为双向中继在物理层中组合分组的制作方法

专利名称：为双向中继在物理层中组合分组的制作方法
为双向中继在物理层中组合分组
背景技术：
所要求权利的本发明的实现，主要可涉及无线通信，并且特别涉及 无线节点之间分组的双向中继。
无线中继站已被提议在无线通信网络中用于扩展传统基站的覆盖。 这些中继的基本功能可以是将分组从基站中继到终端订户站，反之亦然。 这种双向功能可被称为"双向中继"。同样，在无线网格网络中，无线接 入点可用作中继，例如在有线线路网络和终端用户之间。利用中继来增 加频谱效率是系统设计者重点考虑的。
最近已提出一种方案以增加无线网络中的吞吐量，其方式是通过由 中继站来组合两个节点互相发送的分组。组合分组由中继站传输给双方 节点，节点将它正确的解码以恢复"它们的"分组。这个方案典型地出
现在々某体访问控制器(MAC)层或者在ISO七层开放系统互联(OSI)网 络模型中的更高层，并且因此被称为"网络编码"。
但是，这种网络编码当被常规地实现时，可能因为各种原因而不是 最优的。


结合于本说明书中并构成其一部分的附图示出与本发明的原理一致 的一个或多个实现，并且和说明书一起解释这些实现。附图不一定成比 例，相反重点在于示出本发明的原理。在这些图中，
图1示出根据一些实现的无线通信系统的示例；
图2示出图1的无线通信系统中的示例节点；
图3A示出中继节点传输两个分组的方法；
图3B和3C和无念性地示出图3A的方法的示例；图4A示出从中继节点接收信息的方法；
图4B和4C概念性地示出图4A的方法的示例；以及
图5概念性地示出图3和图4中概述的方案的性能优点。
具体实施例
以下详细的描述涉及附图。相同的引用标号可能被用在不同的图中 以标识相同或相似的元件。在下面的描述中，出于解释而非限制的目的， 陈述了具体的细节，例如特定的结构、架构、接口、技术等，以便提供 对要求权利的本发明的各方面的透彻理解。然而，受益于本公开的本领 域的技术人员显而易见的是，要求权利的本发明的各个方面可在脱离这 些具体细节的其它示例中实施。在某些情况下，众所周知的装置、电路 和方法的描述被省略，以免不必要的细节混淆本发明的描述。
图1是示出根据符合本发明原理的一个实现的无线系统100的示例 的图。系统IOO可包括第一节点110、第二节点120、以及中继节点130。 系统100，其可以是自组织网络，还可包括无线和/或有线的其它节点(未 示出)。在一些实现中，第一节点IIO可以包括基站，和/或第二节点120 可以包括订户或移动台。然而应当注意到，第一和第二节点110/120可 以是在无线系统100中通常可见的节点的类型或任意组合。
中继节点130可定位在第一节点IIO和第二节点120之间，但是中 继节点130不需要沿着第一节点110和第二节点120之间的最短距离线 路定位。通常，中继节点130可能，例如，相比第二节点120更接近于 第一节点110。
中继节点130可经通信信道Rl与第一节点110通信，通信信道Rl 可具有相关联的容量或带宽。中继节点130可经通信信道R2与第二节点 120通信，通信信道R2可具有与信道R1不同的相关联的容量或带宽，但 是在一些情况下它与信道R1的容量或带宽可以是相似的。
信道R1和R1可以是无线的、光的、有线的和/或适合于节点之间的 通信的其它格式(或以上的任意组合)。在这些参数中，中继节点130处的传输实际上一般是广播的，因为两个接收者(如节点110/120)能大概 同时听到它。节点之间的点到点通信根据信道条件继续进行信息比特的 编码，并且然后从比特映射到调制点。在无线通信中，调制可包括8QAM、 16QAM等。在有线(或其它非无线)通信中，调制可包括开关键控(on-off keying )('0，映射到'关，，'1，映射到'开，)、脉冲位置调制、脉冲 幅度调制(PAM)等。PAM典型地用于以太网。如果两个信道R1和R2具 有不同的链路质量，则本文所述的方案可获得比其它方法更好的性能， 不管信道Rl和R2是否是无线的。
图2示出无线通信系统中100中的示例节点110/120/130。节点 110/120/130可包括物理层(PHY) 210、接口 220、媒体访问控制器(MAC) 230以及一个或多个更高层240。在一些实现中，元件210-240的一个或 多个可以不在节点中出现。在一些实现中，元件210-240的一个或多个 可以是单个装置的功能组件，它们在图2中所示是分离的并不一定表示 元件210-240是物理分离的组件，尽管它们有可能是。
