保护频带模式及其索引的对应关系存储于查找表，并通过向终端指示相应模式的索引来指示终端当前所用的保护频带模式。

较佳的，在子频带内插入附加保护频带的保护频带模式下，调整的参数包括：在控制信道和/或数据信道内插入的附加保护频带的位置及大小；

调整数据信道的中心频点的保护频带模式下，调整的参数包括：数据信道中心频点偏移。

较佳的，该方法还包括：基站通知终端所述可用连续频带内各个子频带的位置与带宽，以及数据信道中上下行通信的配置，并与终端根据约定的配置进行通信。

较佳的，所述下行控制信道用于传输下行控制信令，所述下行控制信令至少包括以下信息的一种：资源分配信息、编码调制信息、混合自动重传请求信息、上行传输授权、上行传输功率控制指示；

所述上行控制信道用于传输上行控制信令，所述上行控制信令至少包括以下信息的一种：调度请求、混合自动重传确认/非确认信息、信道状态信息；

所述第二子频带用于传输上行数据和下行数据，还用于传输以下信道的至少一种：同步信道、用于传输系统信息的广播信道和上行随机接入信道。

较佳的，将每个无线帧的第一个子帧用于下行传输。

较佳的，该方法还包括：基站在下行控制信道发送上行切换指示和/或下行切换指示，改变数据信道中子帧的传输方向。

较佳的，该方法还包括：在每个无线帧的下行控制信道中至少发送一次上行切换指示，数据信道中至少存在一个子帧用于上行数据通信。

较佳的，该方法还包括：在信道由下行传输切换到上行传输时插入保护间隔，所述保护间隔中不传输信号。

较佳的，该方法还包括：在下行传输切换至上行传输时插入特殊子帧；

所述特殊子帧包括：下行特殊时隙、保护间隔与上行导频时隙，其中：

下行特殊时隙用于下行通信，传输内容包含以下信息的至少一种：下行数据信道、物理同步信道、物理广播信道；

上行导频时隙用于承载探测导频信号；

保护时隙不传输任何信号。

较佳的，在各子频带上使用基于滤波器的或者滤波器组的单载波或多载波调制方式；

所述基于滤波器的或者滤波器组的单载波或多载波调制方式包括以下调制方式中的至少一种：基于子载波滤波的滤波器组多载波FBMC、基于频带滤波的正交频分复用Filtered-OFDM和基于频带滤波的单载波滤波器组多载波SC-FBMC。

较佳的，该方法还包括：调整滤波器或滤波器组的频域聚焦性来匹配保护频带的大小。

较佳的，该方法还包括：将第二子频带划分为至少两个子带，对不同的子带采用不同的基于滤波器的或者滤波器组的单载波或多载波调制的物理层参数。

较佳的，所述在可用连续频段的第一子频带和第三子频带分别传输上行控制信道和下行控制信道之一包括：在第一子频带内交替的传输下行控制信道与上行控制信道，同时，在第三子频带内传输与第一子频带不同方向的控制信道。

较佳的，同一子频带中的下行控制信道与上行控制信道间存在保护间隔，保护间隔中不传输信号。

较佳的，第一子频带与第三子频带交替传输控制信道的交替频率相同，通过预定义方式或由基站通过下行控制信道通知终端或通过第一子帧中的广播信道通知终端。

较佳的，该方法还包括：基站在第二子频带内的数据信道内传输控制信令，并通过在第一子频带内的下行控制信道或是第二子频带内的广播信道告知终端是否在第二子频带内的数据信道内传输控制信令；

其中，基站在第二子频带内的数据信道内传输控制信令的方式包括以下方式的至少一种：使用数据信道内的下行子帧的一部分时频资源传输下行控制信道内的信令，使用数据信道内的上行子帧的一部分时频资源传输上行控制信道内的信令。

本申请还提供了一种基站，包括：控制传输模块和数据传输模块，其中：

所述控制传输模块，用于在可用连续频段的第一子频带和第三子频带分别传输上行控制信道和下行控制信道之一，且同一时间第一子频带内与第三子频带内传输不同方向的控制信道；

所述数据传输模块，用于在所述可用连续频段的第二子频带，按照时分复用的方式传输上行数据和下行数据；

其中，第一子频带与第三子频带位于所述可用连续频段的两端。

本申请还提供了一种终端接入方法，包括：

终端通过接收第二子频带中心位置的同步信道和广播信道完成小区搜索过程，并通过读取物理广播信道，获知系统配置信息，其中，同步信道的时频位置和广播信道的时频位置为帧结构中预先配置的；所述系统配置信息包括以下信息的至少一种：系统带宽、上下行通信配置、保护频带配置、控制信道跳频配置；

