用于中继网络的通信方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于中继网络的通信方法和装置。该中继网络包括源节点，目的节点和多个中继节点，该方法包括：在一个时隙中，在目的节点处接收每一个候选中继节点发送的导频信息，该导频信息至少包括从源节点到相应候选中继节点的第一信道状态信息；获得从候选中继节点的每一个到目的节点的第二信道状态信息；至少基于第一信道状态信息和第二信道状态信息来从候选中继节点中选择最佳中继节点；以及转发最佳中继节点在该一个时隙的上一个时隙中从源节点接收到的消息。而且，本发明还通过在源节点和中继节点处的预编码设计来消除来自其他中继和相邻干扰源所带来的干扰，从而进一步改善了系统性能。
【专利说明】用于中继网络的通信方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信系统，并且更具体地，涉及在通信系统的中继网络中基于单时隙中继选择的通信方法和装置。
【背景技术】
[0002]中继是通信系统、包括无线和有线通信系统中常用的技术。近年来，中继已成为3GPP高级长期演进(LTE-A)系统中的核心技术之一。中继不仅具有扩展网络覆盖的能力，而且还可以提高网络的容量，同时利用中继造价低的特点可以降低网络建设成本。通过在小区边缘部署中继节点，小区边缘用户可以体验来自服务中继节点的提高的接收信号功率，从而可以改善小区边缘用户的吞吐量。当前根据中继执行功能的不同可以将中继分为层一中继、层二中继和层三中继。层一中继是放大转发(AF)类型的中继。
[0003]目前，对用于AF中继系统的中继策略进行了广泛的研究，但是对于在该中继系统中的中继选择方面的研究工作主要着眼于理想的系统构造，而没有考虑协同过程中的小区间干扰。而实际上，小区间干扰对于传统AF中继的信号干扰加噪声比(SINR)性能有着显著的影响。而且，用于现有的AF中继网络的中继选择都是基于双时隙传输的，因为要使用两个时隙，因此这种基于双时隙传输的中继选择无疑会降低系统总的速率性能。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的实施方式提出了用于限制干扰的系统的基于单时隙中继选择的中继通信方法和装置。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种用于中继网络的通信方法，该中继网络包括源节点、目的节点和多个中继节点，该方法包括在一个时隙中:在目的节点处接收每一个候选中继节点发送的导频信息，该导频信息至少包括从源节点到相应候选中继节点的第一信道状态信息；获得从候选中继节点的每一个到目的节点的第二信道状态信息；至少基于第一信道状态信息和第二信道状态信息来从候选中继节点中选择最佳中继节点；以及从最佳中继节点接收其在上一个时隙中从源节点接收到的消息。
[0006]根据本发明的另一方面，提供了 一种用于中继网络的中继方法，该中继网络包括源节点、目的节点和多个中继节点，该方法包括:在一个时隙中，在候选节点处接收源节点广播的消息；以及在该一个时隙的下一个时隙中:在候选节点处向目的节点发送导频信息，该导频信息至少包括从源节点到相应中继节点的第一信道状态信息；接收目的节点所广播的消息，该消息至少包括关于哪个中继节点被选择为最佳中继节点的信息；以及该最佳中继节点将其在上一个时隙中从源节点接收到的消息转发到目的节点。
[0007]根据本发明的又一方面，提供了一种用于中继网络的通信装置，该中继网络包括源节点、目的节点和多个中继节点，该通信装置用在目的节点处，包括:接收单元，被配置用于接收每一个候选中继节点发送的导频信息，该导频信息至少包括从源节点到相应候选中继节点的第一信道状态信息；并且在一个时隙中从最佳中继节点接收其在上一个时隙中从源节点接收到的消息；以及处理单元，被配置用于获得从候选中继节点的每一个到目的节点的第二信道状态信息；以及至少基于第一信道状态信息和第二信道状态信息来从候选中继节点中选择最佳中继节点。
[0008]根据本发明的又一方面，提供了一种用于中继网络的中继装置，该中继网络包括源节点、目的节点和多个中继节点，该中继装置用在每一个中继节点处，包括:发送单元，被配置用于向目的节点发送导频信息，该导频信息至少包括从源节点到中继装置所对应的中继节点的第一信道状态信息；并且如果中继装置所对应的中继节点在一个时隙被选择为最佳中继节点，则在该时隙中向目的节点转发其在上一个时隙中从源节点接收到的消息；以及接收单元，被配置用于从源节点接收消息；并且接收目的节点所广播的消息，该消息至少包括关于哪个中继节点被选择为最佳中继节点的信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]结合附图，本发明的上述