PHY 210可定义电的、机械的、过程的和功能的规范，以用于激活、 维护、以及去激活节点之间的物理链路(如Rl和/或R2 )。 PHY 210可定 义特性，例如电压水平、电压变化的时序、物理数据速率、最大传输距 离、和/或物理连接器。在一些实现中，PHY 210可包括对于与其它节点 物理通信必要的电5^，包括例如一个或多个天线(如定向天线和/或全向 天线)、功率放大器、解调器、解码器等。此外，如下更详细所述，PHY210 还可包括执行信息的块(chunk)或分组的组合(和/或去组合)的电路 或逻辑。
在一些实现中，PHY 210可包括无线局域网(WAN)收发器，例如支 持电气和电子工程师协会(IEEE)无线通信标准(如IEEE 802. lla/b/g 或IEEE 802. 16 )或另一个类似使用的射频(RF)协议的收发器。在一些 实现中，PHY210可包括蜂窝收发器，如支持所谓的3G或4G蜂窝通信协 议，例如全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线电服务(GPRS)、增强 数据GSM环境(EDGE )、欧洲电信标准协会(ETSI )、宽带CDMA (WCDMA )、长期演进(LTE)(如，超3G)、或高速下行链路分组接入(HSDPA)的蜂 窝收发器，然而支持不同于这些协议的其它RF协议的蜂窝收发器是可能 的且可预见的。然而，对于非无线通信，PHY 210可包括合适的电和/或 光收发器。
作为0SI系统中的典型情况，PHY210可经^接口 220耦合到MAC 230。 在一些实现中，接口 220可包括媒体独立接口 (Mil)或附加单元接口 (AUI),或在无线(或有线)通信系统中的物理层和Jf某体控制层之间典型 可见的关于其的任何变型。
MAC 230可包括定义可如何访问物理信道(如Rl和/或R2)的电路 或软件功能性。MAC 230可提供例如错误控制的有限形式，特别是用于定 义媒体访问控制级目的地和更高层访问机制的任何报头信息。MAC 230还 可执行通常由OSI系统中的数据层的媒体访问控制部分执行的其它功能。
更高层240可包括网络层、传输层、会话层、表示层或应用层中的 任何或所有。这些层在典型OSI系统中(并且特别是在无线通信系统中) 可执行一般与它们相关联的功能。
图3A示出由中继节点130传输来自第一和第二节点110/120的两个 分组的方法。尽管为了易于说明而参照图1和/或图2来描述，但图3A 中描述的方案不应^^见为受限于这些其它图的细节。
作为前导事件，中继节点130已经从第一节点110和第二节点120 接收两个分组，其目的地分别为第二节点120和第一节点110。本方法可 开始于中继节点130将两个分组/人MAC层230转换到PHY层210[动作 310]。这种分组转换可例如经接口 220进行。在动作310中转换后，中 继节点130的后续处理可在PHY层210中进行。
处理可继续，其中中继节点130根据中继节点130和分组各自的目 的地节点之间的信道(如R1和R2)独立地将两个分组编码[动作320]。 例如，如果第一分组的目的地是第一节点110，其可根据中继节点130和 第一节点110之间的信道R1在PHY 210中^f皮编码。类似地，如果第二分 组的目的地是第二节点120,其可根据中继节点130和第二节点120之间的信道R2在PHY 210中^L编码。以这种方式，PHY层分组可才艮据到它们 各自目的地节点110/120的路径或通信信道的细节而在动作320中独立 编码。虽然第一和第二分组可大概同时被编码，但是中继节点130可在 可用时将它们编码，例如，>&来自节点110/120的分组的队列可用时。
用于在动作320中编码第一和第二分组的示例方案包括线性分组码、 巻积码、低密度奇偶检验(LDPC)码，然而所要求权利的本发明并不受 限于此方面。
中继节点130的PHY 210可组合已编码的第一和第二分组以产生组 合编码分组[动作330]。这种组合可包括逻辑组合，如按比特异或(XOR )， 但是不受限于此。动作330中的组合可包括任何逻辑、算法、或任何其 它的两个已编码分组的映射或组合方案，从其可恢复一个分组(例如， 由目的地节点110/120来恢复)，假设给出另一个分组(如，由目的地节 点发送的分组)的知识的话。尽管动作330中的这类组合可包括逻辑按 比特运算，例如按比特XOR，但它们并不限于按比特组合或逻辑组合。
