专利名称：一种模拟网络编码上行协作传输方法
技术领域：
本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种模拟网络编码上行协作传输方法。
背景技术：
随着新的多媒体业务的不断涌现，用户对移动通信应用的要求不断提高，传统蜂窝移动通信网络难以满足新业务的要求。为此，下一代移动通信网络GG)对相应的标准做了明确的说明以满足不断涌现的多媒体业务，如增强的峰值速率以支持新的业务和应用， 例如多媒体(需要在高移动性下支持100Mbps，低移动性下支持mbps)；另一方面，由于无线传输的多径衰落特性，处于边缘用户的通信质量以及传输可靠性等难以得到保障，同时也需要增大相应基站的发射功率，使得功耗利用率较低。为了进一步提高传输覆盖范围和系统的频谱效率，目前最有效的解决方案主要有两类多天线技术和中继协作技术。多天线技术主要采用多输入多输出MIMO技术，以及相关派生出来的虚拟MIMO技术，用以提升系统的吞吐量。但针对现有仅配备单天线的移动终端来说，多天线技术难以得到有效的推广及应用，同时MIMO技术对各天线之间的距离有较为严格的要求才能获得较好的性能，这对于灵巧方便携带的移动终端来说也是一个巨大的挑战。协作中继技术与传统蜂窝网相比在覆盖效率、运营成本以及传输容量等三个方面具有显著的优势。目前，协作中继通信技术已在 WiMax, WINNER和3GPP等通信标准中得到深入地研究，具有极其广阔的应用前景。对传统的协作中继技术来说，由于一般中继都是采用半双工方式，中继无法同时接收并转发信号，因此相应的频谱利用率较低，使得协作中继技术的应用存在固有的缺陷。 然而，近年来所提出的网络编码技术可以很好的与协作中继技术相结合，使得整个系统的频谱利用率和吞吐率得到显著的改善，因此受到了广泛关注和重视，相应的基于网络编码的标准方案也受到了国际标准组织一定程度上的关注和重视。但由于大多数方案几乎都是基于传统有线网络中的网络编码技术，而无线网络和有线网络存在巨大的差异，因此相应的方案并未被相应的标准组织所采纳。在此基础上，物理层网络编码应运而生。与传统网络编码相比较，物理层网络编码针对无线电磁波广播的特点，将传统无线网络中的信号相互之间的叠加作为网络编码操作的一部分，再加上相应的物理层信号处理技术，使得终端都能够解码恢复出预想得到的信息，这打破了原有无线通信中将信号之间的相互叠加作为一种危害而加以摈弃，并采用相应干扰避免策略加以控制的传统方式。因此，物理层网络编码技术与协作通信相结合是一个具有巨大潜力的研究和应用领域，它可以有效提升系统的吞吐量、可靠性，并可有效解决传统中继半双工所带来的固有缺陷，进一步提升频谱效率。但就目前来说，物理层网络编码涉及到相应的信号处理机制以及相应的技术实现等困难，目前还没有相应的实际验证测试
D ο模拟网络编码主要针对放大转发型的中继，接收到叠加的信号无需相应的调制解调与映射机制实现相应的编码与解码，而是将无线电磁波的天然叠加作为网络编码操作的一部分，中继点只需要对接收的叠加信号进行放大转发以保证目的接收机能够正确接收，同时由于中继点只是需要做简单的处理而无需对接收到的信号进行联合解码或分别解码， 并不会显著增大中继的开销。因此，对于无线协作中继场景，基于模拟网络编码的协作中继传输策略可以极大地提高系统的吞吐量以及传输效率。假定处于基站覆盖范围内有η个单天线终端用户，在用户与基站之间存在一个具有模拟网络编码功能的中继节点，在传统多址接入方式条件下，传统协作传输机制需要占用2η个时隙才能完成η个终端用户的上行协作传输，每个终端用户需要耗费2个时隙完成信号的上行传输(主要包括第一阶段终端用户与基站和中继节点的传输以及第二阶段中继对收到的信号做放大转发)。在整个过程中实际上只有η个时隙用于终端用户与基站之间的传输，而另外η个时隙用于中继节点与基站之间信号的转发以实现协作传输。显然对于带宽和功率受限的未来无线通信系统来说，这种方式系统的频谱利用率是极其低下的。为了降低中继节点与基站之间的交互时隙数，模拟网络编码可以将接收到的η个终端用户的信号进行编码之后，再由中继节点在一个时隙内转发给基站，基站结合前面η 个时隙所接收到的信号，对中继节点转发的模拟网络编码叠加信号进行解码以恢复出想要的信息，整个过程只需η+1个时隙便可完成一轮终端用户的上行协作传输，较传统方式节约了 η-1个时隙，同时基站对每个用户也可以实现接收2阶分集增益。