专利名称：用于协同无线通信的软转发的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及协同无线通信，且更具体而言涉及为协同中继无线通信提供纠错。
背景技术：
无线通信是现代的电子通信领域中快速发展的技术。例如，蜂窝通信系统在近几十年经历了指数增长，服务于全世界范围的几十亿用户。在现代社会和商业交流的很多方面，移动电话在世界上的工业和发展部分中都已成为生活的重要部分。移动电话和相关的移动电子通信设备给消费者提供了很大的便利。结果，在全世界范围的很多家庭、商业和校园中，无线网络已经开始逐渐替代有线网络。这些设备的新应用，包括传感器网络、自动高速公路和工厂等，已经在无线通信的整个领域的各种研发中出现。尽管无线通信和相关应用的扩展已经是爆炸性的，在设计强健的无线网络来为持续发展的应用提供足够的性能和质量时仍然存在很多技术挑战。传统上，无线网络与有线电子通信相比提供明显的优势，包括移动电话的方便性和便携性，以及移动电话的快速增长的处理技术。但是，物理有线通信具有更大的带宽能带来更大的传输速率。无线网络与物理有线网络竞争的一个挑战是增加无线通信的带宽。无线通信的另一挑战是多路径衰落，其引起由于信号功率变化而带来的接收信号的误检测。无线技术的各种最近的进展已经提供了对无线通信的数据速率和检测概率的提升。例如，多输入多输出(MMO)系统已经被发展为通过空间多路复用来改善无线通信的频谱效率。通过空间-时间编码和光束形成，无线链路的强健性和可靠性也被提升。一般来说，随着发送器和接收器中出现多个射频天线，MIMO系统和空间复用技术是可能的。用于减轻无线通信的衰落信道的负面结果的一种广泛接受的技术是分集技术。但是，在很多无线网络中，由于尺寸、复杂度、成本或相关的限制，电子设备可能无法支持多个天线。在该情形下，对于传统的设备和系统，可能无法实现MIMO通信的好处。相反，这些系统和设备一般需要替代的技术来克服物理硬件限制来实现分集。相对来说，协作无线通信是新的方法，来提供分集增益以提升无线网络能力。协作通信促进了在单天线用户装置之间的资源共享，其中各个用户设备可以互相通信，实现包含多个单天线设备的虚拟多天线阵列。虚拟MMO系统可以以该方式来建立，其可以用多天线基站来实现分集发送和分集接收。尽管单天线用户装置自己不能根据该技术来实现分集，但是通过对从另一用户装置或基站接收的信号进行中继，可以在目的地处接收所发送的信息的附加版本，实现空间分集。
在协作通信时，可以以两种一般类型来执行信号中继或信号转发，包括硬转发和软转发。硬转发一般被认为是传统的方式，其协作地使用硬判决比特。通过分析信号信息并针对该信号信息来确定固定集合的可能值(一般是二进制上下文中的I或0)，以高电平的角度来生成硬判决比特。相反，软转发涉及分析信号信息并从该信号信息产生一信息范围，例如在固定集合的可能值之间，并将该范围的信息转发到目的地设备。通过提供关于信号信息的附加信息，软转发易于提升无线通信的端到端性能，特别是对有噪声或者较差的无线信道。但是，软转发增加了复杂度和处理开销，在某些情形下禁止这样。因此，在真实世界的无线通信系统中，现有的软转发技术的应用可能被限制。传统无线通信系统的上述缺陷仅用于提供现有技术的某些问题的概述，而不是要穷举。通过下列详细描述，现有技术的其他问题以及这里描述的各个非限制实施例的相应的某些优势将变得更为明显。
发明内容
下面展示了简单的总结来提供对各个实施例的某些方面的基本理解。该总结不是对各个实施例的扩展概述。它不是要标识各个实施例的关键或重要元素，也不是要描述这样的实施例的范围。其唯一的目的是以简化的形式来展示各个实施例的某些构思，作为后面展示的更为详细的描述的前奏。主题公开的各个方面提供了协作无线通信网络中改善的纠错。提供软解码机制，其改善了协作无线通信环境中的端到端性能，同时降低了传统的软转发技术中的复杂度。因此，主题公开提供了改进的纠错，其可以结合现有的协作无线通信硬件来更实际地实现。在主题公开的某些方面，中继节点可以从源节点接收源信号，并使用解码和转发技术来将源信号版本转发到目的地节点，为目的地节点提供了分集传输。此外，中继节点可以包括信息标记，该信息标记指明所接收到的传输是被正确还是错误地接收。接收所转发的版本的目的地节点可以参考信息标记来确定中继节点是否正确地接收了源信号。