【发明内容】
和其它方面、特征和优点将从以下的非限制性实施例的详细描述中变得更加清楚，其中:
[0010]图1示出了现有技术的两跳放大转发中继网络的示意性结构图；
[0011]图2示出了根据本发明示例性实施方式的中继网络的示意性结构图；
[0012]图3示出了根据本发明示例性实施方式的基于单时隙中继选择的中继通信方法的示意性时隙图；
[0013]图4示出了根据本发明示例性实施方式的基于单时隙中继选择的中继通信方法的流程图；
[0014]图5示出了在中继网络中的目的节点处执行根据本发明示例性实施方式的方法的流程图；
[0015]图6示出了根据本发明示例性实施方式的联合信号的干扰对准算法的流程图；
[0016]图7示出了根据本发明示例性实施方式的用于中继网络的中继装置的结构框图；
[0017]图8示出了根据本发明示例性实施方式的用于中继网络的通信装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0018]以下将结合附图，对本发明的示例性实施方式进行描述。在该示例性实施方式中，以LTE系统为例。但是本领域技术人员应当理解，本发明的范围并不限于此，该示例性实施方式仅用于描述目的，应将其看作本发明的示例而非对本发明的任何限制，任何利用了本发明示例性实施方式的方案均落入本发明的保护范围内。
[0019]图1示出了现有技术的两跳放大转发中继网络的示意性结构图。该中继网络100包括源节点、中继节点和目的节点。源节点通常是基站，诸如LTE中的NodeB或eNB等，但本发明不限于此。目的节点通常是用户设备，例如可以是，固定或移动电话、台式或便携式计算机、个人数字助理(或PDA)、可能成为通信设备的游戏控制台、可能成为通信设备的家用电器、可能成为通信设备的电视机、或者多媒体内容接收器(例如STB或“机顶盒”)等，但本发明不限于此。在该通信网络100中，从源节点到中继节点的链路通常被称为第一跳链路，从中继节点到目的节点的链路通常被称为第二跳链路。
[0020]本发明示例性实施方式提出了一种用于两跳中继网络的基于单时隙中继选择的通信方法，该方法同时考虑了来自邻居小区的干扰，可以有效地抑制干扰并改善系统频谱效率。图2示出了根据本发明示例性实施方式的中继网络200的示意性结构图，其中小区C是中继增强型小区，小区C’是与小区C相邻的邻居小区，S卩小区C的干扰小区。中继网络200由具有M根天线的源节点S、具有N根天线的目的节点D、以及K个分散的且固定的中继节点组成，其中每个中继节点具有L根天线，该K个中继节点辅助从源节点S到目的节点D的传输。这里，假设在源节点S和目的节点D之间没有直接链路，所有传输都要经由从源节点S到中继节点的第一跳链路和从中继节点到目的节点D的第二跳链路，并且在中继节点和目的节点D处可以分别获得第一跳信道状态信息(CSI)和第二跳CSI，而且分散的K个中继节点可以对从源节点S接收到的消息进行处理并且将该消息转发到目的节点D。出于清楚说明的目的，此处还假设干扰小区C’使用从干扰源节点S’到目的地的直接传输，该目的地可以是中继节点、目的节点D或者其他目的节点。
[0021]本发明示例性实施方式所提出的基于单时隙中继选择的通信方法的设计思想包括:
[0022](I)源节点在第一个时隙中向所有分散的中继节点广播发送消息；
[0023](2)然后，从第二个时隙开始的每个时隙，每个候选中继节点(即，在该时隙中可能被选作最佳中继节点的中继节点，在第二个时隙的情况下，候选中继节点为所有中继节点；在大于第二时隙的情况下，候选中继节点为除了在上一个时隙中被选择的最佳中继节点之外的所有中继节点)通过导频向目的节点发送包括第一跳信道状态信息、关于来自邻居小区的干扰的信息以及一个比特的发送请求(RTS)的信息，该导频传输对时隙的占用可以忽略；
[0024](3)在检测到来自每个候选中继节点的导频信息后，目的节点使用本发明示例性实施方式所提出的中继选择方法(下文将对其进行详细描述)基于组合的两跳信道状态信息来选择最佳中继节点以辅助从源节点到目的节点的传输，并通过广播消息向各候选中继节点通知该中继节点是否被选择为最佳中继节点，该广播反馈对时隙的占用可以忽略；
[0025](4)所选择的最佳中继节点将在上一个时隙中从源节点接收到的消息发送到目的节点，在被选中继节点进行发送的同一时隙中，源节点向所有中继节点广播发送下一个消息；
