專利名稱：無線中繼回程鏈路的自適應(yīng)協(xié)同傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線中繼通信的傳輸方法，確切地說，涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線中繼回程鏈路的自適應(yīng)協(xié)同傳輸方法，屬于寬帶無線通信中的無線中繼傳輸?shù)募夹g(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
未來移動通信系統(tǒng)將致力于能夠在任何時間與任何地點(diǎn)，任何人都能夠與任何物之間實(shí)現(xiàn)便捷通信，并在全網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)，為盡可能多的用戶提供高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并減少用戶的傳輸時延；而這無疑會對現(xiàn)有的通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，必須在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通信方案的基礎(chǔ)上，引入新的先進(jìn)通信技術(shù)，進(jìn)一步提高無線通信系統(tǒng)的傳輸速率，以適應(yīng)未來移動通信的發(fā)展要求。因此，下一代寬帶蜂窩移動通信系統(tǒng) (IMT-Advanced)將傳統(tǒng)的無線中繼技術(shù)融合到現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，在提高邊緣小區(qū)通信質(zhì)量的同時，還可以增大小區(qū)覆蓋范圍和盲區(qū)覆蓋。作為一種經(jīng)濟(jì)有效的、高效的通信解決方案，無線蜂窩通信與中繼傳輸技術(shù)的結(jié)合是未來無線通信的一種發(fā)展趨勢。最近幾年，中繼傳輸技術(shù)被引入到蜂窩網(wǎng)中。在 IMT-Advanced系統(tǒng)中，LTE-Advanced和IEEE 802. 16m系統(tǒng)中都使用了無線中繼技術(shù)。傳統(tǒng)的無線中繼技術(shù)的概念最初起源于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，距離超過天線覆蓋范圍的節(jié)點(diǎn)之間的通信是由這兩個節(jié)點(diǎn)之間的其他節(jié)點(diǎn)承擔(dān)中繼協(xié)作傳輸，也就是通過中繼完成一次通信過程。引入到蜂窩網(wǎng)的中繼傳輸技術(shù)是傳統(tǒng)的單向中繼傳輸技術(shù)，即目前LTE-Advanced 系統(tǒng)中的Type I和Type II，或者IEEE 802. 16m中的非透明和透明中繼，其基本思想是通過中繼將用戶發(fā)送給基站的信號進(jìn)行處理后，再轉(zhuǎn)發(fā)給基站，反之亦然。當(dāng)然一個小區(qū)中可以同時部署多個中繼。引入Type I或者非透明單向中繼后，原來的盲點(diǎn)區(qū)域可以通過部署中繼進(jìn)行覆蓋，保證這些區(qū)域能夠收接到中繼轉(zhuǎn)發(fā)的、來自于基站的數(shù)據(jù)。但是，這種類型的單向中繼在提高邊緣用戶性能的同時，也在浪費(fèi)著系統(tǒng)的一些寶貴資源。例如，在兩跳的單向中繼中，傳輸給中繼的信號需要2個資源塊。因此，傳統(tǒng)的Type I或者非透明單向中繼主要用于擴(kuò)展覆蓋范圍，其無法有效提高系統(tǒng)的頻譜效率。為了更進(jìn)一步提高系統(tǒng)的容量，在3GPP和IEEE標(biāo)準(zhǔn)組織中，分別提出了 Type II 和透明中繼，用于一些熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行容量增強(qiáng)，以保證這部分區(qū)域的高速傳輸要求。但是， 因這類中繼對同步傳輸?shù)囊筝^高，而且對資源分配的集中管理和控制難度也比較大，所以，在實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中的標(biāo)準(zhǔn)化中，工作難度都比較艱巨。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，引入中繼后的蜂窩移動通信系統(tǒng)的傳輸鏈路可以分為下述三種(1)直傳鏈路用戶和基站直接通信的傳輸鏈路；( 中繼接入鏈路用戶和中繼通信的鏈路；C3)回程鏈路中繼把用戶的信息轉(zhuǎn)發(fā)給基站的鏈路。通常把直傳鏈路和中繼接入鏈路合稱為接入鏈路。在上行鏈路傳輸過程中，基站需要把資源分成兩部分一部分用于接入鏈路傳輸，另一部分用于回程鏈路傳輸。為了保證引入中繼后，對系統(tǒng)頻譜效率的影響盡量地小，應(yīng)該盡可能地減少用于回程鏈路傳輸?shù)馁Y源塊。因此，如何減少回程鏈路傳輸所占用的資源，一直是目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都很關(guān)注的熱點(diǎn)問題。