如果在中继节点没有正确地接收源信号，目的地节点可以从所转发的版本产生软信息，并使用该软信息来改善源信号的解码。在目的地使用软信息可以提高源信号的解码概率，特别是对较差的源-中继信道。此外，在目的地节点产生软信息降低了中继节点中的复杂度和处理开销，同时降低中继-目的地信道的带宽需求。根据主题公开的一个或多个特定的方面，基于从中继信号提取的硬编码比特，结合源-中继信道的可靠性信息，在目的地节点产生软信息。硬编码比特可以被重新编码和重新调制，并被用作中继信号的信道概率函数的码元。此外，提供给目的地节点的信道状态信息可被改变来产生用于中继信号的信道概率函数的幅度。用于中继信号的信道概率函数可以和用于源信号的概率信息相加，以产生用于源信号的硬判决比特，由此对源信号进行解码。根据其他方面，与从中继信号产生软信息相结合地，提供了用于产生中继信道的可靠性信息的多种机制。在一个方面，可以针对每个比特长度将信道可靠性更新到目的地节点，产生比特特有的可靠性。在另一方面，可以针对每个分组长度将信道可靠性更新到目的地节点，产生分组特有的可靠性。在又一方面，可以针对多个分组、或针对某段预定时间、或简单地在信道初始化时更新信道可靠性，以提供信道特有的可靠性。各个方面具有不同的处理程度以及带宽开销和复杂度，并且可以根据想要的开销和复杂度来选择。根据其他方面，公开的软判决解码与附加的协同通信环境结合使用。根据某些方面，主题公开提供了与多中继系统结合的软判决编码。在另一方面，主题公开提供了与协作编码系统结合的软判决解码，其中，在向目的地节点发送信息时，多个用户装置节点彼此用作中继。在又一方面，主题公开提供了与网络编码系统结合的软判决错误解码，其中，中继用作多个其他节点的各个传输的专用中继。与传统技术相比，软判决解码可以提升这些环境中的端到端性能，同时减轻与现有软转发技术相关的复杂度。下列描述和附图详细阐述了各个实施例的特定说明性方面。但是，这些方面及其等同物指明其中可以使用各个实施例的原则的几个各种方式的说明，且这样的实施例不应被限制为这里描述的一个或多个特定方面。根据下列详细描述并结合附图来考虑，各个实施例的其他优势和区别性特征将变得明显。
图1示出了根据公开的方面的用于无线通信的示例性协作通信系统的框图。图2描绘了根据一个或多个其他方面的使用软判决解码的示例性无线通信的框图。图3A、3B和3C描绘了与主题公开的方面相关的单中继系统的示例性无线传输错误场景的图。图4示出了针对无线中继环境中的软判决解码来配置的示例性目的地节点的框图。图5描绘了其中可以使用软判决解码的示例性多中继协作通信环境的图。图6示出了其中可以使用根据公开的方面的软判决解码的示例性协作编码中继系统的图。图7示出了根据又一方面的可以使用软判决解码的示例性网络编码系统的图。图8示出了根据另一方面的用于无线中继通信中的软判决解码的示例性方法的流程图。图9和10示出了用于实现软判决解码以提升无线中继系统中的性能的示例性方法的流程图。图11示出了可操作地执行公开的系统或方法的一个或多个方面的示例性电子处理设备的框图。图12示出了根据其他方面的用于无线通信的示例性电子通信环境的框图。
具体实施例方式现在将参考附图来描述各个实施例，其中，全文中相同的参考标号被用于表不相同的元件。在下列描述中，为了解释的目的，陈述了多种特定的细节，以提供对各个实施例的全面理解。但是，可以很明显，各个实施例可被实现，而不用这些特定的细节。在其他实例中，以框图的形式示出了众所周知的结构和设备，以促进对各个实施例的描述。如该申请所使用，术语“组件”、“模块”、“系统”等可以指计算机相关的实体，是硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。例如，组件可以是但不限于处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。通过说明，在控制器上运行的应用程序和控制器两者都可以是组件。一个或多个组件可位于执行的进程和/或线程中，且组件可以位于一台计算机上或被分布在两台或多台计算机之间。此外,各个实施例可以被使用标准的编程和/或工程技术而实现为方法、设备或制造品，来生产软件、固件、硬件或其组合，以控制计算来实现公开的主题。如这里所使用，术语“制造品”旨在包含可从任何计算机可读设备、载体或介质访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于磁存储设备(例如硬盘、软盘和磁带)、光盘(例如紧致盘(⑶))、数字通用盘((DVD)……)、智能卡、以及闪存设备(例如卡、棒、键驱动……)。