专利名称：节点和无线通信网络、资源分配方法、信息无错传输方法
技术领域：
本发明的实施例涉及无线通信网络的领域，更具体地讲，涉及包括发送器、中继站和接收器的无线通信网络，其中提供中继站以用于把从发送器发射的信息转发到接收器。 更具体地讲，本发明的实施例涉及一种在从中继站到接收器的信息的重发的情况下用于无线通信网络中资源分配的方法，例如使用中继台或中继站并根据HARQ协议(HARQ =混合自动重复请求)工作的系统中的自适应资源分配。
背景技术：
在常规无线通信网络(例如，蜂窝系统)中，中继台或中继站用于支持蜂窝系统的发送器(源)和接收器(目的地)之间的通信。包括中继站的蜂窝系统可支持HARQ协议。 在这种方案中，源经例如中继站把信息发射到目的地，码率与源和中继站之间的信道(第一跃距)匹配。目的地既可直接从源接收信号，又可经中继站接收信号。信号在目的地被组合并解码。在目的地无法对接收的信号解码的情况下，发出否定确认消息(NAK消息-否定确认消息)。响应于NAK消息，根据HARQ协议启动重发。在已知系统中，在这种否定确认的情况下，控制中继站而非源以执行重发。如果中继站和目的地之间的信道(第二跃距)好于(例如，具有更好的信道质量)源和目的地之间的直接信道(这是很可能出现的情况)， 则这可以是有益的。在基于包的无线电通信网络中，HARQ协议是通过请求任何错误解码的包数据的重发允许无错传输的重要方法。已知的HARQ协议/方案是Chase合并(CC)方案和递增冗余(IR)方案。根据信息理论，强壮的编码(像是，例如turbo码或LDPC码)的成功解码意味着信道的互信息(MI) (I (X ；Y))大于码率(R。)，其中I (X ；Y)的行为取决于SNR(SNR =信噪比)，即I (X ；Y) = f (SNR)。使用HARQ协议允许错误解码的包或信号的重发，由此增大I (X ； Y)以超过码率R。。图1表示互信息I (X，Y)与源和目的地之间的距离的关系。图1㈧示意性地表示源S和目的地D。在上行链路的情况下，源可以是用户装备UE，目的地可以是基站eNB。互信息I (X，Y)定义在位置X离开源S并在位置Y到达目的地D的平均信息。因此，互信息 I(X, Y)应该处于最大值。为了确保在目的地成功解码，互信息I (X，Y)需要大于码率R。。 图I(B)描绘取决于源和目的地之间的距离的互信息I (X，Y)的过程的图形表示。可以看出，源和目的地之间的距离越长，互信息I (X ；Y)越低，在某个点，它变得低于由码率设置的阈值民。在该阈值下方，在目的地的解码将会失败。HARQ方案是这样一种方案允许将会导致互信息I (X ；Y)的增大的重发，由此超过R。并且由此允许更长的源和目的地之间的距
1 OUS 7，697，948B2描述一种使用HARQ方案但不使用中继站重发位的方法。US 2007/0190934A1描述一种使用根据基于互信息MI选择的特定中继模式工作的中继站的通信系统。然而，未描述 HARQ 协议。Y. Qi，R. Hoshyar 和 R Tafazolli 在 IEEE ICC 2009 的 "On thePerformance of HARQ with Hybrid Relaying Schemes，” 巾—禾中i^M巾·立占和HARQ协议的无线通信系统。互信息用于在两个预设中继功能之间切换。因此，在使用中继站并根据HARQ协议工作的现有技术系统中，中继站在中继站处于合适位置的假设下仅用于重发以正确地对能够随后重发的整个码字解码。未考虑重发所需的资源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在需要从中继站到接收器的信息的重发的情况下用于无线通信系统中资源的分配的方法。该目的由权利要求I的方法和权利要求5的节点实现。本发明的实施例提供一种在从中继站到接收器的信息的重发的情况下用于无线通信网络中资源分配的方法，该无线通信网络包括发送器、中继站和接收器，该方法包括基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。本发明的实施例提供一种无线通信网络中的节点，该无线通信网络包括发送器、 中继站和接收器，该节点包括处理器，构造为在从中继站向接收器重发的情况下分配资源，其中所述处理器构造为基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。