專利名稱：用于使用協(xié)作中繼的無線通信網(wǎng)絡(luò)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及支持中繼以增強(qiáng)通信性能的無線通信。具體地說，本發(fā)明涉及用于利用協(xié)作中繼來減少兩跳無線通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性的方法和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
無線/蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)發(fā)展中的一個主要動力是除許多其它方面外提供增大的覆蓋范圍或支持更高的數(shù)據(jù)率或兩者的結(jié)合。同時，構(gòu)建和維護(hù)系統(tǒng)的成本方面很重要，并且預(yù)計(jì)在將來甚至變得更重要。
無線網(wǎng)絡(luò)的主要拓?fù)渲钡阶罱耆锤?，包括現(xiàn)有的三代蜂窩網(wǎng)絡(luò)。拓?fù)涞奶卣髟谟诠潭o線電基站和移動臺作為網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)射和接收實(shí)體的蜂窩體系結(jié)構(gòu)，其中，通信一般只涉及這兩種實(shí)體。作為一種網(wǎng)絡(luò)替代方案的例子有眾所周知的多跳網(wǎng)絡(luò)，其中，在無線情況下，通信一般涉及中繼配置中的多個發(fā)射和接收實(shí)體。此類系統(tǒng)提供了在通信(中繼)的實(shí)體之間大大減少路徑損耗的可能性，這可有利于端對端(ETE)用戶。
最近，另一類型的拓?fù)涫艿搅岁P(guān)注，該拓?fù)渑c多跳網(wǎng)絡(luò)具有許多共同的特性和優(yōu)點(diǎn)，但限于只在兩個(或幾個)跳中的中繼。與多跳網(wǎng)絡(luò)不同，上述拓?fù)淅貌⑿行苑矫妫⑶疫€采用高級天線系統(tǒng)的主題。利用新型拓?fù)涞倪@些網(wǎng)絡(luò)具有在多個站之間協(xié)作的共同特點(diǎn)。在近來的研究文獻(xiàn)中，它通常有幾個名稱，如協(xié)作中繼、協(xié)作分集、協(xié)作編碼、虛擬天線陣列等。在本申請中，術(shù)語“協(xié)作中繼”和“協(xié)作方案/方法”意在分別包括利用多個站之間協(xié)作的所有系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)和在這些系統(tǒng)中使用的方案/方法。在[1]中提供了協(xié)作通信方案的全面概述?？蛇\(yùn)用中繼信號的各種格式?？蓪⑿盘柦獯a、重新調(diào)制并轉(zhuǎn)發(fā)，或者只是放大并轉(zhuǎn)發(fā)。前者被稱為解碼并轉(zhuǎn)發(fā)或再生中繼，而后者被稱為放大并轉(zhuǎn)發(fā)或非再生中繼。再生和非再生中繼例如分別以傳統(tǒng)的多跳和中繼器解決方案而眾所周知。在[2]中提出了這兩個方案的各種方面。中繼可以以基本上兩種方式轉(zhuǎn)發(fā)信號；在相同資源上傳遞信號或者更改到另一信道，例如在時間或頻率上。在第一種情況下，問題是克服中繼傳輸與接收之間的耦合。這可通過使用兩根天線和干擾消除技術(shù)進(jìn)行處理。在第二種情況下，中繼可只接收信號，然后在下一時隙將它轉(zhuǎn)發(fā)，或者在另一頻帶上與接收信號同時地將它轉(zhuǎn)發(fā)。
無線通信中協(xié)作中繼的總的益處包括更高的數(shù)據(jù)率、減少的中斷(由于不同形式的分集)、延長的電池壽命及擴(kuò)大的覆蓋范圍。
利用協(xié)作中繼的各種方案和拓?fù)淅缫驯蛔鳛樾畔⒗碚擃I(lǐng)域內(nèi)的理論模型、作為用于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的建議及在少數(shù)情況下作為實(shí)驗(yàn)室測試系統(tǒng)來提出。在[1]的第37-39、41-44頁中可找到例子。各種協(xié)作方案可基于有數(shù)據(jù)要發(fā)送的實(shí)體、發(fā)送數(shù)據(jù)到達(dá)的實(shí)體和協(xié)作的實(shí)體進(jìn)行劃分。在

圖1a-f(現(xiàn)有技術(shù))中，以示意圖方式示出不同的拓?fù)?，示出生成業(yè)務(wù)的位置、哪個實(shí)體為接收器及用于無線電傳輸?shù)穆窂健?br> 圖1a中所示的傳統(tǒng)中繼信道包括要通過使用中繼站與目的地進(jìn)行通信的源。中繼通過有噪信道接收由源發(fā)射的信號，處理它并將它轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。目的地觀測到源和中繼傳輸?shù)寞B加。中繼沒有任何信息要發(fā)送；因此，中繼的目標(biāo)是使從源到目的地的信息流總速率達(dá)到最大。在[1]、[7]和[3]中研究了傳統(tǒng)中繼信道，其中，在[3]中并入了接收器分集。傳統(tǒng)中繼信道以其三站形式根本不利用多個中繼站，因此不提供上述的優(yōu)點(diǎn)。
在圖1b中以示意圖方式示出一種更有希望的方案即并行中繼信道，其中，無線系統(tǒng)采用具有重疊的覆蓋范圍的中繼器(如具有支持中繼器的蜂窩基站)，接收器可受益于使用從多個中繼器接收的疊加信號。當(dāng)中繼器的位置靠近并且中繼器以足夠大的功率發(fā)射時，這是在系統(tǒng)中自動發(fā)生的事情。最近，信息理論研究提出了這種情況，例如，由Schein在[4]和[5]中建議通過使用兩個中間中繼站，在單個發(fā)送器與單個接收器之間使用基于相干組合的協(xié)作中繼。該研究只是信息理論分析，限于只兩個中繼站，并且缺少使該方法實(shí)際可行的工具和機(jī)制。
近來調(diào)研了在圖1c中以示意圖方式示出的具有中繼的多接入信道概念(也被稱為具有通用反饋的多接入信道)。該概念涉及兩個用戶協(xié)作，即交換各方要發(fā)射的信息，并隨后每個用戶不但發(fā)送其自己的信息，而且發(fā)送其它用戶信息到一個接收器。這樣做的好處在于協(xié)作提供了分集增益?；旧弦颜{(diào)研了兩種方案；協(xié)作分集和編碼協(xié)作分集。例如，在[1]中報(bào)告了研究。關(guān)于分集，已建議了各種形式，如Alamouti分集、接收器分集、基于相干組合的分集。一般，調(diào)研的方案和拓?fù)湟蕾囋趥鬏斍皩?shù)據(jù)解碼。這又意味著站的位置要靠近才可協(xié)作，因此排除了與更遠(yuǎn)中繼及在可形成大規(guī)模組時大量可能中繼的協(xié)作。那些方案的附加缺點(diǎn)是完全不可能具有位置靠近且同時發(fā)射的站。這些缺點(diǎn)示出調(diào)研的拓?fù)淇尚行圆惶?。在圖1d中所示的具有中繼的廣播信道基本上與在圖1c中所示的拓?fù)湎喾矗⒁虼艘簿哂邢嗤膰?yán)重缺點(diǎn)。
在圖1c中所示的拓?fù)涞挠忠粩U(kuò)展是通常所說的具有中繼的干擾信道，該擴(kuò)展在圖1e中示出，其中考慮了兩個接收器。這例如已在[8]和[1]中研究，但無接收器之間的協(xié)作，因而未利用可能由協(xié)作中繼提供的可能性。
在圖1f中以示意圖方式示出另一報(bào)告的拓?fù)?，它有時被稱為虛擬天線陣列信道，并且例如在[9]中描述。在此概念中，假設(shè)在通信的站與相鄰中繼節(jié)點(diǎn)之間有大的帶寬擴(kuò)展，因此非干擾信號可通過允許保留相位和幅度信息的正交資源傳送。采用此體系結(jié)構(gòu)時，通過單個天線接收器可啟用MIMO(多輸入多輸出)通信(以及其它空時編碼方法)。該拓?fù)淇赏瑯佑糜趥鬏?。一般的假設(shè)是中繼站靠近接收器(或發(fā)射器)。這限制了找到中繼的可能性及可使用的可能中繼總數(shù)。一個重大的實(shí)際限制是需要極大的帶寬擴(kuò)展以通過非干擾信道將信號傳遞到接收器以進(jìn)行處理。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到的一樣，利用協(xié)作中繼的實(shí)際系統(tǒng)實(shí)施需要用于控制涉及的中繼站的控制機(jī)制?？刂频男枰饕怯捎谝苿优_的移動和由此引起的拓?fù)渥兓蚨a(chǎn)生，并可例如包括中繼激活和去激活。在圖2中以示意圖方式示出對控制機(jī)制的需要，其中，移動的移動臺205在時間T1經(jīng)中繼站210:1和210:2及在時間T2經(jīng)中繼站210:1、210:3、210:4和210:5進(jìn)行通信。
在上述現(xiàn)有技術(shù)中未全面描述控制過程。然而，例如在參照圖1f所述的情況下，示出控制消息被交換到指向基站和用戶及從基站和用戶指向的中繼站和從中繼站交換。在[11]中也公開了類似的控制結(jié)構(gòu)，其中，標(biāo)識了至少一個控制終端，它指示中繼站接收和傳遞數(shù)據(jù)。