因此，在中继节点引入模拟网络编码可以显著提升信号带宽的利用率以及系统的吞吐量。尽管基于模拟网络编码的协作传输机制可以有效的提升频谱效率以及系统的吞吐量，但由于中继节点对接收到的信号只是做简单的处理，以及模拟网络编码本身固有的缺陷，因此存在如下一些问题1)从基站角度来说，它负责接收不同终端用户所发送来的直传链路信号和中继节点经过模拟网络编码后所转发过来的叠加信号。中继节点所转发来的叠加信号除包含想要恢复出的有效信号外，还包含各个终端用户信号的叠加，因此，接收需要消耗额外的功率， 即中继节点须引入相应的功率放大因子以保证基站的有效接收，这必然带来一定的功率损失。2)中继节点采用模拟网络编码方式实现协作上行传输，在信号传输过程中存在噪声，因此中继节点采用模拟网络编码进行信号之间叠加的同时，相应的噪声也会累积传播， 使得有效的信噪比显著恶化，这必将增加基站正确解码恢复出信号的难度，最终导致所获得的性能增益与理论值存在较大的差异。为了有效解决以上问题，使得模拟网络编码在上行协作传输中更具有实际的应用潜力，必须采用合理的设计以及引入相应的机制以降低这些因素对性能的影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中传统网络编码在无线中继协作中无法有效应用的问题，提出了一种有效的模拟网络编码上行协作传输方法，针对基于模拟网络编码的上行协作中继场景，降低模拟网络编码引入所带来的噪声传播对系统性能的影响。(二)技术方案为此，本发明具体地采用如下技术方案进行
权利要求
1. 一种模拟网络编码上行协作传输方法，其特征在于，所述方法包括步骤 Si，在前η个时隙内，各终端用Psi分别在各自的一个时隙内完成信号到中继节点R和基站BS的传输，具体地，ysfi = ^1SiRxI + zR ^S-BS = ^1Si-BSxI + 2BS其中JsA、A-M分别表示第i个终端用户发送给中继节点R和基站BS的信号， hS1R、^―M分别表示第i个终端用户与中继节点R和基站BS间的信道传输增益，ZE,ZBS分别表示中继节点R和基站BS对各信道传输所带来的噪声，η为终端用户个数；S2，当终端用户在前η个时隙内完成传输后，中继节点R对接收到的各终端用户信号运用模拟网络编码实现信号的叠加，得到编码后的叠加信号A^m2UuLAiW， ^(^υ^υ.,.υ^)^ = ysXR + ys2n + …+ysnR ；S3，叠加信号J^L^UuL^w经过THP预编码均衡处理以降低传输信号的功率放大，处理后的叠加信号yK_BS为yR-BS = ^(S1US2U-USJfi +Ixt ,其中，t为任意的正实数，1为整数，β为功率放大因子； S4,中继节点R向基站BS转发所述处理后的叠加信号yK_BS ； S5，基站BS处接收到中继节点R转发过来的叠加信号实际为y E-BS — hE-BSyE-BS+ZBS ；S6，基站BS根据前η个时隙接收到的直传信号，过滤掉无用的信号，再经过预编码逆操作恢复出特定终端用户Si的信号f _ ηιιni_ y^j^i ^ ^1R-BS ^1SjR)/Si = PnR-BSnSiRxI 十 ZBS 十 nPnR-BSzR — ^jSjES 7ZBS^Sj-BS
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当η个终端用户的发送信号均服从 ("t/2, t/2]上的均勻分布时，所述功率放大因子β = 1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在与基站BS之间存在直传链路的且距离中继较近的用户对之中实施所述模拟网络编码上行协作传输方法。
全文摘要
本发明涉及移动通信技术领域，提供了一种模拟网络编码上行协作传输方法，该方法可以有效降低中继转发的功率放大因子，并降低模拟网络编码引入所带来的噪声传播累积，奠定了模拟网络编码应用于协作中继传输的可行性和有效性。本发明的方法只需要在中继处引入相应的预编码、放大转发操作和基站的解码恢复等操作，并不需要更改终端用户的相应设计，因此应用可行性和潜力较高，可应用于上行协作中继传输策略中，以及其他的协作中继场景中。
文档编号H04L1/00GK102185679SQ20111011595
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者丁宇贞, 原泉, 周亚建, 赵明峰, 高富 申请人:北京邮电大学