但是，在很長一段時間內(nèi)，受到傳統(tǒng)路由器只能是存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式的觀念的限制，始終無法尋找到有效的解決辦法。針對無線中繼系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方案，目前業(yè)界已經(jīng)有了一些研究成果。但是， 幾乎所有的研究成果都沒有考慮到和目前的IMT-Advanced系統(tǒng)的特征相結(jié)合，即在實(shí)際系統(tǒng)協(xié)議中，分配給接入鏈路和回程鏈路的資源都是固定的，網(wǎng)絡(luò)編碼的使用需要根據(jù)回程鏈路的資源開銷自適應(yīng)確定。同時，基站需要聯(lián)合直傳信息和網(wǎng)絡(luò)編碼處理后的混合信息，把目標(biāo)信號恢復(fù)出來，此時會增加接收端的復(fù)雜度，同時由于多徑傳輸和同步等各種因素，會提高傳輸?shù)恼`碼率。所以，在實(shí)際的IMT-Advanced系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)編碼，還需要綜合考慮回程鏈路的負(fù)載、解碼的誤碼率、網(wǎng)絡(luò)編碼用戶信道狀態(tài)等信息。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是根據(jù)回程鏈路的負(fù)載和用戶的信道狀態(tài)等信息，提供一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線中繼回程鏈路的自適應(yīng)協(xié)同傳輸方法，以解決IMT-Advanced系統(tǒng)回程鏈路資源的受限問題，從而確保無線中繼不僅能夠擴(kuò)展覆蓋范圍，還能減少和避免因引入中繼而造成的頻譜效率的降低。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種無線中繼回程鏈路的自適應(yīng)協(xié)同傳輸方法，其特征在于當(dāng)多個用戶通過無線中繼接入基站，如果回程鏈路的資源占用超過預(yù)定門限值時，中繼對部分直傳用戶信息和部分轉(zhuǎn)發(fā)用戶信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼處理，并采用單一無線資源發(fā)送給基站，以便在增加中繼服務(wù)用戶數(shù)量的同時，減少所占用的回程鏈路資源， 提高無線中繼系統(tǒng)傳輸?shù)恼w性能；基站還對采用網(wǎng)絡(luò)編碼處理的用戶進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，對接收到的網(wǎng)絡(luò)編碼混合信息聯(lián)同來自用戶的直傳信息一起進(jìn)行檢測恢復(fù)，不需增加額外的系統(tǒng)開銷；該方法包括下列操作步驟(1)在上行鏈路傳輸?shù)拿總€資源調(diào)度周期，基站根據(jù)需要調(diào)度的用戶數(shù)量、用戶的信道狀態(tài)和所需資源三種信息，統(tǒng)計基站覆蓋區(qū)域內(nèi)每個中繼傳輸無線回程鏈路所需的資源塊PRB (Physical Resource Block)數(shù)量，設(shè)置每個中繼所需的PRB數(shù)Iii及其當(dāng)前可用的
PRB數(shù)Ni,并計算直接解碼轉(zhuǎn)發(fā)時每個中繼傳輸?shù)臒o線回程鏈路的負(fù)載R = ，其中自然數(shù)
下標(biāo)i為中繼序號；然后，判決每個中繼傳輸?shù)臒o線回程鏈路的負(fù)載Hi是否超過預(yù)設(shè)的負(fù)載門限值nth，若是，S卩nth，則第i個中繼觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作，執(zhí)行步驟O)；否則，即 Hi^ nth，則第i個中繼不觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作，仍然采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行資源分配和調(diào)度；(2)基站判決需要觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作的中繼區(qū)域內(nèi)的未調(diào)度的激活用戶，估算未調(diào)度的激活用戶的傳輸速率，并將同時處于基站和中繼兩者覆蓋區(qū)域的激活用戶按照傳輸速率從大到小進(jìn)行優(yōu)先級排序，選擇優(yōu)先級最高的用戶作為主調(diào)度用戶；并分別從只位于中繼覆蓋區(qū)域內(nèi)或同時處于基站和中繼兩者覆蓋區(qū)域的未調(diào)度的激活用戶中選擇與主調(diào)度用戶傳輸速率最相近的用戶作為主調(diào)度用戶的配對用戶，同時為主調(diào)度用戶和配對用戶分配相應(yīng)合適的合適資源塊；(3)中繼對接收到的、來自主調(diào)度用戶和配對用戶的兩者信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼操作，即比特信息進(jìn)行異或處理或符號疊加，并使用分配的資源塊傳輸網(wǎng)絡(luò)編碼后的信息給基站，其傳輸速率采用兩者速率的最小值；基站接收來自中繼轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)編碼混合信息后，結(jié)合已經(jīng)接收到的主調(diào)度用戶的直傳信息或主調(diào)度用戶與配對用戶兩者的直傳信息進(jìn)行聯(lián)合檢測，分別恢復(fù)主調(diào)度用戶和配對用戶的信息；(4)基站評估第i個中繼下的主調(diào)度用戶及其配對用戶采用網(wǎng)絡(luò)編碼處理后中