实施例提供一种用于无线通信网络的发送器和接收器之间的信息的无错传输的方法，该无线通信网络还包括中继站，该方法包括从发送器向接收器发送码字，在接收器错误地检测码字的情况下，请求从中继站重发信息，根据本发明的方法分配用于由中继站执行的重发的资源，使用分配的资源执行从中继站到接收器的重发以利用预定义概率对重发之后的 Ih息解码。实施例提供一种无线通信网络，包括发送器；接收器，构造为从发送器接收码字并在错误地检测该码字的情况下请求重发；中继站，构造为在接收器错误地检测码字的情况下引起信息的重发，其中所述发送器、接收器和中继站中的至少一个构造为根据本发明实施例的节本发明的另一实施例提供一种包括程序的计算机程序产品，该程序包括由计算机可读介质存储的指令，当在计算机上运行该程序时所述指令执行根据本发明实施例的方法。根据本发明的实施例，在中继站或者在无线通信网络中的任何其它节点确定所述资源，其中在无线通信网络中的任何其它节点确定所述资源的情况下，该方法还包括把用于重发的资源通知给中继站。根据本发明的实施例，所述发送器或源可构造为把码字发送给接收器或目的地， 其中在接收器错误地对码字解码的情况下请求重发，其中由中继站向接收器重发信息以在接收器利用预定义概率对重发之后的码字解码。根据实施例，所述中继信道可包括发送器和接收器之间的信道、发送器和中继站之间的信道以及中继站和接收器之间的信道中的至少一个。所述中继信道可包括发送器和中继站之间的信道以及发送器和接收器之间的信道与中继站和接收器之间的信道中的至少一个。根据实施例，在信道质量的基础上描述所述中继信道或者表征所述中继信道，可在中继信道的互信息(MI)、概率密度函数(pdf)或对数似然比(LLR)的基础上确定所述信道质量。在中继站实现的中继功能可包括任何任意选择的中继功能，例如检测转发(DetF) 功能、解码转发(DF)功能、估计转发(EF)功能以及放大转发(AF)功能。EF在这里是指码元的条件平均数的发送。根据实施例，使用混合自动重复请求发送所述码字，其中所述资源是由中继站执行重发的位的数量或功率。根据这个实施例，可使用用于初始发送的位的一部分的重发的 chase合并(CC)方案或者用于原始码字的不同位的重发的递增冗余(IR)方案。在这种情况下，考虑的中继信道可包括发送器和中继站之间、发送器和接收器之间以及中继站和接收器之间的信道，其中每个信道由它的信噪比(SNR)描述。重发的位的数量与初始发送的位的数量之比如下在IR 的情况下p > (Rc-f (SNRsd) /f (SNRse, SNRed)，在CC 的情况下p > (Rc-f (SNRsd) /f (SNRse, SNRsd, SNRed) -f (SNRsd))，其中P =重发的位的数量与初始发送的位的数量之比，Re =初始发送的码率，SNRsd =发送器和接收器之间的信道的信噪比，SNRse =发送器和中继站之间的信道的信噪比，SNRed =中继站和接收器之间的信道的信噪比，f (SNR)=描述取决于一个或多个信道的SNR值的互信息的函数。当与常规方案相比时，根据本发明的实施例，提供了一种允许优化在中继站的资源使用的在中继站的资源分配的改进方法。选择中继发送的码率以使目的地能够成功地对总体码字解码，但不会超过所需的程度以避免资源的浪费，从而根据本发明的实施例，实现由中继站发送的位的数量的智能协调。在中继站中执行的中继功能的基础上以及在中继信道的基础上确定重发所需的资源(例如，位的数量或功率)。此外，可考虑在中继站未进行成功解码的情况，因为在初始发送的码率选择得太高的情况下，中继站将不会在发送中起作用。另一方面，能够应用信道解码的中继站可能太复杂或者功耗太大。根据实施例，本发明提供了一种根据特征在于源、目的地和中继站之间的一个或多个信道的SNR值以及中继功能(例如，AF功能或EF功能)的系统的状态在请求重发的情况下在HARQ方案中确定将要由中继站另外发送的代码位的最小数量的方法。更具体地讲， 根据这个实施例，提出一种获得在来自目的地的NAK消息的情况下由中继台发送的另外的位的数量的方法。另外的位的数量取决于所有涉及的信道的状态(例如，基于SNR)以及取决于中继站的功能(取决于应用放大转发(AF)功能、检测转发(DetF)功能还是估计转发 (EF)功能)。自然地，可以扩展至其它中继功能。本发明的实施例优于常规方法，因为可以节省大量物理资源，这与现有技术的状态相比可导致更高吞吐量。更高吞吐量在经济上是有益的，因为任何一个用户能够接收更高的数据速率或者对于固定数据速率能够减小所需的发送功率。