组合编码分组可经PHY 210映射到一个或多个星座符号以准备用于 传输[动作340]。此类映射可包括，例如，正交幅度调制(QAM)，例如在 频分复用(FDM)方案中。例如，正交FDM调制(OFDM)可在每个子载波 上使用QAM，尽管所要求权利的本发明不受限于此方面。
此方法可继续，其中中继节点130将符号传输到第一节点110和第 二节点120[动作350]。在一个实现中，中继节点130可在它与第一和第 二节点110/120之间的两个通信信道(如Rl和R2 )上广播表示组合编码 分组的符号。在一个实现中，中继节点130可一般地(如，全向地)广 播表示组合编码分组的符号而不考虑任何特定目的地。在任何情况下， 在动作350中，符号的公共集合被传输到两个节点110和120,其将由接 收节点进行合适的解码。
图3B概念性地示出图3A的方法的一个例子。在图3B中，pktl是目 的地为第一节点110的分组，pkt2是目的地为第二节点120的分组。在 动作310中，pktl和pkt2可从MAC层转换到PHY层。在动作320中，pktl可根据它的传输信道来编码以形成编码的PHY-pktl。还是在动作320中， pkt2可^4居它的传^T信道来编码以形成编码的PHY-pkt2。
在图3B的动作330中，PHY-pktl和PHY-pkt2可被组合(如被X0R ) 以形成组合的PHY-pkt。这个组合的PHY-pkt可随后被映射到符号以用于 动作340中的传输。虽然没有明确地显示在图3B中，但是还可发生动作 350，即通过中继节点130的符号的传输。从图3B还可看出，动作320-350 发生在PHY层中，如PHY层210。
图3C概念性地示出图3A的方法的另一个例子。在图3C中，pktl是 目的地为第一节点110的分组，而pkt2是目的地为第二节点120的分组。 转换动作310已经执行以获取pktl(xn,…,x!k)和pkt2(x21,...，x2k)。在动 作320中，pktl可根据其传输信道Rl来编码以形成编码的 PHY-pktl (au，...,alk)。还是在动作320中，pkt2可根据其传输信道R2来 编码以形成编码的PHY-pkt2 (b ,...blk)。
在图3C的动作330中，PHY-pktl (alv..,an)和PHY-pkt2 (b!，…bj可以 是按比特组合的(如，被XOR)以形成组合PHY-pkt(d，...Cn)。该组合 PHY-pkt随后在动作340中可映射到QAM点并在动作350中传输到第一和 第二节点110/120。
图4A示出由第一和第二节点110/120之一从中继节点130接收分组 的方法。尽管为了易于解释而参照图1和/或2来描述，但图4A中所述 的方案不应被视为受限于这些其它图的细节。此外，示出的方法对于第 一和第二节点110/120大部分是相同的，区别在于关于动作430的專交小 方面。
本方法可开始于第一节点110和第二节点120中的一个从中继节点 130接收符号或者QAM点[动作410]。这些符号可被解映射到比特序列[动 作420]。在动作420，利用相关联的概率函数，比特序列可从接收的符 号来估计。
接下来，接收节点可将估计的比特序列和它发送到中继节点130的 PHY-分组组合[动作430]。在概念上来说，此组合是中继节点130在动作330中执行的生成组合分组的组合的相反或相对。动作430的目标是使用 它发送的分组(例如，如果接收节点是第二节点120，则是发送到第一节 点110的分组，或者如果接收节点是第一节点110，则是发送到第二节点 120的分组)从已接收(组合)的比特序列提取发送到接收节点的分组。
在一些实现中，动作430中的组合可包括类似于动作330执行的按 比特逻辑运算。在一些实现中，在动作430中，接收节点可将已接收的 比特序列和它经接收节点130发送到另一个节点的分组进行按比特XOR。 所要求权利的本发明不应当受限于此方面。将从l)已接收的比特序列、 和2)接收节点发送的PHY-分组产生目的地为该接收节点的分组的任何 功能将在动作430中满足需要。动作430中的组合实际上剥去动作330 中通过中继节点130的组合所导致的接收节点的发送分组的任何影响， 仅留下另一个节点发送的分组。
处理可继续，其中接收节点中的PHY层210解码初步的比特序列以 产生经中继节点130从另一个节点发送的PHY-分组[动作440]。接收节 点(如第一节点110或第二节点120)的PHY层210的这种解码可产生另 一个节点发送的分组的PHY层表示。最后，接收节点可将PHY-分组转换 到MAC层230中的分组[动作450]。在一些实现中，此类转换可经PHY 210 和MAC 230之间的接口 22 0进行。
