專利名稱：一種蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的下行自適應(yīng)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的下行自適應(yīng)傳輸方法，屬于移動通信技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
隨著通信業(yè)務(wù)的發(fā)展以及人們需求的增長，未來的無線通信系統(tǒng)需要支持高速 率、大容量。目前的蜂窩通信系統(tǒng)存在若干問題，小區(qū)間干擾(Inter-cell interference, 以下簡稱ICI)是其中較為嚴(yán)重的一個。尤其是位于小區(qū)邊緣的用戶容易受到相鄰小區(qū)的 干擾，于是小區(qū)邊緣用戶的性能很差，這成為了制約系統(tǒng)整體性能的瓶頸。中繼傳輸(Relaying)是指基站和用戶之間通過中繼節(jié)點采用多跳通信進(jìn)行接力 傳輸?shù)囊环N技術(shù)。對于工作在高頻段(意味著高的路徑損耗和穿透損耗)的下一代無線通 信系統(tǒng)，一方面中繼的引入能夠擴大系統(tǒng)的覆蓋范圍。另一方面，如果將中繼放置在原有小 區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)(往往置于小區(qū)邊緣)，還可以提高系統(tǒng)容量，尤其是小區(qū)邊緣用戶的頻譜 效率。實際系統(tǒng)中的中繼傳輸常采用半雙工的工作模式，即上下行傳輸都分成兩個時隙 來完成。已有的一種傳統(tǒng)的傳輸方案是兩跳傳輸(Two Hop，以下簡稱TH)，即在第一個時隙 基站(Base Station，以下簡稱BS)發(fā)送信號給中繼節(jié)點(Relay Node，以下簡稱RN)，這條 通信鏈路為BR鏈路，此階段用戶(User Equipment，以下簡稱UE)不工作；中繼將接收到的 信號解碼后在第二個時隙將信息轉(zhuǎn)發(fā)給UE,此階段BS不工作，為RU鏈路。TH方案在兩個 時隙中總有一個節(jié)點不參與傳輸，因此沒有完全地利用BS-RN-UE三節(jié)點模型的全部信道 資源。TH方案實現(xiàn)簡單，但是其性能受限于較差的那一跳鏈路的容量，當(dāng)BR或RU其中任 意的一條通信鏈路受到無線信道的隨機深衰落或是較強的干擾時TH方案性能不佳。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的下行自適應(yīng)傳輸方法，基于信息量 合并(Information Amount Combining，以下簡禾爾 IAC)禾口會邑量合并(Energy Combining， 以下簡稱EC)原則提出了兩種下行協(xié)作傳輸方案，并將它們與直接傳輸(Direct Transmission, DT)方案作比較，綜合考慮性能增益與資源開銷后選擇最合適的傳輸模式。本發(fā)明提出的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的下行自適應(yīng)傳輸方法，包括以下步驟(1)在蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的基站和中繼節(jié)點各設(shè)置多根天線；(2)蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的基站獲取三條下行鏈路的信道信息，具體過程如下(2-1)若蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的通信采用頻分雙工通信方式，蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié) 點和用戶分別接收來自于蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的基站發(fā)送的下行導(dǎo)頻信號，并根據(jù)該導(dǎo)頻信號 估計出基站到中繼節(jié)點之間的通信鏈路BR和基站到用戶之間的通信鏈路BU的下行信道信 息，再通過上行信道將該下行信道信息反饋至基站；蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的用戶接收來自于蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點發(fā)送的下行導(dǎo)頻信號，并根據(jù)該導(dǎo)頻信號估計出中繼節(jié)點到用戶 之間的通信鏈路RU的下行信道信息，再通過上行信道將該下行信道信息反饋至基站和中 繼節(jié)點；(2-2)若蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的通信采用時分雙工通信方式，蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的用戶向 蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的基站和中繼節(jié)點發(fā)送上行導(dǎo)頻信號，同時蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點向 基站發(fā)送上行導(dǎo)頻信號，基站根據(jù)時分雙工系統(tǒng)的信道互易性估計出基站到中繼節(jié)點之間 的通信鏈路BR和基站到用戶之間的通信鏈路BU的下行信道信息，中繼節(jié)點根據(jù)時分雙工 系統(tǒng)的信道互易性估計出中繼節(jié)點到用戶之間的通信鏈路RU的下行信道信息，中繼節(jié)點 通過上行信道將鏈路RU的信道信息反饋給基站；(3)基站根據(jù)上述信道信息，分別估計蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用三種不同信號傳輸方式 時的通信容量，具體過程如下(3-1)若蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用基于信息量合并的中繼傳輸方案，基站根據(jù)上述鏈路 BR和BU的下行信道信息分別估計出第一時隙的鏈路BR的信干噪比SINR^和鏈路BU的信 干噪比SINR/U，其中i = 1、2、. . .、L1, j = 1、2、. . .、L2, L1和L2分別為鏈路BR和鏈路BU 實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的數(shù)目，L1和L2的和小于或等于基站的發(fā)射天線數(shù)。中繼節(jié)點根據(jù)上述
鏈路RU的下行信道信息估計出第二時隙的鏈路RU的信干噪比SINRi,其中i = 1、2.....