终端通过物理广播信道内的系统配置信息，获知上下行控制信道中心频点位置及带宽、业务信道中心频点位置及带宽，以及上下行数据通信配置；

终端通过下行控制信道获取承载在下行数据信道上的系统配置信息，并根据配置信息发起并完成上行接入；

终端与基站按照约定的上下行通信配置进行通信。

较佳的，终端通过从基站接收查找表所需索引的方式，获知所述上下行通信配置、保护频带配置、控制信道跳频配置。

较佳的，终端根据数据信道中用于上下行数据通信的子帧位置确定上下行混合自动重传请求HARQ的确认/非确认ACK/NACK的位置。

较佳的，终端根据固定的HARQ往返时间RTT确定上下行HARQ的ACK/NACK的位置。

本申请还提供了一种终端设备，其特征在于，包括：小区搜索模块、配置信息获取模块、接入模块和通信模块，其中：

所述小区搜索模块，用于通过接收第二子频带中心位置的同步信道和广播信道完成小区搜索过程，并通过读取物理广播信道，获知系统配置信息，其中，同步信道的时频位置和广播信道的时频位置为帧结构中预先配置的；所述系统配置信息包括以下信息的至少一种：系统带宽、上下行通信配置、保护频带配置、控制信道跳频配置；

所述配置信息获取模块，用于通过物理广播信道内的系统配置信息，获知上下行控制信道中心频点位置及带宽、业务信道中心频点位置及带宽，以及上下行数据通信配置；

所述接入模块，用于通过下行控制信道获取承载在下行数据信道上的系统配置信息，并根据配置信息发起并完成上行接入；

所述通信模块，用于与基站按照约定的上下行通信配置进行通信。

本申请公开的双向通信方法及设备，通过在可用连续频段的第一子频带和第三子频带分别传输上行控制信道和下行控制信道之一，且同一时间第一子频带内与第三子频带内传输不同方向的控制信道；并在所述可用连续频段的第二子频带，按照时分复用的方式传输上行数据和下行数据，使得不需要分配多段频谱，可以直接在连续带宽内划分子带,并利用带外泄露抑制技术和保护频带来降低子带间的干扰，能够提升无线通信系统的频谱利用率和性能。

附图说明

图1为现有LTE中FDD模式帧结构示意图；

图2为现有LTE中TDD模式帧结构示意图；

图3为本申请频带内混合双工模式示意图；

图4为FBMC与OFDM子载波波形对比示意图；

图5为F-OFDM与OFDM频谱对比示意图；

图6为本申请一较佳帧结构示意图；

图7为本申请一较佳双工频带划分示意图；

图8为本申请一较佳数据通信结构示意图；

图9为本申请一较佳对上下行数据通信进行灵活配置的示意图；

图10为本申请一较佳在数据信道中插入保护频带的频带内混合双工模式示意图；

图11为本申请一较佳控制信道中插入保护频带的频带内混合双工模式；

图12为本申请一较佳调整数据信道中心频点的频带内混合双工模式；

图13为本申请一较佳控制信道跳频传输的方式示意图；

图14为本申请一较佳数据信道内传输控制信令的方式示意图；

图15为本申请一较佳下行HARQ时序示意图；

图16为本申请一较佳上行HARQ时序示意图；

图17为本申请一种较佳的同步、广播信道配置结构；

图18为本申请一较佳基站设备的组成结构示意图；

图19为本申请一较佳终端设备的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。

本申请提出一种频带内控制与数据分离的双向通信方法，为描述方便将其称为“频带内混合双工(In-band Hybrid Duplex)”，“频带内”意在说明本申请不需要分配多段频谱，可以直接在连续带宽内(un-paired spectrum)划分子带,利用带外泄露抑制技术(如基于滤波的波形调制技术)和保护频带来降低子带间的干扰。本申请频带内混合双工方案的基本示意图如图3所示。

图3中，用于数据传输的时频资源在频率上被划分为三部分，其中，位于边缘的两个子频带分别用于传输上行控制信道与下行控制信道，位于中间的子频带用于传输数据(下文中也称为“数据子频带”)。为防止数据信道与控制信道之间的相互干扰，在子频带之间插入保护频带。控制信道和数据信道采用类似频分双工的方式进行双工通信，而数据信道采用类似于时分双工的方式传输，即上行数据与下行数据共用相同的频带，但是在时间上进行区分。在下行数据传输转换至上行数据传输时插入保护间隔，用于下行到上行的切换保护时间，以及防止时分复用的下行发送给上行接收带来严重的干扰。

为减少保护频带所造成的频谱利用率损失，本发明采用基于滤波器的或者滤波器组的单载波或多载波调制，包括但不限于基于子载波滤波的滤波器组多载波(Filter-bankMulticarrier,FBMC)技术(参考文献：“Analysis and design of OFDM/OQAM systemsbased on filter bank theory”,IEEE Transactions on Signal Processing,Vol.50,No.5,2002)、基于频带滤波的OFDM(Filtered-OFDM，F-OFDM)技术(参考文献“The effectof filtering on the performance of OFDM systems,”IEEE Trans.Veh.Tech.,vol.49,no.5,pp.1877-1884,2000.)、基于子滤波的单载波滤波器组多载波(SC-FBMC，Single-carrier Filter-bank Multicarrier)技术等，这些技术的一个共同目标就是通过滤波器来对信号进行滤波，从而抑制带外泄露，也就是子频带之间的串扰就小，那么保护频带大小的设计可以根据滤波器的实现来调整。其中，基于滤波器的或者滤波器组的单载波或多载波调制包括：基于滤波器的单载波调制、基于滤波器的多载波调制、基于滤波器组的单载波调制和基于滤波器组的多载波调制。