图4B;f既念性地示出图4A的方法的一个例子。图4B中所示的方法由 第二节点120执行，因为与早前的约定一致,pktl是目的地为第一节点 110的分组，及pkt2是目的地为第二节点120的分组。在动作410中， 第二节点120的PHY 210可从中继节点130接收符号。在动作420中， 接收的符号可被解映射到估计的比特序列。此比特序列可对应于动作330 中由中继节点130产生的编码的组合PHY分组，其中不考虑传输错误或 信道R2的其它影响。
在图4B的动作430中，此比特序列可与PHY-pktl (第二节点120 发到第一节点110的PHY分组)组合(如被XOR)以提取对应于初步的 pkt2的比特序列。动作430中的这种组合可从中继节点130发送的接收(组合)比特序列去除pktl的任何影响。初步地对应于pkt2的该比特序 列可由PHY 210在动作440中解码，以产生PHY-pkt2。在动作450中， PHY-pkt2可/人PHY层转换到MAC层。正如/人图4B可以看出的，动作 410-440发生在PHY层中，例如在第二节点120的PHY层210中。
图4C概念性地示出图4A的方法的一个例子。为了说明的完整性， 图4C中示出的方法由第一节点IIO执行。在动作410中，第一节点IIO 的PHY 210可从中继节点130接收符号。在动作420中，接收到的符号
可被解映射到估计的矢量 它也是比特序列。该比特序列可对应
于动作330中由中继节点130产生的编码的组合PHY分组，遭受似然函 数筋,…,fj。
在图4C的动作430中，此矢量c可与矢量b(b!，...,K)(第一节点110 发送到第二节点120的PHY分组)组合(如被XOR )以提取矢量^问,…，A)，
其对应于来自第二节点120的初步的分组。动作430中的这种组合可从 中继节点130发送的接收(组合)矢量5去除发送的矢量b的任何影响。 此矢量5可由第一节点110的PHY 210在动作440中编码，以产生/人第二 节点120发送的PHY-矢量a(ai，…,an)。在动作450中，PHY-矢量a(ai，...，an) 可从PHY层转换到MAC层以获取原始MAC数据分组x(Xl,...,xn),其从第一 节点IIO发送。
以上描述的方案和/或系统可有利地将通常在MAC层和更高层上的网 络编码与PHY-层编码和处理进行组合。本文的方案通过在组合分组之前 分开地将它们编码，可分开两个PHY-层信道，并且因而可获得每一个信 道的容量。
图5概念性地示出图3A-4C中概述的方案相对于基于MAC的方案 的性能优点。在图5中，信道R1的容量表示为CR1,以及信道R2的容
量表示为CR2。出于说明的目的，Qu将低于Cr2,尽管在一些实现中相
反的情况可以为真。因为本文描述的方法根据其信道在PHY层中对每一 个分组分开编码(从动作320以及它的相关描述可看出)，对于沿信道 Rl到第一节点110的传输，它可获得容量Cr!或接近容量CR1,而且对于沿信道R2到第二节点120的传输，它可获得容量Cr2或接近容量Cr2。 该可获得的区域如图5中的矩形区域520所示，其中，长度表示CR2，而 高度表示CR1。
作为对比，基于MAC的网络编码方案可在MAC层中组合分组，并 可在PHY层中为两个信道来编码组合的分组。由于较低的容量信道影响 这种组合的编码，基于MAC层的方案仅可为信道Rl和R2获得两个信 道容量中的较低容量，在该例中是Qu。这个较低的基于MAC的性能的 区域如图5中的正方形区域510所示，其中Cw在边上。
前面对一个或多个实现的描述提供了图示和说明，但并不旨在穷举 或将本发明的范围限制于所公开的精确形式。根据上述教导，修改和改 变是可能的，或这些修改和改变可从本发明的各种实现的实践来获得。
例如，尽管已经提到数据的"分组"，但是本文的方案可应用于数据 的块，其不一定是基于分组的。同样，本文的方案还可应用于具有一个 或多个PHY层的网络，其不是无线的。其它合理的变化也是可能的和可 设想的。
在本申请的描述中使用的元件、动作或指令不应被-〖见为对于本发明 是关键的或必要的，除非明确地如此描述。同样，当在本文中使用时， 冠词"a"旨在包括一个或多个项目。在实质上不背离本发明的精神和原 则的情况下，对所要求权利的本发明的上述实现可作出变化和修改。所 有这些修改和变化在此处旨在被包含此公开的范围内并受所附权利要求 保护。
权利要求