N，N為鏈路RU傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)流的數(shù)目，等于中繼節(jié)點和用戶的天線數(shù)量中較小的數(shù)。利用香農(nóng)信息量公式，計算得到鏈路BR的實際通信量Rbk和鏈路BU的實際通信量 RBU=E^1 loSaCl + ^,βΛ), Rbu =^Jog2H+ SINR；")同樣地，再計算出第二時隙的鏈路RU的通信容量Cru = Yj: Iog2 (1 + SINC )根據(jù)上述第一時隙的通信量Rbk和Rbu，以及第二時隙的通信容量Cku，計算得到蜂 窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用基于信息量合并的中繼傳輸方案時的通信容量C1為C1 = t2CEU
η BR ρ BU式中= Κ 二。它由以下兩個約束條件計算得到A1Rbk = t2CEU > 0，t2 >
R + C
0，ti+t2 = 1。ti為第一時隙的傳輸時間，t2是第二時隙的傳輸時間。(3-2)若蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用基于能量合并的中繼傳輸方案，基站根據(jù)上述鏈路BR
的下行信道信息估計出第一時隙下鏈路BR的信干噪比SINRf，其中i = 1、2.....M，M為
鏈路BR傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)流的數(shù)目，等于基站和中繼節(jié)點天線數(shù)目的較小的數(shù)，再根據(jù)上述 鏈路BU的下行信道信息和鏈路BU的信干噪比SZiV/^"；中繼節(jié)點根據(jù)上述鏈路RU的下行信
道信息估計出第二時隙的鏈路RU的信干噪比^/層嚴(yán)，其中j = 1、2.....N, N為鏈路RU傳
輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)流的數(shù)目，等于中繼節(jié)點和用戶的天線數(shù)量中較小的數(shù)。再利用香農(nóng)信息量 公式，分別計算第一時隙的鏈路BR的通信容量CB" =Yj^ Iog2 (1 + SINR^r )以及第二時隙的通信容量為
權(quán)利要求
一種蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的下行自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)在蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的基站和中繼節(jié)點各設(shè)置多根天線；(2)蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的基站獲取三條下行鏈路的信道信息，具體過程如下(2 1)若蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的通信采用頻分雙工通信方式，蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點和用戶分別接收來自于蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的基站發(fā)送的下行導(dǎo)頻信號，并根據(jù)該導(dǎo)頻信號估計出基站到中繼節(jié)點之間的通信鏈路BR和基站到用戶之間的通信鏈路BU的下行信道信息，再通過上行信道將該下行信道信息反饋至基站；蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的用戶接收來自于蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點發(fā)送的下行導(dǎo)頻信號，并根據(jù)該導(dǎo)頻信號估計出中繼節(jié)點到用戶之間的通信鏈路RU的下行信道信息，再通過上行信道將該下行信道信息反饋至基站和中繼節(jié)點；(2 2)若蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的通信采用時分雙工通信方式，蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的用戶向蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的基站和中繼節(jié)點發(fā)送上行導(dǎo)頻信號，同時蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點向基站發(fā)送上行導(dǎo)頻信號，基站根據(jù)時分雙工系統(tǒng)的信道互易性估計出基站到中繼節(jié)點之間的通信鏈路BR和基站到用戶之間的通信鏈路BU的下行信道信息，中繼節(jié)點根據(jù)時分雙工系統(tǒng)的信道互易性估計出中繼節(jié)點到用戶之間的通信鏈路RU的下行信道信息，中繼節(jié)點通過上行信道將鏈路RU的信道信息反饋給基站；(3)基站根據(jù)上述信道信息，分別估計蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用三種不同信號傳輸方式時的通信容量，具體過程如下(3 1)若蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用基于信息量合并的中繼傳輸方案，基站根據(jù)上述鏈路BR和BU的下行信道信息分別估計出第一時隙的鏈路BR的信干噪比SINRiBR和鏈路BU的信干噪比SINRjBU，其中i＝1、2、...、L1，j＝1、2、...、L2，L1和L2分別為鏈路BR和鏈路BU實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的數(shù)目，L1和L2的和小于或等于基站的發(fā)射天線數(shù)；中繼節(jié)點根據(jù)上述鏈路RU的下行信道信息估計出第二時隙的鏈路RU的信干噪比其中i＝1、2、...