專利名稱：一種模擬網(wǎng)絡(luò)編碼上行協(xié)作傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信領(lǐng)域，特別涉及一種模擬網(wǎng)絡(luò)編碼上行協(xié)作傳輸方法。
背景技術(shù)：
隨著新的多媒體業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，用戶對(duì)移動(dòng)通信應(yīng)用的要求不斷提高，傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)難以滿足新業(yè)務(wù)的要求。為此，下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)GG)對(duì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)做了明確的說明以滿足不斷涌現(xiàn)的多媒體業(yè)務(wù)，如增強(qiáng)的峰值速率以支持新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用， 例如多媒體(需要在高移動(dòng)性下支持100Mbps，低移動(dòng)性下支持mbps)；另一方面，由于無線傳輸?shù)亩鄰剿ヂ涮匦裕幱谶吘売脩舻耐ㄐ刨|(zhì)量以及傳輸可靠性等難以得到保障，同時(shí)也需要增大相應(yīng)基站的發(fā)射功率，使得功耗利用率較低。為了進(jìn)一步提高傳輸覆蓋范圍和系統(tǒng)的頻譜效率，目前最有效的解決方案主要有兩類多天線技術(shù)和中繼協(xié)作技術(shù)。多天線技術(shù)主要采用多輸入多輸出MIMO技術(shù)，以及相關(guān)派生出來的虛擬MIMO技術(shù)，用以提升系統(tǒng)的吞吐量。但針對(duì)現(xiàn)有僅配備單天線的移動(dòng)終端來說，多天線技術(shù)難以得到有效的推廣及應(yīng)用，同時(shí)MIMO技術(shù)對(duì)各天線之間的距離有較為嚴(yán)格的要求才能獲得較好的性能，這對(duì)于靈巧方便攜帶的移動(dòng)終端來說也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。協(xié)作中繼技術(shù)與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)相比在覆蓋效率、運(yùn)營成本以及傳輸容量等三個(gè)方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。目前，協(xié)作中繼通信技術(shù)已在 WiMax, WINNER和3GPP等通信標(biāo)準(zhǔn)中得到深入地研究，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)傳統(tǒng)的協(xié)作中繼技術(shù)來說，由于一般中繼都是采用半雙工方式，中繼無法同時(shí)接收并轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，因此相應(yīng)的頻譜利用率較低，使得協(xié)作中繼技術(shù)的應(yīng)用存在固有的缺陷。 然而，近年來所提出的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)可以很好的與協(xié)作中繼技術(shù)相結(jié)合，使得整個(gè)系統(tǒng)的頻譜利用率和吞吐率得到顯著的改善，因此受到了廣泛關(guān)注和重視，相應(yīng)的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的標(biāo)準(zhǔn)方案也受到了國際標(biāo)準(zhǔn)組織一定程度上的關(guān)注和重視。但由于大多數(shù)方案幾乎都是基于傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，而無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)存在巨大的差異，因此相應(yīng)的方案并未被相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組織所采納。在此基礎(chǔ)上，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼相比較，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼針對(duì)無線電磁波廣播的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)相互之間的疊加作為網(wǎng)絡(luò)編碼操作的一部分，再加上相應(yīng)的物理層信號(hào)處理技術(shù)，使得終端都能夠解碼恢復(fù)出預(yù)想得到的信息，這打破了原有無線通信中將信號(hào)之間的相互疊加作為一種危害而加以擯棄，并采用相應(yīng)干擾避免策略加以控制的傳統(tǒng)方式。因此，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與協(xié)作通信相結(jié)合是一個(gè)具有巨大潛力的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，它可以有效提升系統(tǒng)的吞吐量、可靠性，并可有效解決傳統(tǒng)中繼半雙工所帶來的固有缺陷，進(jìn)一步提升頻譜效率。但就目前來說，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼涉及到相應(yīng)的信號(hào)處理機(jī)制以及相應(yīng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)等困難，目前還沒有相應(yīng)的實(shí)際驗(yàn)證測(cè)試