1、一种将两个分组传输到两个不同节点的方法，包括根据第一信道编码第一分组以获得编码的第一分组；根据不同于所述第一信道的第二信道编码第二分组以获得编码的第二分组；组合所述编码的第一分组和所述编码的第二分组以获得组合编码分组；将所述组合编码分组映射到符号以用于传输；以及在所述第一信道和所述第二信道上将所述符号传输到所述两个不同节点。
2、 如权利要求l所述的方法，其中所述编码所述第一分组和所述编 码所述第二分组在物理层中执行。
3、 如权利要求l所述的方法，其中所述组合包括 逻辑地组合所述编码的第 一分组和所述编码的第二分组以获得所述组合编码分组。
4、 如权利要求3所述的方法，其中所述逻辑地组合包括异或所述编码的第 一分组和所述编码的第二分组以获得所述组合编 码分组。
5、 如权利要求l所述的方法，其中所述映射包括 将所述组合编码分组变换到一个或多个正交幅度调制符号。
6、 如权利要求1所述的方法，还包括在所述编码所述第一分组之前从媒体访问控制层转换所述第一分 组；以及在所述编码所述第二分组之前从所述媒体访问控制层转换所述第二 分组。
7、 如权利要求l所述的方法，其中所述传输包括 以全向方式广播所述符号。
8、 一种从中继节点接收分组的方法，包括 从所述中继节点接收符号； 从所接收的符号生成第一比特序列；将所述第 一 比特序列和先前传输到所述中继节点的物理层分组进行 组合以产生第二比特序列；以及在物理层中解码所述第二比特序列以产生接收的物理层分组。
9、 如权利要求8所述的方法，其中所述组合在所述物理层中执行。
10、 如权利要求8所述的方法，其中所述组合包括 将所述第一比特序列和先前传输的所述物理层分组按比特组合以获得所述第二比特序列。
11、 如权利要求IO所述的方法，其中所述按比特组合包括 按比特异或所述第一比特序列和先前传输的所述物理层分组以获得所述第二比特序列。
12、 如权利要求8所述的方法，还包括将所述物理层中的所接收的物理层分组转换到々某体中的接收分组。
13、 如权利要求12所述的方法，其中所述转换经所述物理层和所述 媒体访问控制层之间的媒体独立接口来执行。
14、 一种无线系统中的中继节点，包括媒体访问控制器，提供来自第 一节点的第 一分组和来自第二节点的 第二分组；接口，将所述第一分组转换到第一物理层分组，并将所述第二分组 转换到第二物理层分组；以及物理层，独立地将所述第一物理层分组编码成第一编码的分组，以 及将所述第二物理层分组编码成第二编码的分组，并且将所述第一编码 的分组和所述第二编码的分组组合成组合编码分组。
15、 如权利要求14所述的中继节点，其中所述物理层设置成将所述 组合编码分组映射成符号以用于传输。
16、 如权利要求15所述的中继节点，其中所述物理层还设置成将所述符号传输到所述第 一节点和所述第二节点。
17、 如权利要求14所述的中继节点，其中所述物理层还设置成通过 逻辑地组合所述第一编码的分组和所述第二编码的分组来将所述第一编 码的分组和所述第二编码的分组组合成组合编码分组。
18、 如权利要求14所述的中继节点，还包括 连接到所述々某体访问控制器的 一 个或多个更高层。
19、 如权利要求14所述的中继节点，其中所述接口包括媒体独立接 口或者附加单元接口。
20、 一种无线系统中的节点，包括物理层，将接收的比特序列和先前传输的物理层分组组合成组合的 比特序列，并解码所述组合的比特序列以生成接收的物理层数据块；以 及接口，连接到所述物理层，将接收的物理层数据块转换成为:^某体访 问控制层格式化的第二数据块。
21、 如权利要求20所述的节点，还包括 从所述接口接收所述第二数据块的媒体访问控制器。
22、 如权利要求20所述的节点，其中所述物理层设置成以无线方式 从通信信道接收符号并且从所述符号估计所述接收的比特序列。
23、 如权利要求20所述的节点，其中所述物理层还设置成逻辑地组 合所述接收的比特序列和所述先前传输的物理层分组。
全文摘要
一种传输两个分组到两个不同节点的方法，可包括根据第一信道编码第一分组以获得编码的第一分组，以及根据不同于第一信道的第二信道编码第二分组以获得编码的第二分组。编码的第一分组和编码的第二分组可被组合以获得组合编码分组。本方法可包括将组合编码分组映射到符号以用于传输。这些符号可通过第一信道和第二信道被传输到两个不同节点。
文档编号H04L12/56GK101611598SQ200880001495
公开日2009年12月23日 申请日期2008年3月3日 优先权日2007年3月8日
发明者F·薛, S·桑杜 申请人:英特尔公司