, η -η
繼所需的PRB數(shù)η’ i，并計算節(jié)省的回程鏈路負(fù)載〃=」f;再判斷其無線回程鏈路負(fù)載
η與其節(jié)省的回程鏈路負(fù)載n'之差是否小于預(yù)設(shè)的負(fù)載門限值nth，即判斷) < nth是否成立；若是，則退出網(wǎng)絡(luò)編碼的調(diào)度配對操作，所有剩余未調(diào)度的用戶都采用傳統(tǒng)調(diào)度方法分配資源；否則，執(zhí)行后續(xù)步驟(5)；(5)基站判斷是否所有激活的需要調(diào)度的用戶都已經(jīng)執(zhí)行了網(wǎng)絡(luò)編碼選擇的配對操作，若是，則退出網(wǎng)絡(luò)編碼的選擇配對操作，對激活的剩余未調(diào)度用戶采用傳統(tǒng)調(diào)度方法分配中繼到基站的無線資源；否則，返回執(zhí)行步驟O)。本發(fā)明方法的技術(shù)創(chuàng)新是中繼在回程鏈路采用網(wǎng)絡(luò)編碼，這樣，中繼就不再只是簡單地轉(zhuǎn)發(fā)接收到的信息，而是將其接收到的、來自兩個用戶的信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼處理后， 再把混合信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。由于中繼要對接收信號重新進(jìn)行處理，并保證目標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠還原或恢復(fù)這些處理后的信息，從而能夠在理論上證明本發(fā)明方法能夠有效增強(qiáng)無線中繼傳輸?shù)男阅?。本發(fā)明方法的有益效果是能夠有效緩解回程鏈路資源緊張的問題，降低了引入無線中繼后導(dǎo)致的傳輸性能下降的缺陷，提高了無線中繼的傳輸性能。本發(fā)明既能夠用于 LTE-Advanced系統(tǒng)中的Type I中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的非透明中繼，也可以用于 LTE-Advanced系統(tǒng)中的Type II中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的透明中繼。此外，本發(fā)明兼容現(xiàn)有的無線空中接口協(xié)議，無需修改終端現(xiàn)有的通信協(xié)議，對現(xiàn)有系統(tǒng)傳輸方案改動較小中繼只需對其接收信息采用比特信息異或或符號疊加的網(wǎng)絡(luò)編碼操作，基站要對其接收到的網(wǎng)絡(luò)編碼后的信息和直傳信息進(jìn)行聯(lián)合解碼；操作復(fù)雜度低，但性能增益明顯。 這樣既解決了 LTE-Advanced系統(tǒng)回程鏈路資源的受限問題，確保無線中繼不僅能夠擴(kuò)展覆蓋范圍，還能減少和避免因引入中繼而造成的頻譜效率的降低。因此，本發(fā)明具有非常好的應(yīng)用前景，特別適用于無線中繼蜂窩移動通信系統(tǒng)的上行鏈路傳輸。


圖1是無線中繼回程鏈路的傳輸場景示意圖。圖2是兩天線中繼的無線中繼回程鏈路的傳輸場景示意圖。圖3是本發(fā)明無線中繼回程鏈路自適應(yīng)協(xié)同傳輸方法操作步驟流程圖。圖4是本發(fā)明方法實(shí)施例中分別采用傳統(tǒng)中繼方法和本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)編碼方法的主調(diào)度用戶和配對用戶的吞吐量仿真比較圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明是一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線中繼回程鏈路自適應(yīng)協(xié)同傳輸方法，其應(yīng)用場景是當(dāng)多個用戶通過無線中繼接入基站，如果回程鏈路的資源占用超過預(yù)定門限值時，中繼對部分直傳用戶和部分轉(zhuǎn)發(fā)用戶的信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼處理，并采用單一無線資源發(fā)送給基站，以便在增加中繼服務(wù)用戶數(shù)量的同時，減少所占用的回程鏈路資源，提高無線中繼系統(tǒng)傳輸?shù)恼w性能；基站還對采用網(wǎng)絡(luò)編碼處理的用戶進(jìn)行集中調(diào)度，對接收到的網(wǎng)絡(luò)編碼混合信息聯(lián)同來自終端的直傳信息一起進(jìn)行檢測恢復(fù)，不需增加額外的系統(tǒng)開銷。本發(fā)明方法適用于Type I中繼和Type II中繼的3GPP LTE-Advanced系統(tǒng)，或者是非透明和透明中繼的IEEE 802. 16m標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)；該方法既適用于采用單天線配置的中繼，也適用于采用配置兩個天線的中繼。參見圖3，介紹本發(fā)明方法的下列操作步驟步驟1，在上行鏈路傳輸?shù)拿總€資源調(diào)度周期，基站根據(jù)需要調(diào)度的用戶數(shù)量、用戶的信道狀態(tài)和所需資源三種信息，統(tǒng)計基站覆蓋區(qū)域內(nèi)每個中繼傳輸無線回程鏈路所需的資源塊PRB數(shù)量，設(shè)置每個中繼所需的PRB數(shù)Iii及其當(dāng)前可用的PRB數(shù)Ni,并計算直接解