采用FBMC可以获得具有良好时频聚焦性的信号波形，例如基于IsotropicOrthogonal Transform Algorithm(IOTA，各向同性正交变换算法)、基于ExtendedGaussian Function(高斯函数)和欧洲PHYDYAS等原型滤波器函数。FBMC使用时频域聚焦性(Time/Frequency Localization,TFL)很好的成型滤波器对每个子载波的信号进行脉冲成型(pulse shaping)，这使得：FBMC可以不需要循环前缀也能极大抑制多径带来的符号间干扰(Inter-symbol Interference,ISI),不仅相对OFDM能带来更高的频谱效率和能量效率，同时可以在更大的时间误差下获得良好的接收鲁棒性，从而允许非严格同步的传输；得益于良好的频率聚焦性，FBMC可以在极窄的频率资源内传输信号并保持非常低的带外泄露，从而可以较好的抑制由于多普勒或相位噪声等带来的载波间干扰ICI。因此，FBMC可以使得实现频带内混合双工所需要的保护频带较小，且节省的循环前缀开销可以一定程度弥补保护频带的开销，从而使得图3所示频带内混合双工模式从频谱利用率的角度在5G中也是有竞争力的。

图4所示为采用PHYDYAS滤波器的FBMC与采用矩形窗函数的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术的子载波频率波形示意图。可以看到，与OFDM技术相比，FBMC具有更好的频域聚焦性，频域波形的衰减速度很快，仅具有很低的带外泄漏，因此非常适合于图3所示频带内混合双工结构，能够在有效降低邻道干扰的同时，有效减少保护频带所占用的频带，降低保护频带所带来的开销。

图5所示为有效子载波数为64时F-OFDM与OFDM的频谱对比示意图。其中F-OFDM技术所用滤波器为sinc函数与时域汉宁窗(Hanning window)相乘得到的。可以看到，与OFDM技术相比，F-OFDM频谱带外衰减速度明显要快，频带外数个子载波后带外泄漏就会下降至较低的水平，因而能够减小保护频带所带来的频谱效率损失。设计更好的滤波器用于F-OFDM让带外衰减更快，但也需要跟复杂度和信号的畸变指标做一个折衷。

图3所示的频带内混合双工结构的技术优势在于：

1.不需要成对频谱资源，上下行通信的资源调度与配置更为灵活；那么对于5G的新频段就可以非成对的形式分配大块连续带宽，避免频段碎片化。

2.上下行控制信道在整个频带上传输，因此可以采用类似于FDD模式中HARQ的时序结构，避免了TDD模式中HARQ时序混乱、效率较低的问题。

3.在数据子频带上通过探测参考信号(Sounding Reference Signal，SRS)的增强，能够通过上行信道的信道估计，利用信道互易性获知下行信道估计。这种特性能够有效降低大规模MIMO系统中信道训练与反馈的开销，非常适合于5G无线通信中高频段通信与大规模MIMO技术。

终端为支持频带内混合双工模式，需要具有同时处理不同子频段信号的能力。考虑到目前的移动通信设备基本都能够同时支持FDD模式与TDD模式，因此都具备处理不同子频段信号的能力，也能够支持本申请所提供的频带内混合双工模式。此外，采用频带内混合双工模式，基于FBMC调制，异步传输与免授权的小包数据传输仍然能够在数据子频带上采用时分双工模式进行工作。

下面通过几个较佳实施例，对本申请技术方案进行进一步详细说明。

实施例一：

在本实施例中，我们结合具体的系统参数设置来介绍一种基于频带内混合双工模式的通信系统。本实施例假设应用场景为5G中高频段通信场景，例如工作于毫米波段的通信系统。为提高系统频谱利用率，减少带外泄漏，系统采用FBMC或是F-OFDM等带外泄漏较小、带外衰减较快的新型波形多载波调制技术。设系统工作于28GHz频段，系统带宽为150MHz，子载波间隔为300kHz，此时，一个多载波符号时长约为3.33us，多载波调制所用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)大小为512。仍然沿用LTE中无线帧的结构，即一个无线帧由子帧组成，而子帧由时隙组成。本实施例中，一个时隙由15个多载波调制符号构成，时长为0.05ms；一个子帧由两个时隙构成，时长为0.1ms；一个无线帧由10个子帧构成，时长为1ms。本实施例所述帧结构如图6所示，图中符号指多载波调制符号。需要说明的是，本实施例采用FBMC新波形调制技术，这类技术不需要添加循环前缀(Cyclic Prefix，CP)也可以很好的抑制多径信道导致的符号间干扰(ISI)。