D ο模擬網(wǎng)絡(luò)編碼主要針對(duì)放大轉(zhuǎn)發(fā)型的中繼，接收到疊加的信號(hào)無需相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)與映射機(jī)制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的編碼與解碼，而是將無線電磁波的天然疊加作為網(wǎng)絡(luò)編碼操作的一部分，中繼點(diǎn)只需要對(duì)接收的疊加信號(hào)進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)以保證目的接收機(jī)能夠正確接收，同時(shí)由于中繼點(diǎn)只是需要做簡(jiǎn)單的處理而無需對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合解碼或分別解碼， 并不會(huì)顯著增大中繼的開銷。因此，對(duì)于無線協(xié)作中繼場(chǎng)景，基于模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作中繼傳輸策略可以極大地提高系統(tǒng)的吞吐量以及傳輸效率。假定處于基站覆蓋范圍內(nèi)有η個(gè)單天線終端用戶，在用戶與基站之間存在一個(gè)具有模擬網(wǎng)絡(luò)編碼功能的中繼節(jié)點(diǎn)，在傳統(tǒng)多址接入方式條件下，傳統(tǒng)協(xié)作傳輸機(jī)制需要占用2η個(gè)時(shí)隙才能完成η個(gè)終端用戶的上行協(xié)作傳輸，每個(gè)終端用戶需要耗費(fèi)2個(gè)時(shí)隙完成信號(hào)的上行傳輸(主要包括第一階段終端用戶與基站和中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸以及第二階段中繼對(duì)收到的信號(hào)做放大轉(zhuǎn)發(fā))。在整個(gè)過程中實(shí)際上只有η個(gè)時(shí)隙用于終端用戶與基站之間的傳輸，而另外η個(gè)時(shí)隙用于中繼節(jié)點(diǎn)與基站之間信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)以實(shí)現(xiàn)協(xié)作傳輸。顯然對(duì)于帶寬和功率受限的未來無線通信系統(tǒng)來說，這種方式系統(tǒng)的頻譜利用率是極其低下的。為了降低中繼節(jié)點(diǎn)與基站之間的交互時(shí)隙數(shù)，模擬網(wǎng)絡(luò)編碼可以將接收到的η個(gè)終端用戶的信號(hào)進(jìn)行編碼之后，再由中繼節(jié)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)給基站，基站結(jié)合前面η 個(gè)時(shí)隙所接收到的信號(hào)，對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的模擬網(wǎng)絡(luò)編碼疊加信號(hào)進(jìn)行解碼以恢復(fù)出想要的信息，整個(gè)過程只需η+1個(gè)時(shí)隙便可完成一輪終端用戶的上行協(xié)作傳輸，較傳統(tǒng)方式節(jié)約了 η-1個(gè)時(shí)隙，同時(shí)基站對(duì)每個(gè)用戶也可以實(shí)現(xiàn)接收2階分集增益。因此，在中繼節(jié)點(diǎn)引入模擬網(wǎng)絡(luò)編碼可以顯著提升信號(hào)帶寬的利用率以及系統(tǒng)的吞吐量。盡管基于模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作傳輸機(jī)制可以有效的提升頻譜效率以及系統(tǒng)的吞吐量，但由于中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信號(hào)只是做簡(jiǎn)單的處理，以及模擬網(wǎng)絡(luò)編碼本身固有的缺陷，因此存在如下一些問題1)從基站角度來說，它負(fù)責(zé)接收不同終端用戶所發(fā)送來的直傳鏈路信號(hào)和中繼節(jié)點(diǎn)經(jīng)過模擬網(wǎng)絡(luò)編碼后所轉(zhuǎn)發(fā)過來的疊加信號(hào)。中繼節(jié)點(diǎn)所轉(zhuǎn)發(fā)來的疊加信號(hào)除包含想要恢復(fù)出的有效信號(hào)外，還包含各個(gè)終端用戶信號(hào)的疊加，因此，接收需要消耗額外的功率， 即中繼節(jié)點(diǎn)須引入相應(yīng)的功率放大因子以保證基站的有效接收，這必然帶來一定的功率損失。2)中繼節(jié)點(diǎn)采用模擬網(wǎng)絡(luò)編碼方式實(shí)現(xiàn)協(xié)作上行傳輸，在信號(hào)傳輸過程中存在噪聲，因此中繼節(jié)點(diǎn)采用模擬網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行信號(hào)之間疊加的同時(shí)，相應(yīng)的噪聲也會(huì)累積傳播， 使得有效的信噪比顯著惡化，這必將增加基站正確解碼恢復(fù)出信號(hào)的難度，最終導(dǎo)致所獲得的性能增益與理論值存在較大的差異。