碼轉(zhuǎn)發(fā)時每個中繼傳輸?shù)臒o線回程鏈路的負(fù)載％ =|，其中自然數(shù)下標(biāo)i為中繼序號；然
后，判決每個中繼傳輸?shù)臒o線回程鏈路的負(fù)載Hi是否超過預(yù)設(shè)的負(fù)載門限值nth，若是， 即Ili > ilth，則第i個中繼觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作，執(zhí)行后續(xù)步驟2;否則，S卩Ili彡nth，則第 i個中繼不觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作，仍然采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行資源分配和調(diào)度。步驟2，基站判決需要觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作的中繼區(qū)域內(nèi)的未調(diào)度的激活用戶估算未調(diào)度的激活用戶的傳輸速率，并將同時處于基站和中繼兩者覆蓋區(qū)域的激活用戶按照傳輸速率從大到小進(jìn)行優(yōu)先級排序，選擇優(yōu)先級最高的用戶作為主調(diào)度用戶；并分別從只位于中繼覆蓋區(qū)域內(nèi)或同時處于基站和中繼兩者覆蓋區(qū)域的未調(diào)度的激活用戶中選擇與主調(diào)度用戶傳輸速率相近的用戶作為主調(diào)度用戶的配對用戶，同時為主調(diào)度用戶和配對用戶分配相應(yīng)合適的資源塊。該步驟中的基站選擇主調(diào)度用戶和與該主調(diào)度用戶配對的用戶的操作，包括下列具體內(nèi)容(21)基站從觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作的中繼區(qū)域內(nèi)未調(diào)度的激活用戶中，根據(jù)傳輸速率由大到小對這些用戶進(jìn)行優(yōu)先級排序，選擇優(yōu)先級別最高的用戶Um作為主調(diào)度用戶。(22)基站根據(jù)兩個下行導(dǎo)頻信號的平均接收功率是否滿足下述公式-P2 < PBffl-Psm < P1，判決主調(diào)度用戶Um是否位于基站和中繼的聯(lián)合覆蓋區(qū)域內(nèi)，若是，則執(zhí)行步驟03)；若否，則返回步驟(21)，選擇優(yōu)先級次高的用戶為主調(diào)度用戶，并把優(yōu)先級最高的用戶從優(yōu)先級別用戶列表中刪除；式中，PBm和Plim分別為主調(diào)度用戶um接收到來自基站和中繼的兩個下行導(dǎo)頻信號的平均功率，P1和P2分別為根據(jù)系統(tǒng)的靜態(tài)配置而預(yù)設(shè)的第一功率閾值和第二功率閾值。(23)基站從位于該中繼覆蓋范圍內(nèi)的剩余未調(diào)度的激活用戶中，選擇與主調(diào)度用戶傳輸速率最相近的用戶作為該主調(diào)度用戶的配對用戶；再根據(jù)下行導(dǎo)頻信號的平均接收功率是否滿足下述兩種不同公式，分別判決配對用戶Up是否位于該中繼覆蓋范圍內(nèi)，若是， 執(zhí)行后續(xù)步驟04)；若否，返回執(zhí)行步驟(21)，重新選擇主調(diào)度用戶。其中LTE-AdvanCed 系統(tǒng)的Type I中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的非透明中繼都是根據(jù)下行導(dǎo)頻信號的平均接收功率是否滿足下述公式=Pkp-Pbp ^ P2，判決配對用戶Up是否位于中繼覆蓋范圍內(nèi)； LTE-Advanced系統(tǒng)的TypeII中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的透明中繼都是根據(jù)下行導(dǎo)頻信號的平均接收功率是否滿足另一公式-P2 < Pbp-Pep < P1,判決配對用戶Up是否位于基站和中繼的聯(lián)合覆蓋區(qū)域內(nèi)；式中，Pbp和Pkp分別為配對用戶Up接收到來自基站和中繼的下行導(dǎo)頻信號的平均功率。(24)基站為主調(diào)度用戶和配對用戶分配相同的合適的PRB，使主調(diào)度用戶和配對用戶能夠把信息發(fā)送給基站和中繼，具體選用的PRB取決于調(diào)度算法。