图7所示为本实施例所提供方案的频谱结构示意图。定义一个多载波符号上的一个子载波为资源元素(Resource Element，RE)，一个资源块包含15个多载波符号上的20个子载波，即包含300个RE，带宽为6MHz，时长为0.05ms。图7所示频谱结构占用带宽为150MHz，可用子载波为500个。

如图7所示，按照功能将可用带宽划分为四部分，分别为上行控制信道、下行控制信道、数据信道与保护频带。位于频带边缘两侧的各15个子载波分别用于上行控制信道与下行控制信道的传输，频带中间的460个子载波用于数据传输，控制信道与数据信道间留出5个子载波作为保护间隔，降低或消除控制信道与数据信道间的相互干扰，从图4可知，空5个子载波的带外泄露可以滚降到100dB以下。

考虑到采用了新波形调制方式，与OFDM技术相比，带外泄漏将会大大降低，因此仅需保留较小的频带作为保护频带即可有效降低甚至消除数据信道与控制信道间的相互干扰，保护频带的大小跟新波形调制方式的带外抑制能力相关，即可以调整滤波器的频域聚焦性来匹配保护频带的大小。本实施例中，在数据信道与下行控制信道和数据信道与上行控制信道间分别保留了5个子载波作为保护频带，保护频带所占用的带宽为1.5MHz，对于带外泄漏较低的新波形技术，例如FBMC等来说，已经足够消除带外泄漏所导致的信道间的串扰。而两个1.5MHz的保护频带仅占用了整个频带带宽的2％，相比LTE OFDM系统目前采用的10％的带宽作为保护频带预留来满足频谱泄露以及超过6％的CP开销，其开销几乎可以忽略不计。

图7所示各个信道的功能简述如下：

下行控制信道用于传输下行控制信令，可以包括：资源分配信息、每个码字的调制编码方案(Modulation and Coding Scheme，MCS)，HARQ信息，多层传输时的层数信息，上行控制信道的功率控制指令，非周期SRS传输触发等。同时下行控制信道还用于传输HARQ指示信息。也就是下行控制信道上至少包含类似LTE的PDCCH和PHICH。

上行控制信道用于传输上行控制信令，可以包括：调度请求(SchedulingRequest，SR)，HARQ确认/非确认(ACK/NACK)信息，信道状态信息(Channel StateInformation，CSI)等。其中，CSI包含信道质量指示(Channel Quality Indicator,CQI)，以及用于MIMO传输反馈的秩指示(Rank Indicator，RI)和预编码矩阵指示(PrecodingMatrix Indicator，PMI)。也就是上行控制信道至少包含类似LTE的PUCCH。

数据信道用于传输上下行数据，同时也包括同步信道以及用于传输系统信息的广播信道和上行随机接入信道等。也就是至少包含类似LTE的PUSCH,PDSCH,PRACH,PBCH,SCH。由于数据信道同时用于上下行的数据通信，并且通过不同的时间区分上行与下行数据，因而需要在下行通信转换至上行通信时插入保护时间，以提供切换保护时间和避免下行通信对上行通信造成严重干扰。与LTE中TDD模式帧结构类似，可以在下行通信转换至上行通信时插入特殊子帧，用于提供下行通信到上行通信进行切换时的保护。本申请一较佳数据帧结构如图8所示。参见图8：

特殊子帧包含三部分，分别为下行特殊时隙、保护间隔与上行导频时隙。下行特殊时隙用于下行通信，传输内容可包含以下之一或其组合：下行数据信道、物理同步信道、物理广播信道；上行导频时隙用于承载探测导频信号；保护时隙不传输任何信号，用于提供下行到上行的射频切换所需的时间，和必要的防止下行发送给上行接收带来的干扰。以FBMC技术为例，考虑到其时域拖尾较长，需要提供较长的保护时隙来确保下行数据不会对上行通信产生干扰。例如重叠因子为4的FBMC技术，保护间隔需要大于4个多载波符号。若使用其他时域拖尾较短的多载波调制技术，则可以缩短保护间隔。

本申请所提供的频带内混合双工模式中，上下行数据通信的比例可以根据上下行业务的需求调整，例如根据表1所示上下行通信的子帧比例进行调整，固定在子帧0中发送物理广播信道(Physical Broadcast Channel,PBCH)，用于指示该无线帧所使用的上下行通信配置。因此频带内混合双工模式能够适应各种不对称业务的需求，保留了较大的灵活性。

数据信道与控制信道均需插入参考信号，用于信道内传输数据的解调。图7所示示例中，参考信号在每个资源块的第一个符号上发送，其余符号的信道状态信息可以通过插值等方法获取。除图7所示方案外，也可以采用类似于LTE中参考信号的离散插入方式，通过在不连续的符号和子载波上插入参考信号获得多时频点的信道估计。

此外，考虑到控制信道与数据信道对于信道估计准确性的要求不一致，因此，在控制信道和数据信道中插入参考信号的频度也可不同。例如，考虑到与数据信道相比，控制信道要求更高的准确率，因此对于信道估计精确性的要求也就更高。对于控制信道，其参考信号插入频率可以提高，以保证控制信道信道估计的精确性。与此同时，数据信道中插入参考信号的频率可以降低，以获得更高的频谱效率。