提議的控制機(jī)制可使控制數(shù)據(jù)量太多，特別是當(dāng)拓?fù)溆捎谝苿佑脩艨焖僖苿硬⑶乙刂浦欣^發(fā)射參數(shù)(例如功率)或者頻繁更改中繼的原因而頻繁更改時。另外，即使拓?fù)湮锤?，無線電傳播的變化也會相當(dāng)大并命令朝向中繼的快速控制消息交換。過多的控制信令消耗了本來可優(yōu)選用于發(fā)射數(shù)據(jù)的無線電資源。
現(xiàn)有技術(shù)中未解決的又一問題是，當(dāng)存在多個接收器時如何采用中繼的會話或用戶集中控制，這是因?yàn)樗鼈兛赡芫哂袥_突的最優(yōu)中繼配置和參數(shù)設(shè)置。最優(yōu)性可相對于活動的中繼、使用的發(fā)射功率電平、信道指配、空時編碼選項(xiàng)和相位調(diào)整等而不同。在圖3中以示意圖方式示出可能引起沖突的中繼配置和參數(shù)設(shè)置的情況，其中，兩個中繼站305:1和305:2均部分經(jīng)相同的中繼站310:1進(jìn)行通信。中繼站310:1在這種情況下可能遇到來自移動臺305:1和305:2的沖突要求。即使只考慮具有可能沖突的最優(yōu)配置的少數(shù)用戶，為一組用戶找到最優(yōu)配置或接近最優(yōu)配置的優(yōu)化問題也將很快變得很復(fù)雜和耗時，或者甚至實(shí)際上無法管理。
因此，在本領(lǐng)域中展示了協(xié)作中繼在例如提供高容量和靈活性方面具有大的潛力。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中提議的控制機(jī)制未指出可能在現(xiàn)實(shí)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施的解決方案，并且未完全利用預(yù)期的具有協(xié)作中繼的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明概述在用于操作具有協(xié)作中繼的網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有技術(shù)體系結(jié)構(gòu)和方法中，用于控制中繼的機(jī)制產(chǎn)生了過多的控制信令和/或極復(fù)雜的優(yōu)化問題。顯然，需要一種改進(jìn)的用于協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的方法和體系結(jié)構(gòu)，該改進(jìn)的方法和體系結(jié)構(gòu)利用預(yù)期的協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，而不會造成過多的控制信令，也不會導(dǎo)致太大的優(yōu)化問題。
本發(fā)明的目的是提供一種用于協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和用于操作上述網(wǎng)絡(luò)的方法，該體系結(jié)構(gòu)和方法克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。這通過如權(quán)利要求1所述的方法、如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)、如權(quán)利要求25所述的接收器和如權(quán)利要求28所述的基站而得以實(shí)現(xiàn)。
問題通過本發(fā)明提供一種體系結(jié)構(gòu)而得以解決，在該體系結(jié)構(gòu)中，組織中繼站的中繼信道使其信道在空間上重疊。中繼優(yōu)選作為基站的簡單中繼器操作，一般為非再生型，但盡可能為再生型，并且中繼傳輸參數(shù)優(yōu)選不會隨對單個(或多個)移動臺的瞬時鏈路質(zhì)量的響應(yīng)而更改。如果多個中繼在可到達(dá)范圍內(nèi)，則每個移動臺選擇多個中繼站作為通信的候選者。此進(jìn)程被稱為軟關(guān)聯(lián)，即，中繼不知道此移動臺內(nèi)部選擇。移動臺基于例如信號質(zhì)量參數(shù)而持續(xù)更新其軟關(guān)聯(lián)，以適應(yīng)例如由于移動臺移動而造成的變化的無線電環(huán)境。本發(fā)明允許通過單天線接收器實(shí)施諸如空間復(fù)用的MIMO通信方案，而基站具有多根天線，并且利用多個中繼信道。接收器到發(fā)射器即從移動臺到基站或從基站到移動臺而未通過中繼的邏輯反饋允許基于瞬時鏈路條件來修改傳輸。本發(fā)明可在蜂窩系統(tǒng)的下行鏈路或上行鏈路中使用。
根據(jù)本發(fā)明的方法適合在兩跳無線通信網(wǎng)絡(luò)中使用，其中，基站、至少一個移動臺和多個中繼站參與通信會話或建立通信會話的進(jìn)程，并且其中，中繼站將信號從基站轉(zhuǎn)發(fā)到至少一個移動臺。該方法包括以下步驟每個移動臺通過在內(nèi)部從具有至少部分重疊的覆蓋范圍的多個中繼站中選擇一組中繼信道，建立到多個中繼站的軟關(guān)聯(lián)，所述關(guān)聯(lián)到中繼站的一組中繼信道是在通信會話中使用的候選者。由移動臺執(zhí)行的軟關(guān)聯(lián)優(yōu)選是基于有關(guān)具有重疊的覆蓋范圍的中繼站中多個中繼站的中繼信道質(zhì)量的測量。移動臺在選擇步驟中還可考慮諸如某個應(yīng)用的帶寬要求的其它因素。
移動臺將其中繼站的選擇反饋到基站。移動臺優(yōu)選還反饋信道質(zhì)量度量，這些度量可作為原信道數(shù)據(jù)或作為已處理的信息、作為優(yōu)選傳輸參數(shù)。基站使用反饋來修改到中繼站的傳輸。基站可在到特定移動臺的通信中機(jī)會性地決定傳輸參數(shù)，但還可從移動臺已選擇的與其具有軟關(guān)聯(lián)的該組中繼站中決定要在通信中使用的中繼站。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實(shí)施例中，基站根據(jù)以下子步驟修改到中繼站的傳輸-從反饋中標(biāo)識來自至少兩個移動臺的關(guān)于至少一個中繼站的使用的沖突要求，所述兩個移動臺具有到相同的至少一個中繼站的軟關(guān)聯(lián)；-啟動優(yōu)化進(jìn)程以解決沖突要求；-修改至少到兩個移動臺具有到其的軟關(guān)聯(lián)的中繼站的傳輸，將優(yōu)化進(jìn)程的結(jié)果考慮在內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，適用于在兩跳無線通信網(wǎng)絡(luò)中通信的系統(tǒng)包括基站、至少一個移動臺和多個中繼站，其中，中繼站適用于將信號從基站轉(zhuǎn)發(fā)到移動臺。在系統(tǒng)中，組織多個中繼站的至少一部分，以使至少兩個相鄰中繼站具有充分重疊的覆蓋范圍，并且具有重疊的覆蓋范圍的中繼站的信道基本上正交。移動臺被安排為從具有至少部分重疊的覆蓋范圍的中繼站中選擇一組中繼站，由此建立到多個中繼站的軟關(guān)聯(lián)，這些中繼站是在基站與移動臺之間的通信中使用的候選者。
通過提供適用于從具有充分重疊的覆蓋范圍的多個中繼站中選擇一組中繼站的中繼站選擇模塊和用于將有關(guān)選定的中繼的信息反饋到發(fā)射器并且優(yōu)選還將有關(guān)瞬時信道質(zhì)量的信息反饋到發(fā)射器的反饋模塊工具，根據(jù)本發(fā)明的接收器適合在兩跳無線通信網(wǎng)絡(luò)中使用，所述RS選擇模塊被安排為將選擇基于中繼信道質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的基站提供有用于從移動臺接收反饋的工具、適用于標(biāo)識來自至少兩個移動臺的關(guān)于至少一個中繼站的使用的沖突要求的優(yōu)化模塊，所述兩個移動臺具有到相同的至少一個中繼站的軟關(guān)聯(lián)，并適用于執(zhí)行優(yōu)化進(jìn)程以解決沖突要求。基站還提供有傳輸參數(shù)修改模塊，適用于確定至少到兩個移動臺具有到其的軟關(guān)聯(lián)的中繼站的傳輸?shù)膫鬏攨?shù)，將優(yōu)化進(jìn)程的結(jié)果考慮在內(nèi)。
由于有了本發(fā)明，利用由協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)提供的可能性是可能的，而不會造成過多的控制信令，也不會造成太大的優(yōu)化問題。
由本發(fā)明提供的一個優(yōu)點(diǎn)是組織中繼站以使其覆蓋范圍顯現(xiàn)充分的重疊，并且移動臺實(shí)現(xiàn)到選定的中繼站的軟關(guān)聯(lián)，由此這些中繼站是要在通信中使用的候選者。得知每個移動臺的選擇的基站相應(yīng)地修改傳輸。
另一個優(yōu)點(diǎn)是來自移動臺的關(guān)于一個或更多個中繼站的使用的可能的沖突要求由基站解決，不會有過多的通過空中接口的控制信令。
又一個優(yōu)點(diǎn)是基于MIMO的通信易于在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中實(shí)施?；蛘呖蓪?shí)施接收分集。