当然，本领域技术人员将理解，可以对该配置进行多种修改，而不偏离各个实施例的精神或范围。此外，在这里使用的术语“示例性”表示用作例子、实例或说明。在这里被描述为“示例性”的任意方面或设计不需要被理解为优选的或者比其他方面或设计有优势。相反，使用单词示例性旨在以具体的形式来表示概念。如本申请中所使用，术语“或者”旨在意指包括性“或”而不是排除性“或”。即，除非另外指定，或者上下文中很明显，“X使用A或B”旨在意指任意自然包含的排列。即，如果X使用A ;X使用B ;或X使用A和B两者，则在上述任意实例下满足“X使用A或B”。此外，在本申请和所附权利要求中使用的词语应被一般地理解为意指“一个或多个”，除非另外指定、或上下文中很清楚指向单数形式。如这里所使用，术语“推断” 一般指从通过事件和/或数据来捕获的一组观测中推测或推断系统状态、环境和/或用户的状态的过程。例如，推断可被用于识别特定的上下文或动作，或可以产生状态的概率分布。推断可以是概率的，即，基于对数据和事件的考虑来计算感兴趣的状态的概率分布。推断还可以指用于从一组事件和/或数据来组合更高级的事件的技术。这样的推断导致根据观察到的事件和/或存储的事件数据来构造新的状态或动作，不管该事件是否在紧密的时间接近中相关，以及不管该事件和数据是否来自一个或多个事件和数据源。协作无线通 信系统使能了针对对等的通信配置的独立的无线用户节点，以获得或改善网络通信中的分集。这可以针对用户节点来实现，由于例如硬件限制(如单天线节点)，该用户节点不能在空间分集环境中发送或接收信号。通过调整对等通信，可以针对用户节点来实现分集增益，与非协作通信相比，可能提高吞吐量、降低错误率等。协作通信环境典型地涉及各个用户节点发送数据以及用作一个或多个其他用户节点的协作代理。这是和传统中继网络不同的模型。在后一系统中，中继被专用于协助主信道，而不会发送其自有的源数据(例如在中继发起的数据)。在协作通信环境中，总的系统资源一般是固定的，且用户节点同时用作信息源和中继。这样，如这里所使用，术语中继节点、中继等旨在表示其中可同时用作信息源和另一节点(例如另一用户节点、另一中继节点、基站等)的中继的用户节点，除非上下文中很明确该术语是指专用的中继。存在若干种协议，用于管理协作通信环境中的中继节点行为。某些例子包括放大并转发(AF)、解码并转发(DF)、以及编码协作(CC)协议。对于AF，中继简单地缩放接收到的信号并将它发送到目的地。与简单缩放相比，对于DF机制，中继对顺序接收到的信号解码并重新编码。而CC协议将协作集成到信道编码中。这些协议中的每个具有其好处和坏处。例如，AF和DF协议易于将它从源节点接收的信号的任意错误传播到目的地节点。于是，当源到中继信道(在这里也被称为中间链路信道)有噪声或者质量较差(例如，快速衰落效果、过度分散、干扰等)，AF和DF协议中的端到端性能容易较差。下列码元被用于描述协作通信，这在表I中总结。术语Xs和χκ是分别从源节点和中继节点发送的信号。类似地，术语ySD和yKD表示在目的地上分别从源和中继接收到的信号(分别通过源到目的地信道——也被称为直接信道，以及通过中继到目的地信道——在这里也被称为中继信道)。此外，ySK是在中继上通过源到中继信道、或中间链路信道从源接收的信号。术语h表示衰落系数，其表示相应信道的物理衰减效果和多路径衰落，其中，下标h识别相应的信道。在主题公开的至少某些方面，信道衰落被认为至少在分组周期中是恒定的，假设准静态平衰落信道。但是，这些条件不需要被用于所有公开的方面。除了上
述，η是加性白高斯噪声(AWGN)度量，其双边功率频谱密度为2σ 2。此外，瞬时信噪比(SNR)
Y以及平均SNR Y:
权利要求
1.一种系统，包括: 分析组件，被配置为确定在中继节点上错误地接收源信号，中继节点将该源信号作为中继信号转发到目的地节点；以及 校正组件，被配置为响应于目的地节点错误地接收源信号以及至少中继节点错误地接收源信号，从中继信号产生软判决信息，并在源信号的解码中使用该软判决信息。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述分析组件还被配置为参考以中继信号发送的信息标记。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述信息标记是一个比特，且指明中继节点正确地或错误地接收源信号。