基站通过上行数据子帧以及特殊子帧中的上行导频时隙所发送的参考信号，能够获知上行信道的信道状态信息。利用信道互易性，基站能够根据上行信道状态信息推知下行信道状态信息，并利用该信息完成预编码等操作。下行数据信道中的参考信号用于估计预编码后的等效信道，与LTE中的解调参考信号类似。由于频带内混合双工模式能够利用上下行信道互易性，使得大规模MIMO技术中的下行物理信道估计与信道状态信息反馈得到了极大的简化，有利于5G中大规模MIMO技术以及高频段技术的实施。

此外，图6所示结构适用于不需要插入CP的调制方式，例如FBMC技术等。对于需要CP来降低符号间干扰的调制方式，例如F-OFDM技术，图6所示结构需要稍加修改，例如每个符号加入CP后，时隙、子帧以及无线帧的长度都会发生变化，而CP的长度则取决于所用波形以及需要对抗的多径时延等因素。注意帧结构，尤其是多载波符号是否插入CP，并不影响本发明所提供方案的实施，本申请后续描述将仍然使用图6所示帧结构。各个信道占用带宽可以根据实际应用场景调整，例如考虑到与上行控制信道相比，下行控制信道需要传输更多的信令，因此可以为下行控制信道分配更多的带宽，同时减少为上行控制信道分配的带宽。

实施例二：

本实施例中，系统帧结构、频谱结构等参数与实施例一中的设定相同。不同于实施例一中终端通过广播消息获取数据信道的小区特定的上下行配置，为更加灵活配置上下行通信，可以在下行控制信道中指示子帧的上下行配置。例如，一种可能的方式为，每个无线帧的子帧0用于下行通信；当需要切换为上行通信时，在切换的前一个子帧的下行控制信道发送上行切换指示；在上行通信过程中，若需要切换为下行通信时，则在切换的前一个子帧的下行控制信道发送下行切换指示。图9所示为按照上述方式对上下行数据通信进行灵活配置的示意图。

图9中，子帧0用于下行通信，基站在子帧1的下行控制信道中插入上行切换指示，通知终端该子帧的下一帧，即子帧2用于上下行切换。子帧2的结构与图8中的特殊子帧类似，分为下行通信、保护间隔和上行通信三部分，保护间隔用于在下行通信切换至上行通信时提供保护。子帧2的具体结构可以在下行控制信道中做进一步指示。子帧3、4、5、6均用于上行通信，基站在子帧6的下行控制信道插入下行切换指示，该子帧的下一帧，即子帧7切换为下行通信。

图9所示的上下行数据通信配置方法虽然引入了一定的信令开销(需要在下行控制信道中插入上下行切换指示)，但是与LTE中的TDD模式相比，其上下行通信配置更加灵活，基站可以根据下行以及上行数据通信的需求灵活调整上下行数据通信的配置。

为利用TDD模式下的信道互易性，需要确保每个无线帧中至少有一个子帧用于上行传输。可以规定下行控制信令中需要传输至少一次上行切换指示，并确保有一个完整的子帧用于上行通信。

实施例三：

本实施例中将给出保护频带灵活配置的示例。系统帧结构与频谱结构等参数与实施例一相同。在实施例一中，所述双工频带划分结构在数据信道和控制信道之间使用相同大小的保护频带，比较简单，适合于低功率小小区场景。考虑到大部分情况下行通信发射功率通常较大，而上行通信接收功率较小，因此下行发送(包括数据信道以及控制信道)将会对上行接收产生较大的干扰，而上行发送对于下行接收的干扰相对来说就要小，子频带间如采用固定大小的保护频带来防止子带间的泄露干扰虽然简单，但预留过多对于上行发送干扰下行接收的情况造成浪费，预留过少又不足以抑制下行发送对上行接收造成的邻带泄露干扰。因此，本实施例提出：可以在预先设置的基本保护频带上，根据干扰情况来调整保护频带的的大小。

图10所示为一种在数据信道中插入保护频带的频带内混合双工模式示意图。图10中，子帧0与后续特殊子帧中的下行特殊时隙用于下行通信，会对使用临近频带的上行控制信道产生干扰。通过在数据信道中临近上行控制信道的一侧留出一部分频带作为保护频带，能够扩大下行数据通信信道与上行控制信道间的保护频带，从而增强对上行控制信道的保护。例如，在子帧0和子帧1的下行特殊时隙传输时，在靠近上行控制信道一侧留出5个子载波不发送任何数据，作为数据信道中的保护频带，这样，相比于图8所示结构，下行数据通信与上行控制信道间的保护频带扩大为10个子载波，即3MHz，能够为上行控制信道提供更好的保护。