由本發(fā)明提供的還有的又一優(yōu)點(diǎn)是每個移動臺優(yōu)選在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的軟關(guān)聯(lián)消除了中繼站(經(jīng)控制信令)保持和報(bào)告有關(guān)與哪個移動臺進(jìn)行通信的信息的需要。
由本發(fā)明提供的還有的又一優(yōu)點(diǎn)是基于瞬時載波干擾比條件、產(chǎn)生多用戶分集增益的機(jī)會性通信可與中繼的益處一起提供。
在從屬權(quán)利要求中說明本發(fā)明的實(shí)施例。當(dāng)結(jié)合附圖和權(quán)利要求書考慮時，從下面的本發(fā)明詳細(xì)說明中將明白本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特性。
附圖簡要說明在下面的詳細(xì)說明中，結(jié)合附圖，更全面地描述了上面概述的本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)，圖中類似的引用標(biāo)號表示所有圖中類似的要素，圖中圖1a-f是利用協(xié)作中繼的一些現(xiàn)有技術(shù)的拓?fù)涫緢D；圖2以示意圖方式示出中繼站激活的進(jìn)程；圖3以示意圖方式示出處理對中繼站有沖突要求的移動臺的問題；圖4以示意圖方式示出利用根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)；圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的邏輯體系結(jié)構(gòu)；圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例對于中繼和移動臺利用單根天線的邏輯體系結(jié)構(gòu)；圖7以示意圖方式舉例說明圖6的實(shí)施例，其中，兩個移動臺參與部分涉及相同中繼站的通信會話；圖8是根據(jù)本發(fā)明的方法流程圖；圖9以示意圖方式示出重疊正交中繼信道的原則；圖10以示意圖方式示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例組織的重疊正交中繼信道；圖11以示意圖方式示出根據(jù)本發(fā)明又一個實(shí)施例組織的重疊正交中繼信道；圖12是實(shí)現(xiàn)重疊正交中繼信道的集中式方法流程圖；圖13是實(shí)現(xiàn)重疊正交中繼信道的分布式方法流程圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的軟關(guān)聯(lián)進(jìn)程流程圖；圖15示出根據(jù)本發(fā)明在上行鏈路中的邏輯體系結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明詳細(xì)說明現(xiàn)在，將參照示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，在下文更全面地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)被視為限于本文所述的實(shí)施例；更確切地，這些實(shí)施例的提供將使得此公開內(nèi)容透徹和完整，并且將本發(fā)明的范圍全面?zhèn)鬟_(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖形中，類似的標(biāo)號表示類似的要素。
本發(fā)明提供一種體系結(jié)構(gòu)，在該體系結(jié)構(gòu)中，組織中繼站的中繼信道使其信道在空間上重疊。如下面將進(jìn)一步描述的一樣，這可以以集中或分布式方式實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)發(fā)信號的中繼信道選擇和增益系數(shù)選擇對于實(shí)施很重要。中繼優(yōu)選作為基站的簡單中繼器操作，一般為非再生型，但盡可能為再生型，并且中繼參數(shù)優(yōu)選不會隨對單個(或多個)移動臺的瞬時鏈路質(zhì)量的響應(yīng)而更改。中繼可進(jìn)一步在例如時間、頻率或兩者方面的正交資源上轉(zhuǎn)發(fā)收到的信號，或者使用相同的時間頻率資源并從收到的信號中消除發(fā)射的信號。如果多個中繼在可到達(dá)范圍內(nèi)，則每個移動臺在每個時間實(shí)例具有到多個中繼的軟關(guān)聯(lián)。當(dāng)移動時，移動臺基于例如信號質(zhì)量參數(shù)而持續(xù)更新其軟關(guān)聯(lián)。本發(fā)明允許通過單天線接收器實(shí)施諸如空間復(fù)用的MIMO通信方案，而基站具有多根天線，并且利用多個中繼信道。接收器到發(fā)射器即從移動臺到基站或從基站到移動臺而未通過中繼的邏輯反饋允許基于瞬時鏈路條件來修改傳輸。本發(fā)明可在蜂窩系統(tǒng)的下行鏈路或上行鏈路中使用。
在圖4中概括示出的網(wǎng)絡(luò)400是有利地利用本發(fā)明的協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的例子。該圖示出包括基站410(BS)、多個中繼站415:(RS)和多個移動臺(MS)420的部分無線網(wǎng)絡(luò)405。如圖所示，中繼站415例如安裝在天線桿和建筑物上。然而，諸如用戶移動終端的移動中繼也可作為固定中繼的補(bǔ)充或獨(dú)立地使用。
至少一些但不必是所有中繼站415的覆蓋范圍應(yīng)顯現(xiàn)充分的重疊，以使無論位置如何，移動臺420應(yīng)在大多數(shù)情況下處于多個中繼站415的覆蓋范圍中。具有重疊的覆蓋范圍的中繼站的信道應(yīng)優(yōu)選基本上正交。例如組織中繼站的覆蓋范圍，使得相鄰中繼站具有重疊的覆蓋范圍。如圖中舉例說明的一樣，中繼站415:1-5具有重疊的覆蓋范圍。中繼站415:8與中繼站415:1-5沒有重疊的覆蓋范圍，但反而與其鄰站415:6、415:7和415:9具有重疊的覆蓋范圍?；蛘叨鄠€中繼站415:10-415:13和415:14-415:17分別形成中繼站群440和445，其中，群內(nèi)的所有中繼站具有基本上重疊的覆蓋范圍?；?10可鏈接到不止一個中繼站群，例如與第二中繼站群445及具有部分重疊的覆蓋范圍的多個中繼站組415:1-5和415:6-9鏈接。下面將進(jìn)一步論述中繼站的組織。
移動臺420與基站410進(jìn)行有效通信。如箭頭所示的信令基本上同時使用多個路徑，具有兩跳的特征，即，經(jīng)多個中繼站415:1-5(和/或經(jīng)充當(dāng)移動中繼的移動臺)。
網(wǎng)絡(luò)400在無線通信系統(tǒng)中用作無線電接入網(wǎng)絡(luò)，并且除所示的實(shí)體或節(jié)點(diǎn)外，還可包括其它節(jié)點(diǎn)，如用于控制例如基站和無線電資源的整體使用的無線電網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)和互連到無線通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。
應(yīng)注意的是，雖然基于中繼的通信用于增強(qiáng)通信，但仍可使用直接的基站410到移動臺420及移動臺420到基站410的通信。實(shí)際上，在基站410與移動臺之間的一些基本的低速率信令優(yōu)選可用于設(shè)置支持中繼的通信信道。例如，當(dāng)中繼到移動臺的信道不是先驗(yàn)已知時，諸如尋呼的蜂窩系統(tǒng)功能一般不可使用中繼，相反，在呼叫建立和類似的過程期間，優(yōu)選使用直接的基站到移動臺的通信。
如背景部分中所述，協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有技術(shù)體系結(jié)構(gòu)和方法一般可導(dǎo)致沖突的情況，然后兩個或更多個移動臺嘗試優(yōu)化其到共享中繼站的通信。另外，可預(yù)計(jì)在移動臺與中繼站和/或在不同中繼站之間有大量的控制信令。本發(fā)明提供一種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和方法，其中，到中繼站415和/或在中繼站之間無需或只需有限的控制信令便可獲得無線電資源的有效使用。反而大部分控制信令只發(fā)生在基站410與移動臺420之間。中繼站415主要且優(yōu)選是通過移動臺420與基站410之間的控制信令來間接控制。因此，來自不同移動臺420的可能沖突的要求可在基站410中、在RNC中或網(wǎng)絡(luò)中的其它位置處理，并且不需要大量的通過空中接口的涉及中繼的控制信令。
