专利名称：一种蜂窝中继网络中的下行自适应传输方法
技术领域：
本发明涉及一种蜂窝中继网络中的下行自适应传输方法，属于移动通信技术领 域。
背景技术：
随着通信业务的发展以及人们需求的增长，未来的无线通信系统需要支持高速 率、大容量。目前的蜂窝通信系统存在若干问题，小区间干扰(Inter-cell interference, 以下简称ICI)是其中较为严重的一个。尤其是位于小区边缘的用户容易受到相邻小区的 干扰，于是小区边缘用户的性能很差，这成为了制约系统整体性能的瓶颈。中继传输(Relaying)是指基站和用户之间通过中继节点采用多跳通信进行接力 传输的一种技术。对于工作在高频段(意味着高的路径损耗和穿透损耗)的下一代无线通 信系统，一方面中继的引入能够扩大系统的覆盖范围。另一方面，如果将中继放置在原有小 区的覆盖范围内(往往置于小区边缘)，还可以提高系统容量，尤其是小区边缘用户的频谱 效率。实际系统中的中继传输常采用半双工的工作模式，即上下行传输都分成两个时隙 来完成。已有的一种传统的传输方案是两跳传输(Two Hop，以下简称TH)，即在第一个时隙 基站(Base Station，以下简称BS)发送信号给中继节点(Relay Node，以下简称RN)，这条 通信链路为BR链路，此阶段用户(User Equipment，以下简称UE)不工作；中继将接收到的 信号解码后在第二个时隙将信息转发给UE,此阶段BS不工作，为RU链路。TH方案在两个 时隙中总有一个节点不参与传输，因此没有完全地利用BS-RN-UE三节点模型的全部信道 资源。TH方案实现简单，但是其性能受限于较差的那一跳链路的容量，当BR或RU其中任 意的一条通信链路受到无线信道的随机深衰落或是较强的干扰时TH方案性能不佳。
发明内容
本发明的目的是提出一种蜂窝中继网络中的下行自适应传输方法，基于信息量 合并(Information Amount Combining，以下简禾尔 IAC)禾口會邑量合并(Energy Combining， 以下简称EC)原则提出了两种下行协作传输方案，并将它们与直接传输(Direct Transmission, DT)方案作比较，综合考虑性能增益与资源开销后选择最合适的传输模式。本发明提出的蜂窝中继网络中的下行自适应传输方法，包括以下步骤(1)在蜂窝中继网络的基站和中继节点各设置多根天线；(2)蜂窝中继网络中的基站获取三条下行链路的信道信息，具体过程如下(2-1)若蜂窝中继网络的通信采用频分双工通信方式，蜂窝中继网络中的中继节 点和用户分别接收来自于蜂窝中继网络中的基站发送的下行导频信号，并根据该导频信号 估计出基站到中继节点之间的通信链路BR和基站到用户之间的通信链路BU的下行信道信 息，再通过上行信道将该下行信道信息反馈至基站；蜂窝中继网络中的用户接收来自于蜂窝中继网络中的中继节点发送的下行导频信号，并根据该导频信号估计出中继节点到用户 之间的通信链路RU的下行信道信息，再通过上行信道将该下行信道信息反馈至基站和中 继节点；(2-2)若蜂窝中继网络的通信采用时分双工通信方式，蜂窝中继网络中的用户向 蜂窝中继网络中的基站和中继节点发送上行导频信号，同时蜂窝中继网络中的中继节点向 基站发送上行导频信号，基站根据时分双工系统的信道互易性估计出基站到中继节点之间 的通信链路BR和基站到用户之间的通信链路BU的下行信道信息，中继节点根据时分双工 系统的信道互易性估计出中继节点到用户之间的通信链路RU的下行信道信息，中继节点 通过上行信道将链路RU的信道信息反馈给基站；(3)基站根据上述信道信息，分别估计蜂窝中继网络采用三种不同信号传输方式 时的通信容量，具体过程如下(3-1)若蜂窝中继网络采用基于信息量合并的中继传输方案，基站根据上述链路 BR和BU的下行信道信息分别估计出第一时隙的链路BR的信干噪比SINR^和链路BU的信 干噪比SINR/U，其中i = 1、2、. . .、L1, j = 1、2、. . .、L2, L1和L2分别为链路BR和链路BU 实际传输的数据流的数目，L1和L2的和小于或等于基站的发射天线数。中继节点根据上述
链路RU的下行信道信息估计出第二时隙的链路RU的信干噪比SINRi,其中i = 1、2.....