為了有效解決以上問題，使得模擬網(wǎng)絡(luò)編碼在上行協(xié)作傳輸中更具有實(shí)際的應(yīng)用潛力，必須采用合理的設(shè)計(jì)以及引入相應(yīng)的機(jī)制以降低這些因素對(duì)性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼在無線中繼協(xié)作中無法有效應(yīng)用的問題，提出了一種有效的模擬網(wǎng)絡(luò)編碼上行協(xié)作傳輸方法，針對(duì)基于模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的上行協(xié)作中繼場(chǎng)景，降低模擬網(wǎng)絡(luò)編碼引入所帶來的噪聲傳播對(duì)系統(tǒng)性能的影響。(二)技術(shù)方案為此，本發(fā)明具體地采用如下技術(shù)方案進(jìn)行
權(quán)利要求
1. 一種模擬網(wǎng)絡(luò)編碼上行協(xié)作傳輸方法，其特征在于，所述方法包括步驟 Si，在前η個(gè)時(shí)隙內(nèi)，各終端用Psi分別在各自的一個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成信號(hào)到中繼節(jié)點(diǎn)R和基站BS的傳輸，具體地，ysfi = ^1SiRxI + zR ^S-BS = ^1Si-BSxI + 2BS其中JsA、A-M分別表示第i個(gè)終端用戶發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)R和基站BS的信號(hào)， hS1R、^―M分別表示第i個(gè)終端用戶與中繼節(jié)點(diǎn)R和基站BS間的信道傳輸增益，ZE,ZBS分別表示中繼節(jié)點(diǎn)R和基站BS對(duì)各信道傳輸所帶來的噪聲，η為終端用戶個(gè)數(shù)；S2，當(dāng)終端用戶在前η個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成傳輸后，中繼節(jié)點(diǎn)R對(duì)接收到的各終端用戶信號(hào)運(yùn)用模擬網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)現(xiàn)信號(hào)的疊加，得到編碼后的疊加信號(hào)A^m2UuLAiW， ^(^υ^υ.,.υ^)^ = ysXR + ys2n + …+ysnR ；S3，疊加信號(hào)J^L^UuL^w經(jīng)過THP預(yù)編碼均衡處理以降低傳輸信號(hào)的功率放大，處理后的疊加信號(hào)yK_BS為yR-BS = ^(S1US2U-USJfi +Ixt ,其中，t為任意的正實(shí)數(shù)，1為整數(shù)，β為功率放大因子； S4,中繼節(jié)點(diǎn)R向基站BS轉(zhuǎn)發(fā)所述處理后的疊加信號(hào)yK_BS ； S5，基站BS處接收到中繼節(jié)點(diǎn)R轉(zhuǎn)發(fā)過來的疊加信號(hào)實(shí)際為y E-BS — hE-BSyE-BS+ZBS ；S6，基站BS根據(jù)前η個(gè)時(shí)隙接收到的直傳信號(hào)，過濾掉無用的信號(hào)，再經(jīng)過預(yù)編碼逆操作恢復(fù)出特定終端用戶Si的信號(hào)f _ ηιιni_ y^j^i ^ ^1R-BS ^1SjR)/Si = PnR-BSnSiRxI 十 ZBS 十 nPnR-BSzR — ^jSjES 7ZBS^Sj-BS
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)η個(gè)終端用戶的發(fā)送信號(hào)均服從 ("t/2, t/2]上的均勻分布時(shí)，所述功率放大因子β = 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在與基站BS之間存在直傳鏈路的且距離中繼較近的用戶對(duì)之中實(shí)施所述模擬網(wǎng)絡(luò)編碼上行協(xié)作傳輸方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種模擬網(wǎng)絡(luò)編碼上行協(xié)作傳輸方法，該方法可以有效降低中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功率放大因子，并降低模擬網(wǎng)絡(luò)編碼引入所帶來的噪聲傳播累積，奠定了模擬網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于協(xié)作中繼傳輸?shù)目尚行院陀行?。本發(fā)明的方法只需要在中繼處引入相應(yīng)的預(yù)編碼、放大轉(zhuǎn)發(fā)操作和基站的解碼恢復(fù)等操作，并不需要更改終端用戶的相應(yīng)設(shè)計(jì)，因此應(yīng)用可行性和潛力較高，可應(yīng)用于上行協(xié)作中繼傳輸策略中，以及其他的協(xié)作中繼場(chǎng)景中。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102185679SQ20111011595
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者丁宇貞, 原泉, 周亞建, 趙明峰, 高富 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)