在圖5、圖6和圖7中以示意圖方式示出根據(jù)本發(fā)明的邏輯體系結(jié)構(gòu)。在圖5中所示的實(shí)施例體現(xiàn)基站410、中繼415和移動臺420全部配有多根天線的一般情況。圖6和圖7體現(xiàn)中繼415和移動臺420配有單根天線的實(shí)施例。可以想象到其它天線配置及在中繼站和/或移動臺之間的多天線和單天線的混合。根據(jù)本發(fā)明的一般體系結(jié)構(gòu)和基本操作將可容易地適合于各種天線配置及適合于不同的無線電接入方法?；静僮鲗⒅饕谙滦墟溌非闆r中描述，但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的一樣，根據(jù)本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)和方法通過稍微的修改后在上行鏈路通信中同樣適用。
基站發(fā)射器510發(fā)送已在編碼和調(diào)度單元511中處理的數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流優(yōu)選穿過權(quán)矩陣U 512，并隨后通過多個發(fā)射天線513。中繼站415轉(zhuǎn)發(fā)任何收到的信號而不更改中繼發(fā)射參數(shù)，如信道、信號增益系數(shù)和編碼。或者，根據(jù)又一實(shí)施例，中繼可嘗試在轉(zhuǎn)發(fā)收到的信號前將信號解碼或以其它方式改進(jìn)信號保真度。移動臺接收器520接收從多個中繼站415轉(zhuǎn)發(fā)的多個信號530。接收器520一般且優(yōu)選通過多個不同的信道530:1-m接收信號。信道化可以例如在頻率或時間域中。因此，重疊的信道應(yīng)基本上正交。另外，接收器還可通過發(fā)射器信道535從發(fā)射器接收直接的信號。
在圖6所示的例子中，中繼站415:1在信道1(530:1)上轉(zhuǎn)發(fā)由多個移動臺接收器420:1-m接收的信號。中繼站415:k在也由多個移動臺接收器520:1-m接收的信道q(530:q)上轉(zhuǎn)發(fā)。每個移動臺接收器520通過多個信道從多個中繼站415接收信號，這通常是有利的。然而，正如下面將進(jìn)一步論述的一樣，每個移動臺接收器520可能關(guān)聯(lián)到不同的中繼站組415。在圖7的簡化示圖中，移動臺接收器520:1和520:2關(guān)聯(lián)到中繼站415:1-4，并在信道1-4上接收，而移動臺接收器520:3關(guān)聯(lián)到中繼站415:2、5、6、7，并在信道2、5、6和7上接收。
在適合時通過加權(quán)矩陣V 521收到信號后，移動臺接收器520在處理部件522中處理信號。視使用的發(fā)射方法而定，處理可涉及組合、聯(lián)合解碼和復(fù)用解碼的數(shù)據(jù)的任何組合?；谑盏降男盘柕馁|(zhì)量，接收器可發(fā)送反饋到發(fā)射器。分析收到的信號，并且在反饋模塊523中準(zhǔn)備反饋。根據(jù)本發(fā)明，來自移動臺接收器520的邏輯反饋550被發(fā)送到基站發(fā)射器510而不是到中繼站415。
在實(shí)際的通信會話前，且優(yōu)選還在通信會話期間，移動臺420在被稱為軟關(guān)聯(lián)的進(jìn)程中已選擇對應(yīng)于中繼站415的一組中繼信道530。該進(jìn)程將在下面進(jìn)一步描述，它涉及例如中繼信道的質(zhì)量估計(jì)和在移動臺中執(zhí)行的預(yù)期應(yīng)用的帶寬要求分析。包括在移動臺520的接收器520中或與其有關(guān)的RS選擇模塊523處理軟關(guān)聯(lián)進(jìn)程。
發(fā)射器可基于此反饋對包括天線權(quán)、調(diào)制與編碼、發(fā)射功率的各種發(fā)射參數(shù)中的變化作出響應(yīng)。具體而言，發(fā)射器可基于瞬時信道質(zhì)量條件機(jī)會性地決定要發(fā)送數(shù)據(jù)到達(dá)的中繼站415。這樣，有價值的多用戶分集增益可與由中繼提供的益處一起提供。如果發(fā)射器例如由于無數(shù)據(jù)要發(fā)送而未使用(silent)，則發(fā)射器關(guān)聯(lián)的中繼可停止轉(zhuǎn)發(fā)。由發(fā)射器510在包括在發(fā)射器510中的傳輸參數(shù)模塊514中接收和處理邏輯反饋550。來自多個接收器520的關(guān)于一個或更多個中繼站的使用的可能沖突的要求在優(yōu)化模塊515中解決。優(yōu)化的結(jié)果被輸出到傳輸參數(shù)模塊514。應(yīng)注意的是，本發(fā)明不排除例如在中繼站415與移動臺420之間或在不同中繼站415之間存在其它控制信令。然而，本發(fā)明將邏輯反饋550提供為控制機(jī)制的主要部分。
上述根據(jù)本發(fā)明的模塊和部件要被視為基站或移動臺的功能部分，并且它們本身不一定被視為物理對象。模塊和部件優(yōu)選被實(shí)施為軟件代碼工具，以適用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法。術(shù)語“包括”和“連接”在本文中應(yīng)被理解為功能部分之間的鏈路，而不一定是物理連接。應(yīng)理解的是，發(fā)射器520的部分功能、例如優(yōu)化模塊515可包括在無線網(wǎng)絡(luò)的其它節(jié)點(diǎn)中，例如，在RNC中。
在圖8的流程圖中概述根據(jù)本發(fā)明的基本方法。該方法的先決條件是組織中繼站415，使得在相鄰中繼站的信道530之間有充分的重疊，以及重疊的信道基本上正交。該方法包括以下步驟805每個移動臺420通過選擇單獨(dú)的關(guān)聯(lián)中繼站組，實(shí)現(xiàn)到優(yōu)選是多個中繼站的內(nèi)部關(guān)聯(lián)。被稱為軟關(guān)聯(lián)的進(jìn)程在每個移動臺420內(nèi)部執(zhí)行。該關(guān)聯(lián)可例如基于有關(guān)由中繼站發(fā)射的導(dǎo)頻(信標(biāo))的測量，或者在通信會話進(jìn)行時，基于有關(guān)通信信道的測量或質(zhì)量估計(jì)，或通過諸如定位功能的其它方式。注意，這些導(dǎo)頻或者可源于基站，并且只由這些中繼轉(zhuǎn)發(fā)，即，可以表征整個發(fā)射接收器路徑。
810基站410修改到中繼站415的傳輸。基站410為經(jīng)中繼站415到每個移動臺420的傳輸確定傳輸參數(shù)。這些參數(shù)包括但不限于權(quán)、發(fā)射功率和調(diào)制與編碼。優(yōu)選是基站機(jī)會性地決定，即基于瞬時信道質(zhì)量條件和在傳輸時提供的其它最大機(jī)會和條件、要發(fā)送數(shù)據(jù)到達(dá)的中繼站415及要發(fā)送的內(nèi)容。該決定進(jìn)程涉及有關(guān)無線電資源和來自多個移動臺的可能沖突的要求的優(yōu)化。
815基站發(fā)射器510使用在上一步驟(810)中確定的傳輸參數(shù)、可能通過加權(quán)矩陣U 512并隨后通過多根發(fā)射天線513發(fā)送數(shù)據(jù)流。
820中繼站415轉(zhuǎn)發(fā)收到的信號。諸如信道、信號增益系數(shù)和編碼的中繼發(fā)射參數(shù)對在進(jìn)行的會話一般保持不變?；蛘?，中繼可嘗試在轉(zhuǎn)發(fā)收到的信號前將信號解碼或以其它方式改進(jìn)信號保真度。
825移動臺接收器520在適合時通過加權(quán)矩陣V 540接收信號，并處理信號。
830移動臺接收器520為收到的信號確定至少一個質(zhì)量度量。質(zhì)量度量包括但不限于信號噪聲比SNR、誤碼率BER、誤幀率和其組合。
835移動臺接收器520通過邏輯反饋550將軟關(guān)聯(lián)中繼站的選擇和質(zhì)量度量反饋到基站發(fā)射器510。基站發(fā)射器在參數(shù)選擇步驟810中使用質(zhì)量度量。
如果通信在建立中，則進(jìn)程可從軟關(guān)聯(lián)步驟805直接轉(zhuǎn)到反饋步驟835。
優(yōu)選在通信會話期間重復(fù)步驟805-835以適應(yīng)無線電環(huán)境中的變化。
根據(jù)本發(fā)明的邏輯體系結(jié)構(gòu)和方法使降低協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和降低通過空中接口的控制信令量成為可能。在進(jìn)行的通信會話期間需要的控制功能和優(yōu)化主要可能在基站中或另外在像RNC的連接節(jié)點(diǎn)中執(zhí)行。因此，系統(tǒng)可更好地處理來自兩個或更多個移動臺420的沖突要求，并且在中繼站之間的、使用無線電資源的、可能無效的優(yōu)化嘗試的風(fēng)險得以避免。優(yōu)選在基站405修改到中繼站415的傳輸?shù)牟襟E期間執(zhí)行優(yōu)化，并且包括以下子步驟810:1基站在反饋中提供的信息中標(biāo)識來自不同移動臺420的關(guān)于中繼站415的使用的沖突要求。移動臺420具有到相同中繼站的軟關(guān)聯(lián)。
810:2基站例示用于解決沖突要求的優(yōu)化進(jìn)程?？墒褂枚鄠€已知的優(yōu)化方案，例如模擬退火。