步驟3，中繼節(jié)點(diǎn)對接收到的、來自主調(diào)度用戶和配對用戶的兩者信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼操作，即比特信息進(jìn)行異或處理或符號疊加，并使用分配的資源塊傳輸網(wǎng)絡(luò)編碼后的信息給基站，其傳輸速率采用兩者速率的最小值；基站接收來自中繼轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)編碼混合信息后，結(jié)合已經(jīng)接收到的主調(diào)度用戶的直傳信息或主調(diào)度用戶與配對用戶兩者的直傳信息進(jìn)行聯(lián)合檢測，恢復(fù)主調(diào)度用戶和配對用戶的信息。在LTE-Advanced系統(tǒng)和IEEE 802. 16m系統(tǒng)中，中繼執(zhí)行該步驟的網(wǎng)絡(luò)編碼操作過程中，進(jìn)一步包括下列內(nèi)容(31)在第1個PRB 主調(diào)度用戶Um將信息發(fā)送出去，因主調(diào)度用戶位于基站和中繼的聯(lián)合覆蓋范圍內(nèi)，故基站接收到Um直傳鏈路的傳輸信息Y1 = hfflBsffl+nffll ；此時，中繼也接收到um的發(fā)送信息= hmrsffl+nrl,式中，為主調(diào)度用戶um與基站的直傳鏈路的信道衰落，hmr為主調(diào)度用戶Um與中繼的信道衰落，nffll和分別為基站和中繼接收主調(diào)度用戶信息的噪聲；(32)在第2個PRB 配對用戶Up將其信息、發(fā)送出去，因LTE-Advanced系統(tǒng)中的Type I中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的非透明中繼的配對用戶只位于中繼覆蓋范圍內(nèi)，故中繼接收到up的發(fā)送信息=，式中，Iv為配對用戶Up與中繼的信道衰落， nr2為中繼接收配對用戶信息的噪聲；而在LTE-Advanced系統(tǒng)中的TypeII中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的透明中繼中，因配對用戶位于基站和中繼的聯(lián)合覆蓋范圍內(nèi)，故基站和中繼分別接收到up直傳鏈路傳輸?shù)男畔⒒緸閥2 = hpBsp+nffl2,中繼為1 2 = tysp+r^，其中， hpB和Iv為配對用戶 分別與基站和中繼的兩條直傳鏈路的信道衰落，nm2為基站接收主調(diào)度用戶和配對用戶混合信息的噪聲，nr2為中繼接收配對用戶信息的噪聲；(33)在第3個PRB 中繼對接收到的信息進(jìn)行解碼恢復(fù)，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼操作， 并將網(wǎng)絡(luò)編碼后的信息通過基站的集中調(diào)度，在合適的PRB上轉(zhuǎn)發(fā)給基站；基站接收到的信息為^3=It + 中，為中繼到基站的信道衰落，叫為基站接收中繼轉(zhuǎn)發(fā)信息的噪聲，此時的網(wǎng)絡(luò)編碼采用比特信息的異或操作；(34)基站分別對接收到的LTE-Advanced系統(tǒng)中的Type I中繼或者IEEE802. 16m 系統(tǒng)中的非透明中繼的直傳和中繼的兩種信息Y1和y3進(jìn)行聯(lián)合檢測，或者對接收到的 LTE-Advanced系統(tǒng)中的Type II中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的透明中繼的直傳和中繼的三種信息信息y” y2和y3進(jìn)行聯(lián)合檢測，分別恢復(fù)主調(diào)度用戶和配對用戶的各自發(fā)送信肩、ο本發(fā)明方法應(yīng)用于配置兩個天線的中繼在執(zhí)行該步驟的過程中，中繼使用一根天線接收主調(diào)度用戶的發(fā)送信息，同時使用另一根天線接收配對用戶的發(fā)送信息；并在中繼處將兩者信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼操作后，使用基站集中調(diào)度分配的資源塊傳輸編碼后的混合信息，其傳輸速率為兩者速率的最小值；基站接收來自中繼轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)編碼混合信息，再結(jié)合已經(jīng)接收到的主調(diào)度用戶的直傳信息進(jìn)行聯(lián)合檢測，恢復(fù)主調(diào)度用戶和配對用戶的信息。本發(fā)明的仿真實(shí)施例中，使用雙天線的中繼執(zhí)行該步驟包括下列操作內(nèi)容(3A)在第1個PRB 主調(diào)度用戶Um將信息發(fā)送出去，因主調(diào)度用戶位于基站和中繼的聯(lián)合覆蓋范圍內(nèi)，故基站接收到Um直傳鏈路的傳輸信息Y1 = h^m+nml，此時，中繼使用其中一根天線也接收到um的發(fā)送信息= hmrsffl+nrl ；式中，hmB和h 為主調(diào)度用戶um分別與基站和中繼第一根天線之間的直傳鏈路的信道衰落，nffll和分別為基站和中繼接收主調(diào)度用戶信息的噪聲；同時，配對用戶up也將其信息 發(fā)送出去，因配對用戶只位于中繼覆蓋范圍內(nèi)，中繼使用另一根天線接收到up的發(fā)送信息y,2 = hprsp+nr2 ；式中，hpr為配對用戶up與中繼另一根天線天線之間的信道衰落，nr2為中繼接收配對用戶信息的噪聲；(3B)在第2個PRB 中繼將兩根天線接收到的信息進(jìn)行解碼，并將兩者的信息進(jìn)行異或后，選擇增益最大的天線轉(zhuǎn)發(fā)給基站；基站接收到的中繼信息Λ+ 式中，為中繼到基站的信道衰落，n3為基站接收中繼轉(zhuǎn)發(fā)信息的噪聲；(3C)基站對其接收到的兩種信息yi和y3進(jìn)行聯(lián)合檢測，恢復(fù)主調(diào)度用戶和配對用戶的各自發(fā)送信息。步驟4，基站評估第i個中繼下的主調(diào)度用戶及其配對用戶采用網(wǎng)絡(luò)編碼處理后