N，N为链路RU传输的最大数据流的数目，等于中继节点和用户的天线数量中较小的数。利用香农信息量公式，计算得到链路BR的实际通信量Rbk和链路BU的实际通信量 RBU=E^1 loSaCl + ^,βΛ), Rbu =^Jog2H+ SINR；")同样地，再计算出第二时隙的链路RU的通信容量Cru = Yj: Iog2 (1 + SINC )根据上述第一时隙的通信量Rbk和Rbu，以及第二时隙的通信容量Cku，计算得到蜂 窝中继网络采用基于信息量合并的中继传输方案时的通信容量C1为C1 = t2CEU
η BR ρ BU式中= Κ 二。它由以下两个约束条件计算得到A1Rbk = t2CEU > 0，t2 >
R + C
0，ti+t2 = 1。ti为第一时隙的传输时间，t2是第二时隙的传输时间。(3-2)若蜂窝中继网络采用基于能量合并的中继传输方案，基站根据上述链路BR
的下行信道信息估计出第一时隙下链路BR的信干噪比SINRf，其中i = 1、2.....M，M为
链路BR传输的最大数据流的数目，等于基站和中继节点天线数目的较小的数，再根据上述 链路BU的下行信道信息和链路BU的信干噪比SZiV/^"；中继节点根据上述链路RU的下行信
道信息估计出第二时隙的链路RU的信干噪比^/層严，其中j = 1、2.....N, N为链路RU传
输的最大数据流的数目，等于中继节点和用户的天线数量中较小的数。再利用香农信息量 公式，分别计算第一时隙的链路BR的通信容量CB" =Yj^ Iog2 (1 + SINR^r )以及第二时隙的通信容量为
权利要求
一种蜂窝中继网络中的下行自适应传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)在蜂窝中继网络的基站和中继节点各设置多根天线；(2)蜂窝中继网络中的基站获取三条下行链路的信道信息，具体过程如下(2 1)若蜂窝中继网络的通信采用频分双工通信方式，蜂窝中继网络中的中继节点和用户分别接收来自于蜂窝中继网络中的基站发送的下行导频信号，并根据该导频信号估计出基站到中继节点之间的通信链路BR和基站到用户之间的通信链路BU的下行信道信息，再通过上行信道将该下行信道信息反馈至基站；蜂窝中继网络中的用户接收来自于蜂窝中继网络中的中继节点发送的下行导频信号，并根据该导频信号估计出中继节点到用户之间的通信链路RU的下行信道信息，再通过上行信道将该下行信道信息反馈至基站和中继节点；(2 2)若蜂窝中继网络的通信采用时分双工通信方式，蜂窝中继网络中的用户向蜂窝中继网络中的基站和中继节点发送上行导频信号，同时蜂窝中继网络中的中继节点向基站发送上行导频信号，基站根据时分双工系统的信道互易性估计出基站到中继节点之间的通信链路BR和基站到用户之间的通信链路BU的下行信道信息，中继节点根据时分双工系统的信道互易性估计出中继节点到用户之间的通信链路RU的下行信道信息，中继节点通过上行信道将链路RU的信道信息反馈给基站；(3)基站根据上述信道信息，分别估计蜂窝中继网络采用三种不同信号传输方式时的通信容量，具体过程如下(3 1)若蜂窝中继网络采用基于信息量合并的中继传输方案，基站根据上述链路BR和BU的下行信道信息分别估计出第一时隙的链路BR的信干噪比SINRiBR和链路BU的信干噪比SINRjBU，其中i＝1、2、...、L1，j＝1、2、...、L2，L1和L2分别为链路BR和链路BU实际传输的数据流的数目，L1和L2的和小于或等于基站的发射天线数；中继节点根据上述链路RU的下行信道信息估计出第二时隙的链路RU的信干噪比其中i＝1、2、...、N，N为链路RU传输的最大数据流的数目，等于中继节点和用户的天线数量中较小的数；利用香农信息量公式，计算得到链路BR的实际通信量RBR和链路BU的实际通信量RBU <mrow><msup> <mi>R</mi> <mi>BR</mi></msup><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <msub><mi>L</mi><mn>1</mn> </msub></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msup><msub> <mi>SINR</mi> <mi>i</mi></msub><mi>BR</mi> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow> <mrow><msup> <mi>R</mi> <mi>BU</mi></msup><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <msub><mi>L</mi><mn>2</mn> </msub></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msup><msub> <mi>SINR</mi> <mi>j</mi></msub><mi>BU</mi> </msup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>同样地，再计算出第二时隙的链路RU的通信容量 <mrow><msup> <mi>C</mi> <mi>RU</mi></msup><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msubsup><mi>SINR</mi><mi>i</mi><mi>RU</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>根据上述第一时隙的通信量RBR和RBU，以及第二时隙的通信容量CRU，计算得到蜂窝中继网络采用基于信息量合并的中继传输方案时的通信容量CI为CI＝t2CRU式中它由以下两个约束条件计算得到t1RBR＝t2CRU；t1＞0，t2＞0，t1+t2＝1，t1为第一时隙的传输时间，t2是第二时隙的传输时间；(3 2)若蜂窝中继网络采用基于能量合并的中继传输方案，基站根据上述链路BR的下行信道信息估计出第一时隙下链路BR的信干噪比SINRiBR，其中i＝1、2、...