810:3在修改到相應(yīng)中繼站415的傳輸時，基站420將優(yōu)化進(jìn)程的結(jié)果考慮在內(nèi)。
如上所述，為便于有限的控制信令與無線電資源的有效使用結(jié)合，已在上面標(biāo)識多個功能或特性并將在下文中更詳盡地描述和舉例說明。這些特性包括但不限于-重疊的覆蓋范圍區(qū)域的中繼組織；-到中繼信道的軟關(guān)聯(lián)；-在中繼的轉(zhuǎn)發(fā)；-接收器到發(fā)射器的邏輯反饋；-在接收器的通信方案和解碼。
重疊的覆蓋范圍區(qū)域的中繼組織根據(jù)本發(fā)明，中繼站415的重疊的覆蓋區(qū)域是有效使用無線電資源的先決條件。如在圖9、圖10和圖11中所示，可以以各種方式實(shí)現(xiàn)重疊的覆蓋范圍。圖9以示意圖方式示出可如何分布中繼及如何組織諸如信道和發(fā)射范圍的中繼資源。中繼站在此處示范為連接到燈柱。可以看到，充分正交的信道的中繼覆蓋范圍是重疊的。還示出，在同一小區(qū)內(nèi)可再使用信道多次，如信道q。當(dāng)然還可在小區(qū)之間在空間上再使用信道。
在圖10和圖11中示出不同的組織原則。在圖10的拓?fù)銩中，中繼站415例如以六邊形模式展開，但每個中繼站的大部分覆蓋范圍至少與其最近鄰站且優(yōu)選是下一最近鄰站相重。在圖11的拓?fù)銪中，中繼站415組成中繼群1105，為屬于一個群1105的各個中繼站415提供幾乎相同的覆蓋范圍。拓?fù)銩與拓?fù)銪相比的優(yōu)點(diǎn)在于由于中繼鄰近的原因，中繼鏈路的質(zhì)量一般將更佳。然而，拓?fù)銪的益處是中繼群可替換為具有相同數(shù)量天線的單個中繼實(shí)體。然后可通過電纜、光纖或甚至短距離無線鏈路連接天線。由于必須要考慮現(xiàn)實(shí)的拓?fù)?、?jīng)濟(jì)等，實(shí)施的網(wǎng)絡(luò)一般可能是拓?fù)銩與拓?fù)銪的混合。
為有效實(shí)施無線網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)選應(yīng)提供中繼站415的自組織。中繼應(yīng)自行組織，使得來自不同中繼的充分正交的信道在空間上重疊。這主要通過選擇信號增益系數(shù)和信道的組合實(shí)現(xiàn)。一種替代選擇是選擇中繼發(fā)射功率。然而，如果選擇發(fā)射功率，則當(dāng)輸入信號弱時必須注意不要散布噪聲，或者只是接受有噪信號被轉(zhuǎn)發(fā)。例如當(dāng)啟動網(wǎng)絡(luò)時、當(dāng)將新節(jié)點(diǎn)插入網(wǎng)絡(luò)時、中繼節(jié)點(diǎn)故障時或者無線電環(huán)境例如由于新建筑而永久性更改時可發(fā)生自組織。然而，發(fā)射器可基于以前與用戶通信的長期統(tǒng)計(jì)，建議中繼執(zhí)行一些操作，如增大信號增益系數(shù)或更改信道。注意，對于此選擇，中繼參數(shù)不會隨在進(jìn)行的會話而更改以適應(yīng)特定的用戶。相反，要將它看成是在基于緩慢時間(slow time)操作的自適應(yīng)小區(qū)規(guī)劃。
對于每個中繼站，覆蓋范圍區(qū)域可被定義為中斷可能性低于預(yù)定閾值的區(qū)域，并且該閾值設(shè)為使得在通信中可實(shí)現(xiàn)合理的頻譜效率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選應(yīng)實(shí)現(xiàn)至少0.1b/Hz/s的頻譜效率?？紤]到覆蓋范圍區(qū)域的定義，當(dāng)兩個中繼站覆蓋是至少具有最小覆蓋范圍的中繼站的有效部分(significant fraction)的共同區(qū)域時，可定義這兩個中繼站的重疊的覆蓋范圍區(qū)域。該有效部分的階(order)優(yōu)選是大于最小小區(qū)覆蓋范圍區(qū)域的10％，并且甚至更好是大于20％。
可以以幾種方式構(gòu)建用于自組織的適合算法。下面將論述兩個主要算法，集中式和分布式中繼參數(shù)組織。
集中式操作在圖12的流程圖中示出基本操作。為簡單起見，假設(shè)是初次啟動中繼系統(tǒng)。首先，啟動中繼，步驟1205，并且每個中繼站415的開始操作是檢測哪些中繼站鄰居可用，步驟1210。當(dāng)進(jìn)行此操作時，可從相鄰中繼站收集路徑損耗信息(和任選還收集位置信息)。在下一步驟1215中，中繼站將收集的數(shù)據(jù)報(bào)告給負(fù)責(zé)一個或更多個基站410的中央實(shí)體。中央實(shí)體然后確定關(guān)于信號增益系數(shù)和信道分配的中繼配置，步驟1220，并且還確定接收并與其關(guān)聯(lián)的基站410。然后，基于確定的參數(shù)更新中繼站，并激活中繼站以開始轉(zhuǎn)發(fā)從基站接收的信號，步驟1225。
因?yàn)榇怂惴榧惺?，如果中繼站的數(shù)量及信道的數(shù)量不是太大，則可執(zhí)行中繼信道的窮舉搜索。否則，可使用集中啟發(fā)式動態(tài)信道分配方案。脫機(jī)計(jì)算可用于集中式情況，因此復(fù)雜性不是主要的障礙。如果新的中繼節(jié)點(diǎn)被引入網(wǎng)絡(luò)，或者中繼節(jié)點(diǎn)有故障，則可確定并然后在中繼中設(shè)置新的中繼配置參數(shù)。因此，中繼鄰站發(fā)現(xiàn)進(jìn)程是可持續(xù)操作的進(jìn)程，即使當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)階段在進(jìn)行時。中繼到中繼的通信優(yōu)選在不干擾用戶數(shù)據(jù)的信道中進(jìn)行。
分布式操作或者可執(zhí)行分布式信道和信號增益系數(shù)分配方案。這將一般不提供與集中式方案一樣好的優(yōu)化解決方案，但具有不需要向任何中央實(shí)體報(bào)告鄰站相關(guān)信息的優(yōu)點(diǎn)?？深A(yù)見許多復(fù)雜程度或高或低的不同算法。分布式操作將通過相當(dāng)簡單的方案例示，這通過圖13的流程圖進(jìn)行說明。在啟動系統(tǒng)、步驟1305后，中繼站在步驟1310中發(fā)現(xiàn)其鄰站(類似于集中式情況)。當(dāng)進(jìn)行此操作時，可估計(jì)中繼之間的路徑損耗。基于路徑損耗和來自發(fā)射器的信號質(zhì)量，確定信號增益系數(shù)，步驟1315?？蓱?yīng)用的一個規(guī)則是應(yīng)達(dá)到至少N個鄰站，但發(fā)射功率上限約束限制中繼的可能數(shù)量。對于朝向基站的傳輸，即蜂窩上行鏈路(UL)，還可隨到選定的基站的鏈路質(zhì)量而設(shè)置信號增益系數(shù)。
在步驟1320中，隨機(jī)選擇試驗(yàn)信道。選定的信道然后被發(fā)送到N個選定的中繼站，步驟1325。類似地，每個中繼站從相鄰中繼接收有關(guān)它們在使用的信道的信息，步驟1330。每個中繼站檢查該組選定的試驗(yàn)信道，并指配對應(yīng)于每個信道的信道重新分配概率。如果中繼站看到特定信道的較高頻率選擇，即相對其它信道而言，則它將使得向此信道指配更高的重新分配概率。然后將重新分配概率(或重新分配概率向量)分發(fā)到鄰站，步驟1340。當(dāng)接收一個或更多個重新分配概率向量時，這引導(dǎo)每個中繼站隨機(jī)放棄舊信道。還可包括優(yōu)選信道概率向量以引導(dǎo)新信道的選擇，從而提高選擇以前無負(fù)荷或負(fù)荷低的信道的概率。此操作繼續(xù)，直至優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)得以滿足，或者諸如迭代次數(shù)的另一定界符超過最大閾值，步驟1335。優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)可以例如是盡力分散信道的使用，使得所有信道得到差不多等同的使用。一個簡單的方法是嘗試使方差(variance)達(dá)到最小，并且如果方差在多次迭代后無重大變化，則停止迭代。
雖然已在此處使用概率方案，但還可使用更具確定性的方案，其中，一個中繼站建議其它中繼站從一個信道移到另一信道。另外，可以以分布式方式聯(lián)合指配發(fā)射功率以及信道。
除上述主要方法外，運(yùn)用本領(lǐng)域已知的許多其它分布式信道分配方法將是可能的，但要帶有所需的附加特性，即覆蓋范圍區(qū)域可在節(jié)點(diǎn)之間重疊。應(yīng)注意的是，如果同一信道由多個中繼使用，并不是特別嚴(yán)重，它只表示在平均的意義上SNR稍微增大。關(guān)于MIMO情況，在接收器進(jìn)行信號處理，并且從接收器角度而言，多個中繼使用相同信道是透明的。然而，從性能角度而言，優(yōu)選在任何給定位置使用盡可能多的可用信道。