4.如权利要求1所述的系统，还包括:参考组件，被配置为执行循环冗余校验，以确定目的地节点已经错误地接收源信号或错误地接收中继信号。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述参考组件还被配置为输出目的地错误状态，该目的地错误状态指明是否 错误地接收源信号、以及是否错误地接收中继信号。
6.如权利要求5所述的系统，其中，分别响应于检测到源信号或中继信号的循环冗余编码中的错误，对源信号或中继信号的循环冗余校验失败。
7.如权利要求1所述的系统，还包括:初始化组件，被配置为响应于目的地节点错误地接收源信号和中继节点错误地接收源信号而触发校正组件，以从所述中继信号产生软判决信息。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述校正组件还被配置为:响应于目的地节点错误地接收源信号、中继节点正确地接收源信号、和目的地节点错误地接收中继信号，而执行最大比率组合算法。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述校正组件被配置为将源信号和软判决信息组合，以减轻源信号解码中的错误。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述校正组件被配置为从中继信号的符号函数和在中继节点上接收的源信号的可靠性函数来产生软判决信息。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述符号函数是作为从中继信号解码的码元的函数来产生的，该中继信号正被重新编码和调制。
12.如权利要求10所述的系统，其中，所述可靠性函数是基于信道状态信息从与源信号比特相关的错误概率函数产生的，该信道状态信息至少与源到中继信道相关。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述可靠性函数是单独地针对所述比特来计算的比特特有的可靠性。
14.如权利要求12所述的系统，其中，所述可靠性函数是作为其中传送码元的分组中的所有比特的平均来计算的分组特有的可靠性。
15.如权利要求12所述的系统，其中，所述可靠性函数是作为中继节点从源节点错误接收的分组中的所有比特的平均来计算的信道特有的可靠性。
16.如权利要求12所述的系统，其中，所述错误概率函数基于源到中继信道的衰落系数和平均信噪比、并基于中继到目的地信道的衰落系数和平均信噪比。
17.如权利要求1所述的系统，其中，所述校正组件被配置为以下列形式的算法来组合源信号和软判决信息:lIxS |>'sd , ))ΚΒ) = ^SDhSDfSD + Signfv^}.Re } 其中，Xs是源节点发送的码元，Ysd是在目的地节点从源节点接收的码元，Yed是在目的地节点从中继节点接收的码元，ySE是在中继节点从源节点接收的码元，hSD是源到目的地信道的衰落系数，是源到目的地信道的平均信噪比，Sign{yKD}被定义为从ysD解码的已调制和已编码的硬判决比特，且Rel {ySK}被定义为ySR的可靠性值。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述可靠性值是从比特特有的可靠性函数、信道特有的可靠性函数、或分组特有的可靠性函数中的至少一个导出的。
19.如权利要求1所述的系统，其中，所述中继节点、源节点和目的地节点使用编码协同模式，并且其中: 所述分析组件被配置为接收来自中继节点的直接传输、以及来自源节点的直接传输的转发副本，并且确定所述源节点对来自中继节点的直接传输进行错误地或无错误地解码；并且 所述校正组件被配置为从直接传输的转发副本产生软判决信息，以减轻直接传输的编码中的错误。
20.如权利要求1所述的系统，其中，所述校正组件被配置从中继信号和源信号中导出软判决信息。
21.如权利要求20所述的系统，其中，所述校正组件被配置为响应于目的地节点错误地接收中继信号，从源到中继信道和中继到目的地信道的组合错误概率中导出软判决信息的可靠性部分。