、M，M为链路BR传输的最大数据流的数目，等于基站和中继节点天线数目的较小的数，再根据上述链路BU的下行信道信息和链路BU的信干噪比中继节点根据上述链路RU的下行信道信息估计出第二时隙的链路RU的信干噪比其中j＝1、2、...、N，N为链路RU传输的最大数据流的数目，等于中继节点和用户的天线数量中较小的数，再利用香农信息量公式，分别计算第一时隙的链路BR的通信容量 <mrow><msup> <mi>C</mi> <mi>BR</mi></msup><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msubsup><mi>SINR</mi><mi>i</mi><mi>BR</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>以及第二时隙的通信容量为 <mrow><mover> <msup><mi>C</mi><mi>RU</mi> </msup> <mo>‾</mo></mover><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mover><msup> <msub><mi>SINR</mi><mi>j</mi> </msub> <mi>BU</mi></msup><mo>‾</mo> </mover> <mo>+</mo> <msubsup><mi>SINR</mi><mi>j</mi><mi>RU</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中SINR(MCSx)表示蜂窝中继网络信号采用的调制编码方式为MCSx时的正确解调所需的信干噪比；根据第一时隙的通信容量和第二时隙的通信容量，计算得到蜂窝中继网络采用基于能量合并的中继传输方案时的通信容量CE为其中，它由以下两个约束条件计算得到t1＞0，t2＞0，t1+t2＝1；(3 3)若蜂窝中继网络采用直接传输方案，基站根据上述链路BU的下行信道信息估计出链路BU的接收端信干噪比其中i＝1、2、...、L，L为链路BU传输的最大数据流的数目，等于基站和中继节点的天线数量中较小的数，并利用香农信息量公式得到蜂窝中继网络的通信容量 <mrow><msub> <mi>C</mi> <mi>DT</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>L</mi></msubsup><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msubsup><mi>SINR</mi><mi>i</mi><mi>BU</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(4)基站根据上述通信容量信息，选择蜂窝中继网络的最终传输方案，具体过程如下(4 1)将基于信息量合并的中继传输方案下的通信容量与基于能量量合并的中继传输方案下的通信容量进行比较，确定与较大通信容量相对应的传输方案作为初选传输方案，即CRT＝max{CE，CI}，其中CRT为初选方案的通信容量；(4 2)设定一个中继方案的成本系数λ，0＜λ＜1，将CRT与该成本系数相乘后，与上述直接传输方案下的通信容量作比较，确定与较大通信容量相对应的传输方案作为最终的传输方案，并将该传输方案通知蜂窝中继网络中的中继节点和用户；(5)若最终的蜂窝中继网络的传输方案为基于信息量合并的中继传输方案，则在第一个时隙内蜂窝中继网络基站将数据流d传输至中继节点，将数据流传输至用户，基站对数据流d和分别进行功率分配和设计预编码，对应的信号形式为s和中继节点和用户对接收的数据流进行解码，在第二个时隙内，中继节点将数据流d传输至用户，此时对应的信号形式为s’，用户在第一时隙和第二时隙分别得到了数据流d和将数据流d和合并，获得全部的下行数据；若最终的蜂窝中继网络的传输方案为基于能量合并的中继传输方案，在第一时隙内，基站向中继节点传输所有数据D数据，与D相对应的信号记为S，中继节点对D进行解调，同时用户接收到信号S中的一部分信号，在第二时隙内，中继节点将解调的数据D转发给用户，与解码后的数据D相对应的信号记为S’，用户将接收到的S中的一部分信号与S’进行合并，若S和S’的调制方式不同，则用户分别对S和S’进行解调，并在解调之后进行比特级别的软译码合并，若S和S’的信道编码码率和调制方式都不同，则将S和S’的原始比特进行软信息合并。FSA00000256290500011.tif,FSA00000256290500024.tif,FSA00000256290500025.tif,FSA00000256290500026.tif,FSA00000256290500029.tif,FSA000002562905000210.tif,FSA000002562905000211.tif,FSA000002562905000212.tif,FSA00000256290500031.tif,FSA00000256290500033.tif,FSA00000256290500034.tif,FSA00000256290500035.tif,FSA00000256290500036.tif,FSA00000256290500037.tif
全文摘要
本发明涉及一种蜂窝中继通信系统中的下行自适应传输方法，属于移动通信技术领域。该方法首先在蜂窝中继网络的基站和中继节点各设置多根天线；基站获取三条下行链路的信道信息，并根据信道信息分别估计蜂窝中继网络采用三种不同信号传输方式时的通信容量，分别基于信息量合并和能量合并原则提出了两种下行协作传输方式，并将它们与直接传输方式作比较，综合考虑性能增益与资源开销后由基站选择恰当的传输模式。本发明方法改善了位于蜂窝小区边缘用户的通信性能，大大地发掘了中继系统三节点模型的信道潜力，能够显著提升小区边缘用户的频谱效率。
文档编号H04B7/15GK101951645SQ201010271780
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者易栗, 杨晨阳, 田亚飞, 胡文丰, 雷鸣 申请人:北京航空航天大学;日电(中国)有限公司