与之类似，子帧1中的上行导频时隙以及其后的子帧2、3、4用于上行传输，会受到临近频带下行控制信道的干扰。为降低该干扰，在子帧1的上行导频时隙以及子帧2、3、4中靠近下行控制信道的频带留出一部分子载波作为保护频带。例如留出5个子载波不发送任何数据，将下行控制信道与上行通信间的保护频带扩大为3MHz，从而为上行数据通信提供更好的保护。

上述在数据信道内插入附加保护频带的方式虽然能够抵抗下行通信对上行通信的干扰，但是会造成有效数据频带的降低，从而引起传输数据率的降低。图11所示为在控制信道内插入保护频带的频带内混合双工模式示意图。图11中，通过在控制信道内插入附加保护频带，能够扩展下行通信与上行通信间的保护频带，起到加强对上行通信保护的作用。

除图10、图11所示插入附加保护频带的方式外，还可以采用两种方式结合的方式扩展保护频带，即一部分附加保护频带插入到数据信道，另一部分保护频带插入到控制信道。

除上述在数据信道或是控制信道内添加附加保护频带的方法外，也可以通过移动相应子帧数据信道中心频点的位置来获得保护频带的调整。如图12所示为通过调整数据信道中心频点来调整保护频带的方式示意图。通过移动用于下行通信的子帧(子帧0与子帧5)，以及特殊子帧中用于下行通信的下行特殊时隙的中心频点，使其更加靠近下行控制信道。此时，数据信道中用于下行通信的子帧与上行控制信道间的保护频带增大，因而能够为上行控制信道提供更好的保护。同时，虽然数据信道中用于下行通信的子帧与下行控制信道间的保护频带变窄，但是由于二者间的干扰并不严重，因此系统性能并不会因此收到显著影响。类似的，通过移动用于上行通信的子帧(子帧2、3、4、7、8、9)以及特殊子帧中的上行导频时隙的中心频点，使之更加靠近上行控制信道。此时，下行控制信道与数据信道中用于上行通信的子帧间的保护频带变大，能够为上行数据信道提供更好的保护。

通过移动数据信道中心频点来调整保护频带的方式能够确保数据率不受影响。例如将数据信道中用于下行通信的子帧向下行控制信道移动3个子载波，此时，数据信道中用于下行通信的子帧与上行控制信道间的保护频带扩展为2.4MHz，而总的保护频带仍为3MHz。保护频带所带来的开销没有变化，但是对上行控制信道所提供的保护增强了。

保护频带的模式(插入附加保护频带的位置及大小或是数据信道中心频点偏移量)可以通过查找表方式存储于基站与终端，基站通过子帧0中的广播信道或是下行控制信道传输保护频带模式，终端通过接收广播信道或是下行控制信道中的保护频带模式来确定控制信道与数据信道的带宽和位置。也可以通过预先定义的方法固定好基本保护频带大小和附加保护频带的大小，终端直接通过数据信道的上下行通信情况和控制信道的邻带情况隐含获取数据信道的带宽，例如图10所示给定的上下行配置情况，终端通过预定好的规则，知道数据信道在子帧3处靠近下行控制信道的子频带边缘额外扣除5个子载波，而靠近上行控制信道的子频带使用基本保护频带。

由于保护频段主要用于保护上行接收信号不受下行发送信号的影响，基站也可以通过测量上行信号接收强度以及下行通信带外泄漏来确定保护频带的大小。上行信号接收强度主要受到小区大小以及终端与基站间的距离所决定，因此在终端移动过程中，可能需要动态调整保护频带的大小来适应信道的变化。具体来说，基站根据上行信号接收情况决定保护频带大小，并在广播信道或下行控制信道中通知终端，终端根据相应指示获知上下行控制信道带宽、数据信道带宽以及中心频点位置。

实施例四：

本实施例中将给出频带内控制和数据分离双工通信系统中提高控制信道可靠性的示例。系统帧结构以及频谱结构仍然使用与实施例一中相同的设定。使用相同的频段传输控制信道对于频率选择性衰落较强的传输环境将会有不利影响。为提高控制信道的传输可靠性，本实施例通过跳频的方式传输控制信令来为控制信道提供频率分集增益。

一种较佳的跳频传输控制信令的方式如图13所示。可以看到，以两个子帧(0.2ms)为单位进行上下行控制信道传输的切换，并且在上下行控制信道进行切换时插入保护间隔。这种切换可以确保上行控制信道经历不同的频段，从而为控制信道提供频率分集，提高控制信道对抗衰落的能力。

需要说明的是，上述跳频传输控制信令的方式中，上下行控制信道的切换保护间隔可以灵活配置。控制信道的跳频方式可以预先定义，或基站在位于子帧0中的广播信道或下行控制信道中指示跳频方式，终端通过该指示获知上下行控制信道的位置。

图14所示为另一种为控制信道提供频率分集的方式，即在数据信道内传输控制信令。图14中，数据信道内的控制信令在每个子帧的前几个多载波调制符号上传输。除图14所示方案外，数据信道内的控制信令也可以在中间数个子载波上连续传输。此外，特殊子帧中的下行特殊时隙也可以用来传输下行控制信令。