以下将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例，其中图I表示互信息或转移信息I (X，Y)与源和目的地之间的距离的关系，其中图2 (A) 示意性地表示源S和目的地D，其中图2(B)描绘取决于源和目的地之间的距离的互信息 I (X, Y)的过程的图形表示；图2显示具有源、目的地和中继站的三终端系统的系统模型；图3表示帧差错率(FER)和所需资源之间的权衡，其中图3 (A)描述差错率性能， 其中图3(B)描述重发的资源的减少，其中图3(C)描述吞吐量性能；图4描述根据本发明的方法的改进，其中图4(A)示意性地描述图2的系统，其中图4(B)表示改进；图5是显示由使用DetF中继功能的中继站重发的位的最佳比例的曲线图；图6是显示由使用AF中继功能的中继站重发的位的最佳比例的曲线图；图7是显示由使用EF中继功能的中继站重发的位的最佳比例的曲线图；图8是显示应用没有信道解码的AF中继功能、DetF中继功能或EF中继功能的中继站的有效码率以及具有中继站和没有中继站的有效码率之比的曲线图。
具体实施例方式现在将在如图2中所示的无线通信系统的基础上描述本发明的实施例。图2显示三终端系统的系统模型。该系统包括源100，例如用户装备UE ;目的地 102，例如基站eNB ;和中继站或中继节点(RN) 104。在源100，如方框100’所示，将要向目的地102发送的信号d(例如，码字或者包)由信道编码器C编码并由调制器A调制以输出源信号xs。如图2中示意性所示，第一信道106存在于源100和目的地102之间，以使得在目的地102接收发送的源信号ySD。该无线通信系统还包括源100和中继站104之间的第二信道(第一跃距)108。经信道108，中继站104接收信号ySK，信号ySK是经第二信道108从源 100发送到中继站104的源信号。如方框104’中所示，中继站104接收信号ySK。中继站 104可构造为在信道解码器CT1执行信道解码，在信道解码器CT1后面跟着中继功能f (ySK)， 中继功能f (ySK)产生经第三信道(第二跃距)110向目的地102发送的中继站信号xK，除了发送的源信号ySK之外目的地102还接收发送的中继站信号ysD。在目的地，如方框102’示意性所示，发送的源信号ySD和发送的中继站信号yKD由组合器COMB组合并且对组合的信号进行信道解码以产生发送的信息信号d。源100、目的地102和中继站104的方框100’、 102’和104’分别可包括用于执行上述各信号的信号处理的处理器装置。图2显示包括“类型2中继”的系统结构，即使用经第一信道106的直接路径以及经信道108和110并且经中继站104的中继路径的系统结构，其中这两种路径都由目的地 102接收并且可通过TDD (时分双工)或者FDD (频分双工)被分离。在中继站104，可使用多种方案，例如，一种方案是在中继站不使用任何解码，从而方框C—1可以是可选的，这产生简单而便宜的中继站104。中继功能f(ySK)或中继协议可包括任何已知协议，例如放大转发 (AF)协议、检测转发(DetF)协议和估计转发(EF)协议。此外，可使用REL-10LTE(LTE-高级)中继站。
当使用例如如图2中所示的中继站向目的地或接收器重发信息时，问题在于中继站应该重发多少另外的位。如果在接收器的互信息仅稍微小于所希望的MI，则与源或发送器的初始发送中相同的数量的位的发送将会是资源的浪费。然而，如果位的数量选择得太少，则解码可能再次失败并且需要另外的发送，这增加了延迟。考虑到中继站上的复杂链路，所需的另外的位的最小数量的计算不是简单的任务并且应该考虑其它要点，例如使计算保持简单以使其可容易应用于通信系统中。本发明提供一种在考虑了中继链路的参数的情况下获得将要重发的位的最小数量的简单方法。例如，所需的参数是两种链路(即，经中继站的源和目的地之间的链路或信道以及源和目的地之间的直接链路或信道)上的中继功能(AF、DETF或EF)和SNR。基于这些参数，能够计算取决于重发的位的数量的链路的有效互信息(MI)。考虑对于强壮的编码(例如，turbo码)可实现成功的解码的事实，当输入信号的MI大于码率时，根据以下更详细的讨论，利用单个公式能够计算重发的位的最小数量。