[0026](5)由于中继节点的半双工性质，所选择的最佳中继节点在向目的节点发送的同时，不能接收(4)中源节点在该时隙中广播发送给所有中继节点的消息，因此将不能作为下一个时隙传输的候选中继节点。
[0027]图3和图4详细描述了根据本发明示例性实施方式的基于单时隙中继选择的中继通信方法。在图3中，“ V ”表示中继节点在该时隙接收从源节点发送的消息，“Tx”表示中继节点在该时隙向目的节点D转发消息而不接收源节点S发送的消息，“X”表示中继节点在该时隙不作为候选中继节点。
[0028]图4示出了根据本发明示例性实施方式的基于单时隙中继选择的中继通信方法的流程图。如图4所示，在步骤401，在第一个时隙中，源节点S向所有分散的K个中继节点发送消息。然后，在步骤402，在第二个时隙中，每个中继节点通过导频信息向目的节点D发送包括第一跳CS1、关于来自邻居小区C’的干扰的信息以及一个比特的RTS的信息，目的节点D将从导频信息中获得的第一跳CSI与本地获得的CSI组合，以获得组合的CSI。在一个实施方式中，目的节点D可以从导频信息的CSI中获得第一跳信道增益，并将其与本地获得的第二跳信道增益组合，以获得组合的信道增益。在又一实施方式中，目的节点D可以基于从导频信息中获得的CSI来计算第一跳的接收信号噪声比(SNR)，并与本地计算的第二跳的接收SNR结合使用。之后，目的节点D可以基于组合的CSI，在一种实施方式中，基于组合的信道增益，在又一种实施方式中，至少基于两跳的接收SNR，在所有K个中继节点中选择最佳中继节点m，并且通过广播消息向所有K个中继节点通知中继节点m已被选择为最佳中继节点。在步骤402，所选择的最佳中继节点m将在第一个时隙中接收到的消息转发到目的节点D但不接收在该时隙从源节点S发送的消息，在第二个时隙中其他未被选择的中继节点停止针对目的节点D的消息转发，并且接收在该时隙从源节点S发送的消息。在步骤403，在第T个时隙(T > 2)，除了在上一个时隙中被选择为最佳中继节点之外的所有中继节点，即候选中继节点向目的节点D发送导频信息，目的节点D在这些候选中继节点中选择最佳中继节点m并由该最佳中继节点m向目的节点D转发其在上一个时隙中接收到的消息，当前时隙中所选择的最佳中继节点m不接收在该时隙从源节点S发送的消息。在步骤404，判断源节点S是否发送了要发送的所有消息，如果判断结果为否，则流程返回到步骤403，继续由源节点S发送消息并且由所选择的最佳中继节点转发消息；如果判断结果为是，那么在最后一个时隙中，源节点S停止发送，所选择的最佳中继节点m向目的节点D转发最后一个消息，至此该流程结束。
[0029]图5示出了在中继网络中的目的节点D处执行根据本发明示例性实施方式的方法的流程图。首先，在步骤501，在第T(T> 2)个时隙中目的节点D从每一个候选中继节点处接收导频信息，从中获得从源节点S到每一个候选中继节点的第一跳信道状态信息。在步骤502，目的节点D获得从每一个候选中继节点到其自身的第二跳信道状态信息。接下来，在步骤503，目的节点D基于第一跳状态信息和第二跳状态信息来选择最佳中继节点m。此处，当T = 2时，各候选中继节点包括所有的K个中继节点，当T > 2时，各候选中继节点包括除了在第T-1个时隙中选择的最佳中继节点之外的K-1个中继节点。之后，在步骤504，目的节点D可以从最佳中继节点接收其在上一时隙从源节点S接收到的消息。然后在步骤505中判断是否接收了所有的消息，如果是，则流程结束，如果否，则返回继续进行处理。
[0030]在上文的描述中，仅给出了执行根据本发明实施方式的方法步骤的示例性次序，但执行该方法步骤的次序并不限于此，任何可以实现本发明实施方式的执行次序，包括上述步骤间的变换、组合都落入本发明的范围之内。
[0031]下面将详细描述根据本发明的一个示例性实施方式下的中继选择方法。假设在每一个中继节点，可以获得来自邻居小区C’的干扰信息并且计算接收SINR，并且在目的节点D处也可以获得来自邻居小区C’的干扰信息并且计算接收SINR。在目的节点D处使用下述算法来选择最佳中继节点。
[0032]该算法基于下述思想:即，如果通过最佳中继节点进行两跳中继传输，那么在最佳中继节点处获得的接收信号噪声比(SNR)和在目的节点处获得的接收SNR中的最小SNR与在目的节点处得到的来自干扰源的干扰的接收SNR的比值最大，即该中继节点选择标准可以表示为:
【权利要求】