到中繼信道的軟關(guān)聯(lián)本發(fā)明的一個特性是具有活動會話的移動臺420執(zhí)行到優(yōu)選是多個中繼信道的軟接收器內(nèi)部關(guān)聯(lián)。當(dāng)移動臺420遍歷具有重疊的中繼信道的區(qū)域時，更新軟關(guān)聯(lián)。包括在圖8流程圖的步驟805中的軟關(guān)聯(lián)可被視為移動臺420選擇在當(dāng)前的移動臺位置和/或無線電環(huán)境適合用于通信的一組中繼站415或中繼信道。如上參照圖8的流程圖所述，最終將使用哪些中繼站415及在特定時刻的使用程度也是在基站410中基于從移動臺到基站的反饋而執(zhí)行的決定的結(jié)果。
移動臺420可使用全部可用信道，或者使用這些可用信道的一部分。這可以是由于硬件限制或功耗考慮因素而引起的。優(yōu)選是移動臺動態(tài)選擇使性能達(dá)到最大的一組中繼信道。具體而言，可隨使用的應(yīng)用而選擇信道，例如，關(guān)于帶寬(BW)和/或服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求。例如在只需要兩個信道便可滿足BW要求時，使用全部可用信道便無意義。相反，其它用戶可使用空閑信道。圖14的流程圖從接收器角度示出此操作，其中，在第一步驟1405中，移動臺420測量中繼信道質(zhì)量，例如，SNR或BER。在第二步驟1410中，移動臺420例如基于當(dāng)前或?qū)淼膽?yīng)用來確定BW要求。移動臺420然后在步驟1415中選擇一組中繼信道，即，實(shí)現(xiàn)到選定的中繼信道的軟關(guān)聯(lián)。與質(zhì)量測量組合或作為一種替代選擇，在選擇進(jìn)程中還可利用其它信息，例如，與中繼站415或中繼站群440相比移動臺位置的信息。在通信會話期間重復(fù)該進(jìn)程以適應(yīng)變化的條件。
移動臺還可在不處于活動會話中時執(zhí)行到中繼站的軟關(guān)聯(lián)，以指示其在小區(qū)或部分小區(qū)中的存在、進(jìn)行尋呼等。然而，如果不處于活動會話中，或者在建立此類會話的進(jìn)程中，則無需報(bào)告信道質(zhì)量度量。在活動會話進(jìn)行前，基站也不應(yīng)執(zhí)行任何優(yōu)化。當(dāng)移動臺不處于活動會話中時，與移動臺然后處于活動會話中相比，優(yōu)選應(yīng)不太頻繁地執(zhí)行軟關(guān)聯(lián)進(jìn)程。
在中繼的轉(zhuǎn)發(fā)中繼轉(zhuǎn)發(fā)從發(fā)射器接收的任何信號。包括中繼站的網(wǎng)絡(luò)可使用用于轉(zhuǎn)發(fā)收到的信號的最低所需SNR的閾值標(biāo)準(zhǔn)。這樣，可緩和有噪信號的轉(zhuǎn)發(fā)。
發(fā)射器還可發(fā)出無數(shù)據(jù)要發(fā)送的信號，由此從中繼的轉(zhuǎn)發(fā)停止，直至數(shù)據(jù)被重新發(fā)射。
中繼站還可結(jié)合各種已知的編碼方法。例如，可延遲信號隨機(jī)短的時間，足以引發(fā)人工頻率選擇性；(這被稱為延遲分集)。另一個選擇是使用空時編碼方案，如Alamouti分集。此處，我們假定中繼接收被稱為A部分和B部分的兩個數(shù)據(jù)單元，在這些數(shù)據(jù)單元上執(zhí)行Alamouti發(fā)射分集編碼。開始時，在Alamouti分集中，中繼承擔(dān)一根天線的作用。如果它承擔(dān)天線1的作用，則它發(fā)射A部分和B部分的共軛形式。相反，如果中繼承擔(dān)天線2的作用，則它先發(fā)射B部分，然后發(fā)射A部分的否定和共軛形式。還可運(yùn)用其它類型的空時編碼方法。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，在轉(zhuǎn)發(fā)時使用的任何參數(shù)與當(dāng)前在使用由中繼轉(zhuǎn)發(fā)的信號的用戶無關(guān)。
接收器到發(fā)射器反饋如上所述，一個或更多個移動臺420可將信息反饋到基站410的發(fā)射器，由此發(fā)射器可修改其發(fā)射參數(shù)。
視傳輸技術(shù)和鏈路控制機(jī)制所處位置而定，反饋信息可以具有不同的類型。如果接收器具有鏈路控制的重要部分，則移動臺420可決定用于發(fā)射器的鏈路模式，包括編碼和調(diào)制方案。移動臺420還可決定發(fā)射器應(yīng)使用的發(fā)射權(quán)。發(fā)射權(quán)對MIMO情況特別有用，但還可在波束成形環(huán)境中使用?；蛘撸苿优_420可將原信道狀態(tài)信息(如復(fù)信道增益、噪聲電平或統(tǒng)計(jì)、信號噪聲比SNR或載波干擾比CIR)轉(zhuǎn)發(fā)到基站發(fā)射器510，并且發(fā)射器確定要使用的發(fā)射參數(shù)(鏈路模式、發(fā)射權(quán)、發(fā)射功率等)。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的一樣，可在反饋中使用不同的表示，范圍包括實(shí)際的測量值到更簡潔的質(zhì)量分類名稱。
如果多個移動臺同時反饋信息以控制通信鏈路，則基站發(fā)射器510可決定將業(yè)務(wù)調(diào)度到瞬時“最佳”接收器，或者如果在發(fā)射器多個天線可用，則決定同時發(fā)送到多個接收器。具體而言，發(fā)射器可以機(jī)會性方式對用戶特定的衰落信道波動或干擾波動作出響應(yīng)。在此環(huán)境下，優(yōu)選從多個接收器發(fā)送回信道質(zhì)量，因此發(fā)射器可進(jìn)行中央優(yōu)化。
原則上，可響應(yīng)來自移動臺420的反饋，對影響來自基站410的傳輸?shù)乃袇?shù)進(jìn)行調(diào)整。然而，必須小心以免造成不必要的影響。例如，雖然原則上可調(diào)整基站發(fā)射功率，但優(yōu)選是它不應(yīng)是要調(diào)整的主參數(shù)，因?yàn)檫@會導(dǎo)致中繼覆蓋范圍半徑產(chǎn)生波動。實(shí)際上，一般是在以下假設(shè)條件下設(shè)置中繼站415的信號增益系數(shù)，即假設(shè)基站使用相當(dāng)固定的發(fā)射功率電平，并且中繼功率將受其最大發(fā)射功率電平限制。然而，偶爾可調(diào)整發(fā)射功率以管理例如在發(fā)射基站與接收移動臺之間使用的任何直接鏈路。
為測量信道質(zhì)量，存在不同的可能性。在一個實(shí)施例中，在由基站410發(fā)送并且由中繼站415轉(zhuǎn)發(fā)的一個或更多個導(dǎo)頻上測量信道質(zhì)量，因此，可估計(jì)基站到移動臺的完整路徑質(zhì)量。如果基站配有多根天線，則多個導(dǎo)頻可用于在基站配有多根天線時分隔不同的天線層。因此，從移動臺測量和反饋的信道質(zhì)量的報(bào)告對應(yīng)于導(dǎo)頻。在另一簡化實(shí)施例中，在從中繼發(fā)送的一個或更多個導(dǎo)頻上測量信道質(zhì)量，可能還包括來自每個中繼的有關(guān)基站到中繼站的鏈路的質(zhì)量的指示。
根據(jù)本發(fā)明的一個替代實(shí)施例，移動臺420的接收器在步驟835中將優(yōu)選參數(shù)而不是原信道數(shù)據(jù)反饋到基站410。優(yōu)選參數(shù)包括但不限于鏈路模式、編碼方案、調(diào)制方案和天線發(fā)射權(quán)。優(yōu)選參數(shù)反映每個單獨(dú)移動臺420的最優(yōu)值。然而，如在基站的優(yōu)化步驟810:2中所述，在例如檢測到來自不同移動臺的沖突要求時，基站可基于有關(guān)參數(shù)的非優(yōu)選值進(jìn)行決定。
通信方案和解碼在根據(jù)本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)和方法中可采用幾個信號處理方案。例如，具有多根天線的基站410可在下行鏈路中使用到移動臺的基于MIMO的通信。MIMO的益處在于除提供分集外，它還可以進(jìn)行調(diào)整以提供空間復(fù)用，這又產(chǎn)生了很高的頻譜效率?；蛘?，當(dāng)基站410只運(yùn)用一根天線時，到移動臺420的通信退化到有效的SIMO(單輸入多輸出)信道。即便如此，移動臺420的接收器可通過最大比率組合(MRC)或干擾抑制組合(IRC)而組合收到的信號。如果中繼站在轉(zhuǎn)發(fā)的信號上實(shí)施某個空時編碼(STC)方法(如Alamouti發(fā)射分集)，則接收器在解碼時需要考慮這方面。通過延遲分集，接收器只看到“額外”的頻率選擇信道。
MIMO解碼基于MIMO的通信是有利地結(jié)合本發(fā)明使用的通信方案的例子。在使用根據(jù)本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)和方法的MIMO實(shí)施中，基站410的發(fā)射器通過信道矩陣H發(fā)送向量T，其中，每行對應(yīng)于使用相同轉(zhuǎn)發(fā)中繼信道的一個或更多個中繼站415，并且有與信道矩陣中行數(shù)一樣多的轉(zhuǎn)發(fā)中繼信道。每個中繼站415添加噪聲，在此處這對應(yīng)于噪聲向量N。每個中繼站415隨后將有用的信號(即信號向量T的疊加)與其預(yù)定的信號增益系數(shù)相乘?；蛘撸欣^站確保包括信號功率和噪聲功率的總輸出功率不超過在特定中繼站設(shè)置的最大功率電平。然后由于中繼站與接收器之間的路徑損耗而使發(fā)射的信號衰減。信號增益系數(shù)和衰減可被組合到對角矩陣A中。接收器又將噪聲向量W添加到在從中繼接收的信號。通信鏈路現(xiàn)在可建模為R＝A·(H·T+N)+W方程式1如果利用基站410與移動臺420之間的直接鏈路，則這也可直接并入上述矩陣表述中。