, η -η
中繼所需的PRB數(shù)η’ i，并計算節(jié)省的回程鏈路負(fù)載〃=」f;再判斷其無線回程鏈路負(fù)
載n與其節(jié)省的回程鏈路負(fù)載n ‘之差是否小于負(fù)載預(yù)設(shè)門限值nth，即判斷(n ‘) < nth是否成立；若是，則退出網(wǎng)絡(luò)編碼的調(diào)度配對操作，所有剩余未調(diào)度的用戶都采用傳統(tǒng)調(diào)度方法分配資源；否則，執(zhí)行后續(xù)步驟5。步驟5，基站判斷所有激活的需要調(diào)度的用戶是否都已經(jīng)執(zhí)行了網(wǎng)絡(luò)編碼選擇的配對操作，若是，則退出網(wǎng)絡(luò)編碼的選擇配對操作，對激活的剩余未調(diào)度用戶采用傳統(tǒng)調(diào)度方法分配中繼到基站的資源；否則，返回執(zhí)行步驟2。參見圖4，介紹本發(fā)明已經(jīng)進(jìn)行的多次實(shí)施仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖4所示為瑞利信道模型下采用蒙特卡洛仿真方法得到的本發(fā)明方法與傳統(tǒng)分配資源方法在不同接收平均信噪比時，主調(diào)度用戶和配對用戶的吞吐量曲線比較。仿真實(shí)施例的試驗(yàn)參數(shù)如下基站、中繼和用戶都只配備單天線，系統(tǒng)帶寬為10MHz，并全部分配給當(dāng)前用戶。在圖4中，實(shí)線為不同傳輸方案下主調(diào)度用戶的兩種吞吐量的曲線，虛線為不同傳輸方案下配對用戶的吞吐量的曲線。可以看出，在設(shè)定的通信場景中，采用本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)編碼方法與傳統(tǒng)中繼資源分配方法相比較，前者可以有效提升用戶的吞吐量。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無線中繼回程鏈路的自適應(yīng)協(xié)同傳輸方法，其特征在于當(dāng)多個用戶通過無線中繼接入基站，如果回程鏈路的資源占用超過預(yù)定門限值時，中繼對接收到的部分直傳用戶信息和部分轉(zhuǎn)發(fā)用戶信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼處理，并采用單一無線資源發(fā)送給基站，以便在增加中繼服務(wù)用戶數(shù)量的同時，減少所占用的回程鏈路資源，提高無線中繼系統(tǒng)傳輸?shù)恼w性能；基站還對采用網(wǎng)絡(luò)編碼處理的用戶進(jìn)行集中調(diào)度，對接收到的網(wǎng)絡(luò)編碼混合信息聯(lián)同來自用戶的直傳信息一起進(jìn)行檢測恢復(fù)，不需增加額外的系統(tǒng)開銷就能提高接收分集增益；該方法包括下列操作步驟(1)在上行鏈路傳輸?shù)拿總€資源調(diào)度周期，基站根據(jù)需要調(diào)度的用戶數(shù)量、用戶的信道狀態(tài)和所需資源三種信息，統(tǒng)計基站覆蓋區(qū)域內(nèi)每個中繼傳輸無線回程鏈路所需的資源塊 PRB數(shù)量，設(shè)置每個中繼所需的PRB數(shù)Iii及其當(dāng)前可用的PRB數(shù)Ni,并計算直接解碼轉(zhuǎn)發(fā)時每個中繼傳輸?shù)臒o線回程鏈路的負(fù)載T7i =|，其中自然數(shù)下標(biāo)i為中繼序號；然后，判決每個中繼傳輸?shù)臒o線回程鏈路的負(fù)載Hi是否超過預(yù)設(shè)的負(fù)載門限值nth，若是，即Hi > η th，則第i個中繼觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作，執(zhí)行步驟(2)；否則，S卩IiiS nth，則第i個中繼不觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作，仍然采用傳統(tǒng)中繼傳輸方法進(jìn)行資源分配和調(diào)度；(2)基站判決需要觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作的中繼區(qū)域內(nèi)的未調(diào)度的激活用戶，估算未調(diào)度的激活用戶的傳輸速率，并將同時處于基站和中繼兩者覆蓋區(qū)域的激活用戶按照承載業(yè)務(wù)的傳輸速率從大到小進(jìn)行優(yōu)先級排序，選擇優(yōu)先級最高的用戶作為主調(diào)度用戶；并分別從只位于中繼覆蓋區(qū)域內(nèi)或同時處于基站和中繼兩者覆蓋區(qū)域的未調(diào)度的激活用戶中選擇與主調(diào)度用戶傳輸速率最相近的用戶作為主調(