22.如权利要求1所述的系统，其中，所述中继节点、源节点和目的地节点形成网络编码协同模式，并且还包括: 逻辑组件，被配置为将中继信号中的第一数据集合与第二数据集合分开，该第一数据集合由源节点向目的地节点发送、并且在中继节点处接收并用中继信号来转发；其中: 所述分析组件被配置为读取在属于第一数据集合的中继信号中包含的信息标记比特，并确定在中继节点处已经无错误地接收该第一数据集合； 所述校正组件被配置为使用第一数据集合来产生软判决信息，用于源信号的解码。
23.一种用于无线通信的系统，包括: 排序组件，被配置为获取第一用户节点发送的第一信号和第二用户节点发送的第二信号; 验证组件，被配置为确定在中继节点上是否正确地接收第一信号和第二信号； 压缩组件，被配置将第一信号和第二信号合并为中继信号；以及 质量组件，被配置在中继信号中指定在中继节点上是否正确地接收第一信号和第二信号。
24.如权利要求23所述的系统，其中，所述验证组件被配置为利用循环冗余校验来确定是否正确地接收第一信号和第二信号。
25.如权利要求23所述的系统，其中，所述压缩组件被配置为利用异或运算来合并第一信号和第二信号。
26.如权利要求23所述的系统，其中，所述质量组件被配置为通过对中继信号内的一个或多个信息标记比特的写操作来指明是否正确地接收第一信号和第二信号。
27.一种用于无线通信的方法，包括: 从源节点接收无线码元、并从中继节点接收该无线码元的转发版本； 确定是否从源节点错误地接收到无线码元； 确定在中继节点是否从源节点错误地接收到无线码元；以及 响应于确定从源节点错误地接收无线码元、并且响应于确定从源节点错误地接收无线码元，从无线码元的转发版本产生软判决信息，以减轻无线码元的解码错误。
28.如权利要求27所述的方法，还包括:响应于确定从目的地节点错误地接收到无线码元、确定从中继节点错误地接收到无线码元的转发版本、以及响应于确定中继节点从源节点没有错误地接收到无线码元，使用最大比率组合机制来解码所述无线码元。
29.如权利要求27所述的方法，还包括:从接收的无线码元的转发版本的符号函数和可靠性函数来产生软判决信息。
30.如权利要求29所述的方法，还包括:通过对接收的无线码元的转发版本进行解码、并对接收到的无线码元的转发版本进行重新编码和调制来导出所述符号函数。
31.如权利要求30所述的方法，还包括:从比特特有、分组特有和信道特有的错误概率函数中导出用于接收的无线码元的转发版本的可靠性函数。
32.如权利要求31所述的方法，还包括:将符号函数和可靠性函数相乘,并将相乘的结果与从源节点接收的无线码元的对数似然比的值相加。
33.如权利要求32所述的方法，还包括根据相加的结果来确定与从源节点接收的无线码元相关联的比特值。
34.一种用于无线通信的系统，包括: 接收器，被配置为分别通过直接链路和中继链路从源发送器和从中继发送器接收各个无线传输； 解调组件，被配置为对来自通过直接链路接收的第一传输的源码元和来自通过中继链路接收的第二传输的中继码元进行解码； 分析组件，被配置为分析第一传输和第二传输，以识别在各个无线传输的至少一个中的接收错误；以及 校正组件，被配置为响应于分析组件识别到中继链路错误地接收源码元，使用中继码元作为软信息来确定源码元的正确值。
35.一种用于无线通信的系统，包括: 用于从源节点接收无线码元并从中继节点接收该无线码元的转发版本的装置； 用于确定所述系统错误地接收无线码元的装置； 用于确定所述中继节点错误地接收无线码元的装置；以及 用于响应于系统错误地接收无线码元并且中继节点错误地接收无线码元、与对无线码元进行解码关联地从无线码元的转发版本产生软判决信息的装置。
全文摘要
这里描述了为无线中继网络提供软错误编码。例如，无线中继网络中的无线节点可以从源节点接收直接信号，并可以从中继节点接收源信号的转发版本。包含在转发版本中的信息标记被用于确定中继节点是否适当地接收到源信号。如果中继节点错误地接收源信号，并且目的地节点错误地接收源信号，则可以从源信号的转发版本产生判决信息并用于协助在目的地节点上对源信号的解码。与传统的信号解码技术相比，软判决信息改善了无线中继系统的端到端性能，同时减轻了中继节点的复杂度和带宽需求。
文档编号H04B7/15GK103181098SQ201180051605
公开日2013年6月26日 申请日期2011年11月30日 优先权日2010年12月1日
发明者戴高阳, 缪伟豪 申请人:动力发明有限责任公司