可對角化以上方程式系統(tǒng)，例如，通過在矩陣A·H上使用奇異值分解MIMO方案，該方案類似于傳統(tǒng)的基于MIMO通信中已知的方案。然而，本發(fā)明中的矩陣表述不同于傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)線性方程式系統(tǒng)表述，它具有R＝H·T+W的形式。對于具有基于SVD的MIMO的本發(fā)明，它表示發(fā)射器將應(yīng)用單式權(quán)矩陣U，并且接收器乘以單式權(quán)矩陣V的厄密共軛。對角化允許接收器直接接收多個并行的基本上無自干擾的MIMO子信道。
對于如圖5中所示具有多根天線的移動臺，可使用各種形式的組合和解碼方案，包括諸如MMSE和單用戶檢測(SUD)、多用戶檢測(MUD，例如，以連續(xù)干擾消除或并行干擾消除為例)的眾所周知的方法。
在大部分上述實(shí)施例中，中繼站415被設(shè)想為配有全向天線。然而，使用可指向選定的基站的定向天線可能有益。假定使用定向天線，則本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，這可以以許多方式實(shí)施，包括固定波束成形或自適應(yīng)天線。對于自適應(yīng)天線情況，通過只設(shè)置其接收天線權(quán)以使載波干擾比達(dá)到最大，優(yōu)選還抑制不期望的干擾，可由中繼站為來自基站的下行鏈路實(shí)現(xiàn)波束成形。
中繼站也可有利地提供有多根天線。這種情況下，可使用各種形式的組合和解碼方案，包括諸如MMSE和單用戶檢測(SUD)、多用戶檢測(MUD)(以連續(xù)干擾消除或并行干擾消除為例)的任何眾所周知的方法。目的是可在轉(zhuǎn)發(fā)信號前在中繼中提高信號質(zhì)量。
中繼信道的一種替代實(shí)施例是使用由未經(jīng)許可的頻帶提供的大帶寬。當(dāng)考慮MIMO情況時這特別有益，其中，從中繼到接收器的第二鏈路可使用比第一鏈路上大得多的BW。
為增強(qiáng)由基站410提供的容量，基站(或BS站點(diǎn))可支持多個扇區(qū)。每個扇區(qū)然后將根據(jù)本發(fā)明使用不同中繼。
本發(fā)明并不限于任何特殊的調(diào)制方案?？墒褂猛ǔ２捎玫恼{(diào)制，如為3GPP指定的那些調(diào)制。還可使用多載波調(diào)制方案，如正交頻分多址(OFDM)。
為清晰起見，在下行鏈路情況中描述和舉例說明了本發(fā)明。本發(fā)明的方法和邏輯體系結(jié)構(gòu)可以以類似于下行鏈路的方式，同樣很好地用于上行鏈路(UL)傳輸。在上行鏈路中，中繼站415優(yōu)選應(yīng)只在SNR超過最小閾值電平時發(fā)送，否則它們將發(fā)送具有低SNR的信號。此外，與DL相比，設(shè)置不同的用于UL操作的中繼站功率；它的設(shè)置使得傳輸以所需的信號質(zhì)量到達(dá)預(yù)期的接收器，即，基站410，優(yōu)選將在接收器的干擾和噪聲特征考慮在內(nèi)。在UL情況下，中繼覆蓋范圍重疊與傳輸無關(guān)，而是與來自移動臺側(cè)的接收有關(guān)。信道分配優(yōu)選可以與用于傳輸?shù)姆峙湎嗤?，并且通過參照圖14所述的算法進(jìn)行確定。發(fā)射移動臺420還可在不同信道上調(diào)用不同的發(fā)射功率。這可通過基于鏈路質(zhì)量提供來自基站410(即現(xiàn)在的接收器)的反饋而進(jìn)行控制。在圖15中示出使用具有單根天線的移動臺420(現(xiàn)在的發(fā)射器)并通過不同中繼信道發(fā)送的情況。此外，可運(yùn)用在發(fā)射移動臺和中繼具有多根天線的更復(fù)雜情況，類似于參照圖5進(jìn)行的說明。另外，類似于圖6，多個移動臺發(fā)射器發(fā)送數(shù)據(jù)到單個基站在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的。
在附圖和說明書中，公開了本發(fā)明的典型優(yōu)選實(shí)施例，并且雖然采用了特定的術(shù)語，但只是在一般性和描述性的意義上使用它們，并不是要進(jìn)行限制，本發(fā)明的范圍在隨附權(quán)利要求書中陳述。
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1.一種在兩跳無線通信網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行通信的方法，其中，基站(410)、至少一個移動臺(420)和多個中繼站(415)參與通信會話或建立通信會話的進(jìn)程，并且其中，所述中繼站(415)將信號從所述基站(410)轉(zhuǎn)發(fā)到所述至少一個移動臺(420)，其特征在于所述方法包括以下步驟-所述至少一個移動臺(420)通過在內(nèi)部從具有至少部分重疊的覆蓋范圍的多個中繼站(415)選擇(805)一組中繼信道，建立到多個中繼站(415)的軟關(guān)聯(lián)，所述關(guān)聯(lián)到中繼站(415)的一組中繼信道是在所述通信會話中使用的候選者。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述選擇(805)步驟包括以下子步驟-所述移動臺(420)測量(1405)所述具有至少部分重疊的覆蓋范圍的多個中繼站(415)的中繼信道質(zhì)量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述測量(1405)步驟中，所述移動臺在由所述至少一個中繼站(415)發(fā)送的導(dǎo)頻上測量。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述測量(1405)步驟中，所述移動臺在由所述基站(410)發(fā)送并由所述至少一個中繼站(415)轉(zhuǎn)發(fā)的導(dǎo)頻上測量。
5.如權(quán)利要求2-4中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述選擇(805)步驟包括又一子步驟-所述移動臺420基于在所述移動臺中執(zhí)行的當(dāng)前應(yīng)用或預(yù)期的將來應(yīng)用確定(1410)帶寬要求；以及所述選擇是基于所述中繼信道質(zhì)量測量和所述帶寬要求。
6.如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述選擇(805)步驟在所述通信會話期間重復(fù)以適應(yīng)無線電環(huán)境中變化的條件。
7.如權(quán)利要求1到6中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法包括以下其它步驟-在建立所述通信會話時或在所述通信會話期間，至少一個移動臺(420)將有關(guān)一組軟關(guān)聯(lián)的中繼站(415)的信息反饋(835)到所述基站(410)；以及-至少部分響應(yīng)所述反饋，所述基站(410)修改(810)到所述移動臺(420)與其有軟關(guān)聯(lián)的中繼站(415)的傳輸。
8.如權(quán)利要求1到7中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法包括以下其它步驟-在所述通信會話期間，至少一個移動臺(420)將有關(guān)通信質(zhì)量的信息反饋(835)到所述基站(410)；以及-響應(yīng)從所述至少一個移動臺反饋的通信質(zhì)量，所述基站(410)還修改(810)到所述移動臺(420)與其有軟關(guān)聯(lián)的中繼站(415)中的至少一個的傳輸。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述基站修改(810)所述傳輸?shù)乃霾襟E包括要由所述基站(410)執(zhí)行的其它子步驟-從所述反饋中標(biāo)識(810:1)來自至少兩個移動臺(420)的關(guān)于至少一個中繼站(415)的使用的沖突要求，所述兩個移動臺(420)具有到相同的至少一個中繼站(415)的軟關(guān)聯(lián)；-啟動優(yōu)化進(jìn)程(810:2)以解決所述沖突要求；-修改(810:2)至少到所述兩個移動臺具有到其的軟關(guān)聯(lián)的中繼站的傳輸，將所述優(yōu)化進(jìn)程的結(jié)果考慮在內(nèi)(810:3)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中所述反饋(805)步驟包括所述移動臺將原信道狀態(tài)信息反饋到所述基站(410)。