1.一种用于中继网络的通信方法，所述中继网络包括源节点、目的节点和多个中继节点，所述方法包括: 在一个时隙中: 在所述目的节点处接收每一个候选中继节点发送的导频信息，其中所述导频信息至少包括从所述源节点到相应候选中继节点的第一信道状态信息； 获得从所述候选中继节点的每一个到所述目的节点的第二信道状态信息； 至少基于所述第一信道状态信息和所述第二信道状态信息来从所述候选中继节点中选择最佳中继节点；以及 接收所述最佳中继节点在所述一个时隙的上一个时隙中从所述源节点接收到的消息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于一个时隙的所述候选中继节点包括所述多个中继节点中的、除了在所述一个时隙的上一个时隙中所选择的最佳中继节点之外的所有中继节点，并且如果所述上一个时隙是第一个时隙，则所述候选中继节点包括所有的所述多个中继节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述候选中继节点中选择最佳中继节点包括:从所述第一信道状态信息和所述第二信道状态信息中分别获得第一信道增益和第二信道增益，并且至少基于所述第一信道增益和所述第二信道增益来从所述候选中继节点中选择所述最佳中继节点。
4.根据权利要求1 所 述的方法，其中，从所述候选中继节点中选择最佳中继节点包括:根据所述第一信道状态信息和所述第二信道状态信息来获得第一接收信号噪声比和第二接收信号噪声比，并且至少基于所述第一接收信号噪声比和所述第二接收信号噪声比来从所述候选中继节点中选择所述最佳中继节点。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导频信息还包括关于来自干扰源节点的干扰信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述候选中继节点中选择最佳中继节点包括:根据所述第一信道状态信息和所述第二信道状态信息来获得第一接收信号噪声比和第二接收信号噪声比，根据所述关于干扰源节点的干扰的信息来获得第三接收信号噪声比，并且基于所述第一接收信号噪声比、所述第二接收信号噪声比和所述第三接收信号噪声比来从所述候选中继节点中选择所述最佳中继节点。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过下式实现所述最佳中继节点的选择:
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目的节点通过广播消息向所述多个中继节点通知所选择的最佳中继节点。
9.一种用于中继网络的中继方法,所述中继网络包括源节点、目的节点和多个中继节点，所述方法包括:在一个时隙中，在每一个候选中继节点处接收所述源节点广播的消息；并且 在所述一个时隙的下一个时隙中: 在每一个所述候选中继节点处向所述目的节点发送导频信息，其中所述导频信息至少包括从所述源节点到相应中继节点的第一信道状态信息； 接收从所述目的节点广播的消息，所述消息至少包括关于哪个中继节点被选择为最佳中继节点的信息；以及 所选择的最佳中继节点将其在上一个时隙中从所述源节点接收到的消息转发到所述目的节点。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，用于一个时隙的所述候选中继节点包括所述多个中继节点中的、除了在所述一个时隙的上一个时隙中所选择的最佳中继节点之外的中继节点，并且如果所述上一个时隙是第一个时隙，则所述候选中继节点包括所有的所述多个中继节点。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述最佳中继节点在向所述目的节点转发从所述源节点接收到的消息的时隙中不接收来自所述源节点的消息。
12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括: 在所述多个中继节点中的未被选择为最佳中继节点的中继节点处执行联合信号的干扰对准处理。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述联合信号的干扰对准处理包括通过下式来确定未被选择的中继节点的干扰子空间:+Ks,kYs^M%-mMSikYXUHStk( I ) 其中，m表示所选择的最佳中继节点的编号，k表示除了所选择的最佳中继节点之外的任一个中继节点的编号，Hs, k是源节点到除了所选择的最佳中继节点之外的任一个中继节点的信道矩阵，Hm,k是所选择的最佳中继节点到其他的任一个中继节点的信道矩阵，HS, ,k是干扰源节点到除了所选择的最佳中继节点之外的任一个中继节点的信道矩阵，Vs和Vs,分别是源节点和干扰源节点的预编码矩阵，ω是加权系数， 其中，所述干扰子空间Uk的列向量为与表达式(I)的L-d个最大特征值对应的特征向量，其中L是表达式⑴的特征值数目，d SVm的列向量数。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述源节点的预编矩阵^和所选择的最佳中继节点的预编矩阵Vm由下述两个等式确定:
15.一种用于中继网络的通信装置，所述中继网络包括源节点、目的节点和多个中继节点，所述通信装置用在所述目的节点处，所述通信装置包括: 接收单元，所述接收单元被配置用于接收每一个候选中继节点发送的导频信息，其中所述导频信息至少包括从所述源节点到相应候选中继节点的第一信道状态信息；以及在一个时隙中从最佳中继节点接收其在上一个时隙中从所述源节点接收到的消息； 处理单元，所述处理单元被配置用于获得从所述候选中继节点的每一个到所述目的节点的第二信道状态信息；以及至少基于所述第一信道状态信息和所述第二信道状态信息来从所述候选中继节点中选择所述最佳中继节点。
16.根据权利要求15所述的通信装置，其中，用于一个时隙的候选中继节点包括所述多个中继节点中的、除了在所述一个时隙的上一个时隙中所选择的最佳中继节点之外的所有中继节点，并且其中如果所述上一个时隙是第一个时隙，则所述候选中继节点包括所有的所述多个中继节点。
17.根据权利要求15所述的通信装置，其中，所述处理单元进一步被配置用于:从所述第一信道状态信息和所述第二信道状态信息中分别获得第一信道增益和第二信道增益，以及至少基于所述第一信道增益和所述第二信道增益来从所述候选中继节点中选择所述最佳中继节点。
18.根据权利要求15所述的通信装置，其中，所述处理单元进一步被配置用于:根据所述第一信道状态信息和所述第二信道状态信息来获得第一接收信号噪声比和第二接收信号噪声比，以及至少基于所述第一接收信号噪声比和所述第二接收信号噪声比来从所述候选中继节点中选择所述最佳中继节点。
19.根据权利要求15所述的通信装置，其中，所述导频信息还包括关于来自干扰源节点的干扰的信息。
20.根据权利要求19所述的通信装置，其中，所述处理单元进一步被配置用于:根据所述第一信道状态信息和所述第二信道状态信息来获得第一接收信号噪声比和第二接收信号噪声比，根据所述关于来自干扰源节点的干扰的信息来获得第三接收信号噪声比，以及基于所述第一接收信号噪声比、所述第二接收信号噪声比和所述第三接收信号噪声比来从所述候选中继节点中选择所述最佳中继节点。
21.根据权利要求20所述的通信装置，其中，所述处理单元进一步被配置用于通过下式实现所述最佳中继节点的选择:
22.根据权利要求15所述的通信装置，进一步包括发送单元，所述发送单元被配置用于向所述多个中继节点发送广播消息以通知所选择的最佳中继节点。
23.一种用于中继网络的中继装置，所述中继网络包括源节点、目的节点和多个中继节点，所述中继装置用在每一个所述中继节点处，所述中继装置包括: 发送单元，所述发送单元被配置用于向所述目的节点发送导频信息，其中所述导频信息至少包括从所述源节点到所述中继装置所对应的中继节点的第一信道状态信息；以及如果所述中继装置所对应的中继节点在一个时隙中被选择为最佳中继节点，则在该时隙中向所述目的节点转发在上一个时隙中从所述源节点接收到的消息；以及 接收单元，所述接收单元被配置用于从所述源节点接收消息；以及接收从所述目的节点广播的消息，所述消息至少包括关于哪个中继节点被选择为最佳中继节点的信息。
24.根据权利要求23所述的中继装置，其中，所述接收单元进一步被配置为，如果所述中继装置所对应的中继节点在一个时隙中被选择为最佳中继节点，则在该时隙中不接收来自所述源节点的消息。
25.根据权利要求23所述的中继装置，进一步包括处理单元，所述处理单元被配置为，如果所述中继装置所对应的中继节点在一个时隙中未被选择为最佳中继节点，则在该时隙中执行联合信号的干扰对准处理。
26.根据权利要求25所述的中继装置，所述处理单元进一步被配置为，当所述中继装置所对应的中继节点未被选择为最佳中继节点时，通过下式来确定干扰子空间:
27.根据权利要求26所述的中继装置，所述处理单元进一步被配置为，当所述中继装置所对应的中继节点未被选择为最佳中继节点时，通过下述两个等式确定所述源节点的预编矩阵Vs和所选择的最佳中继节点的预编矩阵Vm:
【文档编号】H04B7/15GK103634040SQ201210306831
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】韩玉洁, 熊芝兰, 杨红卫, 刘建国 申请人:上海贝尔股份有限公司