、N，N為鏈路RU傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)流的數(shù)目，等于中繼節(jié)點和用戶的天線數(shù)量中較小的數(shù)；利用香農(nóng)信息量公式，計算得到鏈路BR的實際通信量RBR和鏈路BU的實際通信量RBU <mrow><msup> <mi>R</mi> <mi>BR</mi></msup><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <msub><mi>L</mi><mn>1</mn> </msub></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msup><msub> <mi>SINR</mi> <mi>i</mi></msub><mi>BR</mi> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow> <mrow><msup> <mi>R</mi> <mi>BU</mi></msup><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <msub><mi>L</mi><mn>2</mn> </msub></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msup><msub> <mi>SINR</mi> <mi>j</mi></msub><mi>BU</mi> </msup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>同樣地，再計算出第二時隙的鏈路RU的通信容量 <mrow><msup> <mi>C</mi> <mi>RU</mi></msup><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msubsup><mi>SINR</mi><mi>i</mi><mi>RU</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>根據(jù)上述第一時隙的通信量RBR和RBU，以及第二時隙的通信容量CRU，計算得到蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用基于信息量合并的中繼傳輸方案時的通信容量CI為CI＝t2CRU式中它由以下兩個約束條件計算得到t1RBR＝t2CRU；t1＞0，t2＞0，t1+t2＝1，t1為第一時隙的傳輸時間，t2是第二時隙的傳輸時間；(3 2)若蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用基于能量合并的中繼傳輸方案，基站根據(jù)上述鏈路BR的下行信道信息估計出第一時隙下鏈路BR的信干噪比SINRiBR，其中i＝1、2、...、M，M為鏈路BR傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)流的數(shù)目，等于基站和中繼節(jié)點天線數(shù)目的較小的數(shù)，再根據(jù)上述鏈路BU的下行信道信息和鏈路BU的信干噪比中繼節(jié)點根據(jù)上述鏈路RU的下行信道信息估計出第二時隙的鏈路RU的信干噪比其中j＝1、2、...、N，N為鏈路RU傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)流的數(shù)目，等于中繼節(jié)點和用戶的天線數(shù)量中較小的數(shù)，再利用香農(nóng)信息量公式，分別計算第一時隙的鏈路BR的通信容量 <mrow><msup> <mi>C</mi> <mi>BR</mi></msup><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msubsup><mi>SINR</mi><mi>i</mi><mi>BR</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>以及第二時隙的通信容量為 <mrow><mover> <msup><mi>C</mi><mi>RU</mi> </msup> <mo>‾</mo></mover><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mover><msup> <msub><mi>SINR</mi><mi>j</mi> </msub> <mi>BU</mi></msup><mo>‾</mo> </mover> <mo>+</mo> <msubsup><mi>SINR</mi><mi>j</mi><mi>RU</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中SINR(MCSx)表示蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)信號采用的調(diào)制編碼方式為MCSx時的正確解調(diào)所需的信干噪比；根據(jù)第一時隙的通信容量和第二時隙的通信容量，計算得到蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用基于能量合并的中繼傳輸方案時的通信容量CE為其中，它由以下兩個約束條件計算得到t1＞0，t2＞0，t1+t2＝1；(3 3)若蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用直接傳輸方案，基站根據(jù)上述鏈路BU的下行信道信息估計出鏈路BU的接收端信干噪比其中i＝1、2、...