11.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中所述反饋(805)步驟包括所述移動臺將已處理的信道狀態(tài)信息反饋到所述基站(410)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述反饋(805)步驟包括所述移動臺將以下任何優(yōu)選參數(shù)或其任何組合反饋到所述基站(410)鏈路模式、編碼方案、調(diào)制方案和天線發(fā)射權(quán)。
13.如權(quán)利要求1到12中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法包括在所述發(fā)射器(520)與所述中繼站(415)之間的基于MIMO的通信。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中基站(410)的發(fā)射器通過信道矩陣H發(fā)送向量T，其中，所述矩陣H的每行對應(yīng)于使用相同轉(zhuǎn)發(fā)中繼信道的一個或更多個中繼站(415)，并且所述矩陣H包括與中繼轉(zhuǎn)發(fā)信道數(shù)一樣多的行。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中基站(410)的發(fā)射器通過信道矩陣H發(fā)送向量T，其中，所述矩陣H的每行對應(yīng)于使用相同轉(zhuǎn)發(fā)中繼信道的一個或更多個中繼站(415)，并且有至少兩個轉(zhuǎn)發(fā)中繼信道。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述基站(410)的發(fā)射器使用所述信道矩陣H的奇異值分解(SVD)，并將單式權(quán)矩陣(U)應(yīng)用到輸出的信號以通過使用單式權(quán)矩陣(V)的厄密共軛促進(jìn)對角化。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中使用奇異值分解(SVD)，并且所述方法包括以下步驟-基站(410)的發(fā)射器通過信道矩陣H發(fā)送向量T，其中每行對應(yīng)于使用相同中繼信道的一個或更多個中繼站(415)，并且有與所述信道矩陣中的行數(shù)一樣多的中繼信道，以及將單式權(quán)矩陣(U)應(yīng)用到輸出的信號；-所述接收器通過將收到的信號乘以單式權(quán)矩陣V的厄密共軛而執(zhí)行對角化，由此所述接收器能夠直接接收多個并行的基本上無自干擾的MIMO子信道。
18.如權(quán)利要求1到17中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述執(zhí)行通信的方法的前面是組織中繼站(415)的進(jìn)程，以使至少兩個相鄰中繼站(415)的信道基本上正交，并且所述至少兩個相鄰中繼站的覆蓋范圍被安排為充分重疊。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述兩個相鄰中繼站之間的重疊大于顯現(xiàn)最小覆蓋范圍區(qū)域的中繼站的覆蓋范圍區(qū)域的10％。
20.一種適用于在兩跳無線通信網(wǎng)絡(luò)中通信的系統(tǒng)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)至少包括基站(410)、至少一個移動臺(420)和多個中繼站(415)，其中，所述中繼站(415)適用于將信號從所述基站(410)轉(zhuǎn)發(fā)到所述移動臺(420)，其特征在于-組織所述多個中繼站(415)的至少一部分，以使至少兩個相鄰中繼站(415)具有充分重疊的覆蓋范圍，并且所述具有重疊的覆蓋范圍的中繼站(415)的信道基本上正交；以及在于-至少一個移動臺(420:1)被安排為從所述具有至少部分重疊的覆蓋范圍的中繼站(415)選擇一組中繼站(420)，由此建立到多個中繼站(415)的軟關(guān)聯(lián)，所述多個中繼站是在所述基站(405)與所述移動臺(420)之間通信中使用的候選者。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中多個移動臺(420)被安排為從所述具有至少部分重疊的覆蓋范圍的一部分中繼站(415)中選擇單獨(dú)的中繼站組。
22.如權(quán)利要求20或21所述的系統(tǒng)，其特征還在于在通信會話期間在所述中繼站(415)執(zhí)行的轉(zhuǎn)發(fā)不一定直接取決于在所述移動臺(420)與所述中繼站(415)之間的控制信令。
23.如權(quán)利要求20到22中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征還在于在所述移動臺(420)與所述基站(410)之間的邏輯反饋(550)，其中，所述邏輯反饋承載可由所述基站(410)用于為到所述中繼站(415)的傳輸修改發(fā)射參數(shù)的信息。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述邏輯反饋承載有關(guān)每個移動臺(420)的一組軟關(guān)聯(lián)的中繼站(415)的信息。
25.一種適合在兩跳無線通信網(wǎng)絡(luò)中使用的接收器(520)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)包括發(fā)射器(510)、所述接收器(520)和至少一個中繼站(415)，其中，所述中繼站(315)適用于將信號從所述發(fā)射器(510)轉(zhuǎn)發(fā)到所述接收器(520)，其特征在于所述接收器(520)提供有-適用于從具有充分重疊的覆蓋范圍的多個中繼站(415)選擇一組中繼站(425)的選擇工具(524)，所述選擇工具被安排為將所述選擇基于中繼信道質(zhì)量；-適用于將有關(guān)選定的中繼的信息反饋到所述發(fā)射器(510)的反饋工具(523)。
26.如權(quán)利要求25所述的接收器，其中所述反饋工具包括用于將每個中繼信道的原信道狀態(tài)信息反饋到所述發(fā)射器(510)的工具。
27.如權(quán)利要求25所述的接收器，其中所述反饋工具包括用于將每個中繼信道的已處理的信道狀態(tài)信息反饋到所述發(fā)射器(510)的工具。
28.一種適合在兩跳無線通信網(wǎng)絡(luò)中使用的基站(410)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)包括基站(410)、至少一個移動臺(420)和至少一個中繼站(415)，其中，所述中繼站(315)適用于將信號從所述基站(410)轉(zhuǎn)發(fā)到所述移動臺(420)，所述基站(420)包括用于從所述移動臺接收有關(guān)到所述移動臺的傳輸?shù)姆答伒墓ぞ?，其特征在于所述基?420)提供有-優(yōu)化工具(515)，適用于標(biāo)識來自至少兩個移動臺(420)的關(guān)于至少一個中繼站(415)的使用的沖突要求，所述兩個移動臺(420)具有到相同的至少一個中繼站(415)的軟關(guān)聯(lián)，并適用于執(zhí)行優(yōu)化進(jìn)程以解決所述沖突要求；-傳輸參數(shù)修改工具(514)，適用于確定至少到所述兩個移動臺具有到其的軟關(guān)聯(lián)的中繼站的傳輸?shù)膫鬏攨?shù)，將所述優(yōu)化進(jìn)程的結(jié)果考慮在內(nèi)。
29.如權(quán)利要求28所述的基站(410)，其中所述基站(410)的發(fā)射器適用于執(zhí)行基于MIMO的通信，并且通過信道矩陣H發(fā)送向量T，其中，所述矩陣H的每行對應(yīng)于使用相同中繼信道的一個或更多個中繼站(415)，并且有與所述矩陣中的行數(shù)一樣多的中繼信道。
30.如權(quán)利要求29所述的基站(410)，其中所述基站(410)的發(fā)射器適用于使用奇異值分解(SVD)，并將單式權(quán)矩陣(U)應(yīng)用到輸出的信號以通過使用單式權(quán)矩陣(V)的厄密共軛促進(jìn)對角化。
全文摘要
本發(fā)明涉及支持中繼以增強(qiáng)通信性能的無線通信。在根據(jù)本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)中，相鄰中繼站被安排為具有充分重疊的覆蓋范圍。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，移動臺實(shí)現(xiàn)到中繼站的軟關(guān)聯(lián)。移動臺將中繼站的選擇和信道質(zhì)量度量反饋到基站?；净诿總€移動臺報(bào)告的軟關(guān)聯(lián)和信道質(zhì)量度量，修改到中繼站的傳輸。這樣，到中繼站的和來自中繼站的控制信令可以非常有限。
文檔編號H04B7/14GK1902868SQ200480039306
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者P·拉松 申請人:艾利森電話股份有限公司