数据信道内的控制信令为相应子帧控制信道控制数据的重复，也可以携带关于本子帧的额外控制信令。

图13与图14所示两种方案可以结合使用，即在使用控制信道跳频的同时在数据信道上插入控制信令，为上下行控制信令的传输提供更可靠的保护。

实施例五：

本实施例对本申请提出的频带内混合双工模式中HARQ的时序以及处理方式进行说明。本实施例中，系统帧结构与频谱结构与实施例一中相同。

对于频带内混合双工模式，上下行控制信道总是存在，因而能够避免LTE中TDD模式所存在的时序混乱、效率较低的问题。下行HARQ传输采用LTE中类似的异步方式，即仅规定终端接收到数据包后发送ACK/NACK信号的时序，基站接收到终端发送的ACK/NACK信号，需要重传数据包时，通过相应子帧下行控制信道中的HARQ处理编号(HARQ processnumber)来指示当前重传数据包所对应的终端接收到的数据包。因此，并不需要规定基站为终端重传数据时的时序，即基站可以以异步方式重传数据。规定终端反馈ACK/NACK的时间在接收到数据包的0.3ms之后，则图15所示为下行HARQ的一种可能时序。

图15中第一行为本实施例所用上下行通信配置。该配置中，数据信道中的子帧0与子帧5用于下行传输，子帧1与子帧6为特殊子帧，其余子帧用于上行传输。符号P表示下行数据传输，符号A表示数据P的ACK/NACK反馈。从图中可以看到，数据包的ACK/NACK反馈发生于接收数据子帧的3个子帧之后，即0.3ms之后。以第二行中的ACK/NACK为例，终端在子帧0接收到下行数据P1，经过处理后，在子帧4的上行控制信道传输相应ACK/NACK信号给基站。基站经过处理后，若发现该数据包需要重传，则在子帧5之后的子帧进行传输，并在相应下行控制信道中插入HARQ处理编号对终端进行指示。

不同上下行通信配置的HARQ反馈模式基本类似，即在下行数据通信子帧进行数据发送后，终端在一段规定时间(图15所示示例中为0.3ms)之后的上行控制信道内传输相应数据包的ACK/NACK信号。基站在重传数据包时，在相应子帧的下行控制信道内插入HARQ处理编号对终端进行指示。

与LTE TDD模式的下行HARQ时序相比，本申请提出的频带内混合双工模式不存在上行控制信道资源不够用的情况，因此可不需要ACK/NACK绑定或是ACK/NACK复用等技术，从而使得下行HARQ反馈及时和简单。

上行HARQ时序采用与LTE类似的模式，即下行发送上行授权信令或是上行ACK/NACK信号后，在规定时间之后的一个可用上行子帧的数据信道发送上行数据包。基站在接收到上行数据包之后，在规定时间之后的子帧的下行控制信道发送上行授权信号或是上行ACK/NACK信号。图16所示为一种可能的上行HARQ时序图。其中，规定基站在接收到数据0.3ms之后进行反馈,终端在接收到上行授权信令或者ACK/NACK0.3ms之后寻找可用上行子帧进行数据发送。

图16中，P表示上行数据包，使用上行数据信道进行发送，G/H表示上行授权或是ACK/NACK信号。图16中第一行为本实施例所用上下行数据通信配置。子帧0与子帧5用于下行数据通信，子帧1与子帧6为特殊子帧，其余子帧用于上行数据通信。以图中第二行所示HARQ时序为例，终端在子帧2发送上行数据，基站在接收处理后，在子帧6的下行控制信道发送上行授权或是ACK/NACK信号，由于相隔0.3ms的子帧为下行数据通信子帧，因此终端在第二个无线帧的子帧2进行上行数据通信。

图16中第三行所示HARQ时序中，虽然基站在第一个无线帧的子帧7发送上行授权或是ACK/NACK信号，在0.3ms后的子帧用于下行数据通信，而0.3ms后的首个上行数据子帧，即第二个无线帧的子帧2已被用于HARQ反馈时序，因此终端在第二个无线帧的子帧3进行上行数据通信。

可以看到，与LTE中的TDD模式上行HARQ时序相比，图16所示上行HARQ时序中，基站不需要等待可用的下行数据通信子帧即可在下行控制信道上发送上行授权信号或ACK/NACK信号，在下行数据通信所占比例较小时，能够缩短HARQ等待时间。例如图16所示示例中，回程时间(Round-Trip Time,RTT)为1.0ms，即一个无线帧的长度，要低于相同上下行数据通信配置的LTE TDD模式的回程时间，可以满足5G 1ms的空口时延需求。

需要说明的是，本实施例中所选取的接收数据与发送ACK/NACK信号间的延迟(0.3ms)仅为示例，实际系统中需要根据设备处理能力以及实际的帧结构来确定该延迟的大小。