、L，L為鏈路BU傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)流的數(shù)目，等于基站和中繼節(jié)點的天線數(shù)量中較小的數(shù)，并利用香農(nóng)信息量公式得到蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的通信容量 <mrow><msub> <mi>C</mi> <mi>DT</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>L</mi></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msubsup><mi>SINR</mi><mi>i</mi><mi>BU</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(4)基站根據(jù)上述通信容量信息，選擇蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的最終傳輸方案，具體過程如下(4 1)將基于信息量合并的中繼傳輸方案下的通信容量與基于能量量合并的中繼傳輸方案下的通信容量進(jìn)行比較，確定與較大通信容量相對應(yīng)的傳輸方案作為初選傳輸方案，即CRT＝max{CE，CI}，其中CRT為初選方案的通信容量；(4 2)設(shè)定一個中繼方案的成本系數(shù)λ，0＜λ＜1，將CRT與該成本系數(shù)相乘后，與上述直接傳輸方案下的通信容量作比較，確定與較大通信容量相對應(yīng)的傳輸方案作為最終的傳輸方案，并將該傳輸方案通知蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點和用戶；(5)若最終的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的傳輸方案為基于信息量合并的中繼傳輸方案，則在第一個時隙內(nèi)蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)基站將數(shù)據(jù)流d傳輸至中繼節(jié)點，將數(shù)據(jù)流傳輸至用戶，基站對數(shù)據(jù)流d和分別進(jìn)行功率分配和設(shè)計預(yù)編碼，對應(yīng)的信號形式為s和中繼節(jié)點和用戶對接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼，在第二個時隙內(nèi)，中繼節(jié)點將數(shù)據(jù)流d傳輸至用戶，此時對應(yīng)的信號形式為s’，用戶在第一時隙和第二時隙分別得到了數(shù)據(jù)流d和將數(shù)據(jù)流d和合并，獲得全部的下行數(shù)據(jù)；若最終的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的傳輸方案為基于能量合并的中繼傳輸方案，在第一時隙內(nèi)，基站向中繼節(jié)點傳輸所有數(shù)據(jù)D數(shù)據(jù)，與D相對應(yīng)的信號記為S，中繼節(jié)點對D進(jìn)行解調(diào)，同時用戶接收到信號S中的一部分信號，在第二時隙內(nèi)，中繼節(jié)點將解調(diào)的數(shù)據(jù)D轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，與解碼后的數(shù)據(jù)D相對應(yīng)的信號記為S’，用戶將接收到的S中的一部分信號與S’進(jìn)行合并，若S和S’的調(diào)制方式不同，則用戶分別對S和S’進(jìn)行解調(diào)，并在解調(diào)之后進(jìn)行比特級別的軟譯碼合并，若S和S’的信道編碼碼率和調(diào)制方式都不同，則將S和S’的原始比特進(jìn)行軟信息合并。FSA00000256290500011.tif,FSA00000256290500024.tif,FSA00000256290500025.tif,FSA00000256290500026.tif,FSA00000256290500029.tif,FSA000002562905000210.tif,FSA000002562905000211.tif,FSA000002562905000212.tif,FSA00000256290500031.tif,FSA00000256290500033.tif,FSA00000256290500034.tif,FSA00000256290500035.tif,FSA00000256290500036.tif,FSA00000256290500037.tif
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蜂窩中繼通信系統(tǒng)中的下行自適應(yīng)傳輸方法，屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先在蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的基站和中繼節(jié)點各設(shè)置多根天線；基站獲取三條下行鏈路的信道信息，并根據(jù)信道信息分別估計蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)采用三種不同信號傳輸方式時的通信容量，分別基于信息量合并和能量合并原則提出了兩種下行協(xié)作傳輸方式，并將它們與直接傳輸方式作比較，綜合考慮性能增益與資源開銷后由基站選擇恰當(dāng)?shù)膫鬏斈Ｊ?。本發(fā)明方法改善了位于蜂窩小區(qū)邊緣用戶的通信性能，大大地發(fā)掘了中繼系統(tǒng)三節(jié)點模型的信道潛力，能夠顯著提升小區(qū)邊緣用戶的頻譜效率。
文檔編號H04B7/15GK101951645SQ201010271780
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者易栗, 楊晨陽, 田亞飛, 胡文豐, 雷鳴 申請人:北京航空航天大學(xué);日電(中國)有限公司