diào)度用戶的配對用戶，同時為主調(diào)度用戶和配對用戶分配相應(yīng)合適的資源塊，用來進(jìn)行用戶和中繼間的通信；(3)中繼對接收到的、來自主調(diào)度用戶和配對用戶的兩者信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼操作，即比特信息進(jìn)行異或處理或符號疊加，并使用分配的資源塊傳輸網(wǎng)絡(luò)編碼后的信息給基站，其傳輸速率采用兩者速率的最小值；基站接收來自中繼轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)編碼混合信息后，結(jié)合已經(jīng)接收到的主調(diào)度用戶的直傳信息或主調(diào)度用戶與配對用戶兩者的直傳信息進(jìn)行聯(lián)合檢測，分別恢復(fù)主調(diào)度用戶和配對用戶的信息；(4)基站評估第i個中繼下的主調(diào)度用戶及其配對用戶采用網(wǎng)絡(luò)編碼處理后中繼所需,ni _ n\的PRB數(shù)η’，，并計算節(jié)省的回程鏈路負(fù)載〃 =^p;再判斷其無線回程鏈路負(fù)載n與其節(jié)省的回程鏈路負(fù)載n'之差是否小于預(yù)設(shè)的負(fù)載門限值nth，即判斷) < nth 是否成立；若是，則退出網(wǎng)絡(luò)編碼的調(diào)度配對操作，所有剩余未調(diào)度的用戶都采用傳統(tǒng)中繼傳輸調(diào)度方法分配資源；否則，執(zhí)行后續(xù)步驟(5)；(5)基站判斷是否所有激活的需要調(diào)度的用戶都已經(jīng)執(zhí)行了網(wǎng)絡(luò)編碼選擇的配對操作，若是，則退出網(wǎng)絡(luò)編碼的選擇配對操作，對激活的剩余未調(diào)度用戶采用傳統(tǒng)中繼傳輸調(diào)度方法分配中繼到基站的無線資源；否則，返回執(zhí)行步驟(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法適用于TypeI中繼和Type II 中繼的3GPP LTE-Advanced系統(tǒng)，或者是非透明中繼和透明中繼的IEEE802. 16m標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)；所述方法既適用于單天線配置的中繼，也適用于配置兩個天線的中繼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中，基站選擇主調(diào)度用戶和與該主調(diào)度用戶配對的用戶的操作包括下列內(nèi)容(21)基站從觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼操作的中繼區(qū)域內(nèi)未調(diào)度的激活用戶中，根據(jù)傳輸速率由大到小對這些用戶進(jìn)行優(yōu)先級排序，選擇優(yōu)先級別最高的用戶Um作為主調(diào)度用戶；(22)基站根據(jù)兩個下行導(dǎo)頻信號的平均接收功率是否滿足下述公式-P2< PBffl-PEffl < P1，判決主調(diào)度用戶um是否位于基站和中繼的聯(lián)合覆蓋區(qū)域內(nèi)，若是，則執(zhí)行步驟(23)； 若否，返回步驟(21)，選擇優(yōu)先級次高的用戶為主調(diào)度用戶，并把優(yōu)先級最高的用戶從優(yōu)先級用戶列表中刪除；式中，Pbd^P PKm分別為主調(diào)度用戶Um接收到來自基站和中繼的兩個下行導(dǎo)頻信號的平均功率，P1和P2分別為根據(jù)系統(tǒng)的靜態(tài)配置而預(yù)設(shè)的第一功率閾值和第二功率閾值；(23)基站從位于該中繼覆蓋范圍內(nèi)的剩余未調(diào)度的激活用戶中，選擇與主調(diào)度用戶傳輸速率最相近的用戶作為該主調(diào)度用戶的配對用戶；再根據(jù)下行導(dǎo)頻信號的平均接收功率是否滿足兩種不同公式，分別判決配對用戶up是否位于該中繼覆蓋范圍內(nèi)，若是，執(zhí)行后續(xù)步驟(24)；若否，返回執(zhí)行步驟(21)，重新選擇主調(diào)度用戶；(24)基站為主調(diào)度用戶和配對用戶分配選擇合適的PRB，使主調(diào)度用戶和配對用戶能夠把信息發(fā)送給基站和中繼，具體選用的PRB則取決于調(diào)度算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(23)中，LTE-Advanced系統(tǒng)的Type I中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的非透明中繼都是根據(jù)下行導(dǎo)頻信號的平均接收功率是否滿足下述公式PKp-PBp ^ P2,判決配對用戶Up是否位于中繼覆蓋范圍內(nèi)； LTE-Advanced系統(tǒng)的TypeII中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的透明中繼都是根據(jù)下行導(dǎo)頻信號的平均接收功率是否滿足另一公式-P2 < Pbp-Pep < P1,判決配對用戶Up是否位于基站和中繼的聯(lián)合覆蓋區(qū)域內(nèi)；式中，Pbp和Pkp分別為配對用戶Up接收到來自基站和中繼的下行導(dǎo)頻信號的平均功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步驟(3)在LTE-Advanced系統(tǒng)和IEEE 802. 