实施例六：

本实施例将给出采用本申请所提供的频带内混合双工模式终端与基站的接入与通信流程。具体包括：

终端通过接收第二子频带中心位置的同步信道和广播信道完成小区搜索过程，并通过读取物理广播信道，获知系统配置信息，其中，同步信道的时频位置和广播信道的时频位置为帧结构中预先配置的；所述系统配置信息包括以下信息的至少一种：系统带宽、上下行通信配置、保护频带配置、控制信道跳频配置；

终端通过物理广播信道内的系统配置信息，获知上下行控制信道中心频点位置及带宽、业务信道中心频点位置及带宽，以及上下行数据通信配置；

终端通过下行控制信道获取承载在下行数据信道上的系统配置信息，并根据配置信息发起并完成上行接入；

终端与基站按照约定的上下行通信配置进行通信。

本实施例的系统帧结构与频谱结构等参数与实施例一中相同。主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)、辅同步信号(Secondary SynchronizationSignal，SSS)与物理广播信道(Physical Broadcast Channel，PBCH)均在下行数据信道和与之相邻的特殊子帧的下行特殊时隙中传输，物理随机接入信道(Physical RandomAccess Channel,PRACH)在特殊子帧中的上行导频时隙发送，如图17所示。图17为本申请一种较佳的同步、广播信道配置结构示意图，其中，PSS与SSS用于小区搜索，PBCH包含了系统带宽、上下行传输结构等在内的系统信息。终端开机后，通过搜索和检测PSS与SSS完成小区搜索，完成系统同步，并获取小区ID。之后终端读取PBCH，获取系统带宽、系统帧号、基站天线配置等系统信息。此外，由于频带内混合双工模式在数据通信时采用时分方式区分上下行数据通信，终端还需获取上下行数据通信配置。该信息可以通过特殊子帧的位置隐含告知终端，即基站仅需在PBCH中广播特殊子帧的位置，终端根据该信息推知上下行数据通信配置。特殊子帧位置通过查找表的方式告知终端，即将特殊子帧位置存储于基站与终端均已知的查找表中，基站仅在PBCH中发送相应特殊子帧位置的索引。通过该索引，终端获知特殊子帧的位置，以及特殊子帧中下行特殊时隙、保护间隔与上行导频时隙的时长，并得到上下行通信配置。以图17所示示例为例，终端通过特殊子帧位置索引获知子帧1与子帧6为特殊子帧，从相应模式获知子帧1与子帧5用于下行数据通信，而子帧2、3、4、7、8、9用于上行通信。

对于本申请提出的频带内混合双工模式，还需要通知终端控制信道与数据信道间保护频带的模式，即是否对不同子帧使用相同带宽的保护频带，以及使用的保护频带模式。与特殊子帧位置信息类似，保护频带模式用查找表的方式同时存储于基站与终端，基站仅需要在PBCH广播相应保护频带模式在查找表中的索引即可。以图17所示示例为例，终端通过保护频带模式索引得知系统使用相同带宽的保护频带，进而推知系统下行控制信道与上行控制信道分别位于系统频带边缘的15个子载波。

终端获知系统带宽与保护频带带宽后，即可推知数据信道带宽以及控制信道位置，读取下行控制信道，并通过读取下行数据信道中动态广播信道所包含的其他系统配置信息(例如随机接入配置信息等)，进而完成上行接入，之后根据基站调度信息(例如灵活配置的上下行配置信息)或是约定的上下行通信配置与基站进行通信。

对于实施例二所示的上下行通信灵活配置的情况，需要为上行物理随机接入信道预留时频资源。为避免额外的信令开销，在终端完成接入之前，可以采用PBCH中预先规定的上下行通信配置进行通信。

对应于上述方法，本申请还提供了一种基站，其较佳组成结构如图18所示，该基站中包括：控制传输模块和数据传输模块，其中：

所述控制传输模块，用于在可用连续频段的第一子频带和第三子频带分别传输上行控制信道和下行控制信道之一，且同一时间第一子频带内与第三子频带内传输不同方向的控制信道；

所述数据传输模块，用于在所述可用连续频段的第二子频带，按照时分复用的方式传输上行数据和下行数据；

其中，第一子频带与第三子频带位于所述可用连续频段的两端。

对应于上述方法，本申请还提供了一种终端，其较佳组成结构如图19所示，该终端中包括：小区搜索模块、配置信息获取模块、接入模块和通信模块，其中：

所述小区搜索模块，用于通过接收第二子频带中心位置的同步信道和广播信道完成小区搜索过程，并通过读取物理广播信道，获知系统配置信息，其中，同步信道的时频位置和广播信道的时频位置为帧结构中预先配置的；所述系统配置信息包括以下信息的至少一种：系统带宽、上下行通信配置、保护频带配置、控制信道跳频配置；

所述配置信息获取模块，用于通过物理广播信道内的系统配置信息，获知上下行控制信道中心频点位置及带宽、业务信道中心频点位置及带宽，以及上下行数据通信配置；

所述接入模块，用于通过下行控制信道获取承载在下行数据信道上的系统配置信息，并根据配置信息发起并完成上行接入；

所述通信模块，用于与基站按照约定的上下行通信配置进行通信。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。