16m系統(tǒng)的中繼執(zhí)行過程中，進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(31)在第1個PRB主調(diào)度用戶Um將信息Sm發(fā)送出去，因主調(diào)度用戶位于基站和中繼的聯(lián)合覆蓋范圍內(nèi)，故基站接收到Um直傳鏈路的傳輸信息yi = hfflBsffl+nffll ；此時，中繼也接收到Um的發(fā)送信息= h sm+nri，式中，hrf為主調(diào)度用戶Um與基站的直傳鏈路的信道衰落， hmr為主調(diào)度用戶Um與中繼的信道衰落，nml和分別為基站和中繼接收主調(diào)度用戶信息的噪聲；(32)在第2個PRB配對用戶Up將其信息sp發(fā)送出去，因LTE-Advanced系統(tǒng)中的Type I中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的非透明中繼的配對用戶只位于中繼覆蓋范圍內(nèi)，故中繼接收到Up的發(fā)送信息y,2 = hprsp+nr2,式中，hpr為配對用戶Up與中繼的信道衰落，nr2為中繼接收配對用戶信息的噪聲；而在LTE-Advanced系統(tǒng)中的TypeII中繼或者IEEE 802. 16m 系統(tǒng)中的透明中繼中，因配對用戶位于基站和中繼的聯(lián)合覆蓋范圍內(nèi)，故基站和中繼分別接收到Up直傳鏈路傳輸?shù)男畔⒒緸閥2 = hpBsp+nffl2,中繼為y,2 =、 +知，其中，hpB和 hpr為配對用戶Up分別與基站和中繼的兩條直傳鏈路的信道衰落，nffl2為基站接收主調(diào)度用戶和配對用戶混合信息的噪聲，nr2為中繼接收配對用戶信息的噪聲；(33)在第3個PRB中繼對接收到的信息進(jìn)行解碼恢復(fù)，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼操作，并將網(wǎng)絡(luò)編碼后的信息通過基站的集中調(diào)度，在合適的PRB上轉(zhuǎn)發(fā)給基站；基站接收到的信息為凡^&十^^ + ；式中，h,d為中繼到基站的信道衰落，Ii3為基站接收中繼轉(zhuǎn)發(fā)信息的噪聲，此時的網(wǎng)絡(luò)編碼采用比特信息的異或操作；(34)基站分別對接收到的LTE-Advanced系統(tǒng)中的Type I中繼或者IEEE802. 16m 系統(tǒng)中的非透明中繼的直傳和中繼的兩種信息Y1和y3進(jìn)行聯(lián)合檢測，或者對接收到的 LTE-Advanced系統(tǒng)中的Type II中繼或者IEEE 802. 16m系統(tǒng)中的透明中繼的直傳和中繼的三種信息信息y” y2和y3進(jìn)行聯(lián)合檢測，分別恢復(fù)主調(diào)度用戶和配對用戶的各自發(fā)送信肩、ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)在配置兩個天線的中繼執(zhí)行過程中，中繼使用一根天線接收主調(diào)度用戶的發(fā)送信息，同時使用另一根天線接收配對用戶的發(fā)送信息；并在中繼處將兩者信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼操作后，使用基站集中調(diào)度分配的 PRB，傳輸編碼后的混合信息，其傳輸速率為兩者速率的最小值；基站接收來自中繼轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)編碼混合信息，再結(jié)合已經(jīng)接收到的主調(diào)度用戶的直傳信息進(jìn)行聯(lián)合檢測，恢復(fù)主調(diào)度用戶和配對用戶的信息。
全文摘要
一種無線中繼回程鏈路的自適應(yīng)協(xié)同傳輸方法，當(dāng)多個用戶通過無線中繼接入基站，如果回程鏈路的資源占用超過預(yù)定門限值，中繼對部分直傳用戶信息和部分轉(zhuǎn)發(fā)用戶信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼處理后，采用單一無線資源發(fā)送給基站，以便在增加中繼服務(wù)的目標(biāo)用戶數(shù)量的同時，減少回程鏈路的資源占用，提高無線中繼系統(tǒng)傳輸性能；基站還對采用網(wǎng)絡(luò)編碼處理的用戶進(jìn)行集中調(diào)度，對接收到的網(wǎng)絡(luò)編碼混合信息聯(lián)同來自用戶的直傳信息一起進(jìn)行檢測恢復(fù)，不需增加額外的系統(tǒng)開銷且獲得分集增益。該方法解決了新一代寬帶移動通信系統(tǒng)回程鏈路資源受限問題，確保無線中繼不僅能夠擴(kuò)展覆蓋范圍，還能減少因引入中繼而造成的頻譜效率降低。
文檔編號H04B7/15GK102438246SQ201110280979
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者崔扎根, 段慧真 申請人:北京富國鴻信科技有限公司