输入信号的MI增大，通常，通过对将要重发的位删余(puncture)能够调节MI或 I(X;Y)。因此，通过调整位的比例，能够找到帧差错率(FER)和资源使用之间的权衡。难题在于，如何在考虑到FER和所需资源之间的权衡的情况下确定重发的位的数量。图3表示这种情况。其中图3(A)描述所获得的差错率性能，图3(B)描述重发的资源的减少，图3(C) 描述吞吐量性能。从图3 (A)和3(B)可以看出，节省用于重发的资源越少，差错率性能越好， 反之亦然，节省资源越多，差错率性能变得越差。从图3(C)可以得出，最佳吞吐量性能是差错率性能和需要重发的资源的最大值和最小值之间的某处。例如，在码率Rc = 0. 5并且信噪比SNR = OdB并且互信息I (X ；Y) = 0. 48的情况下，整个码字的重发将会是资源的浪费，因为仅需要数据的一部分以实现0. 02的另外的 MI。尽管已知现有技术资源优化方案，但需要注意的是，这种方案不适合使用中继站的系统，更具体地讲，现有技术在重发的情况下为了资源优化而不建议考虑中继信道和中继功能。本发明的实施例提供在重发的情况下所需的总体资源(例如，位的数量或重发功率) 的改进。在来自目的地102的NAK消息的情况下，就重发而言，中继台(像是图2中显示的中继站104)支持通信链路。重发所需的资源应该最小化。在解码转发中继功能的情况下， 假设中继台仅在它成功地对接收的信息解码时起作用。在这种情况下，能够在发送相同码字和发送另外的奇偶校验位之间选择。根据Chase合并(CC)方案，执行发送相同码字。递增冗余(IR)方案在中继站计算另外的奇偶校验位。然而，根据实施例，可能希望中继站不执行任何信道解码以在中继站避免不必要的复杂性和不必要的功耗。在这种情况下，中继站可应用任何无记忆中继功能，例如AF功能、DetF功能或EF功能。EF功能提供比AF功能和DetF功能更好的性能。与其它两种功能相比，对于EF功能而言，在接收器的互信息MI 方面的增益显著更高。然而，在无记忆中继站的情况下，仅能够应用CC方案。然而，根据中继台部署，中继台仍然能够在FER、吞吐量或延迟方面提高系统性能。根据本发明的实施例，描述一种用于获得为了使目的地能够对消息解码而需要分配的另外的资源的最小数量(例如，另外发送的位的最小数量)的方案。采用互信息计算重发所需的位的数量(既针对chase合并又针对递增冗余)的想法由IEEE VTC 2003-4, 0ctober2003 中的 J. F. Chang Y. P. Wong and S. Parkval, ^AdaptiveIncrementalredundancy”描述，然而，这个文件未描述把这些技术应用于中继网络，而如以下所示，这不是简单的任务。由于Shannons定律，可以实现无错传输，只要信道容量大于码率R。即可。 如果源应用具有码率0.8的信道编码，则在解码器的输入处的互信息MI应该大于0.8。如果信道噪声太大，则解码将会失败并且NAK消息可被发送给源和中继站。启动的重发应该准确地把该数量的另外的MI增加到在解码器输入处的信号，从而总体MI高于该码率。在实际的系统中，应该增加某一裕度以计算目标MI，因为实际的信道编码与所描述的界限相比具有一定损失。在Chase合并方案的情况下，通过在中继台对估计的码字删余并且仅发送需要的码元来实现这一点。在接收器，初始发送和重发正确地组合(例如，由图2的方框102’所提供的信号处理器组合)并被提供给信道解码器。在部分CC和由源重发的情况下或者在线性中继的情况下，一些码元具有比其它码元高的有效SNR并且总体MI能够表达如下
权利要求
1.一种用于在从中继站(104)到接收器(102)的信息的重发的情况下在无线通信网络中进行资源分配的方法，该无线通信网络包括发送器(100)、中继站(104)和接收器(102)， 该方法包括基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。
2.如权利要求1所述的方法，其中在中继站(104)或者在无线通信网络中的任何其它节点(100，102)确定所述资源，其中在无线通信网络中的任何其它节点(100， 102)确定所述资源的情况下，该方法还包括把用于重发的资源通知给中继站(104)。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述发送器(100)构造为把码字发送给接收器 (102)，其中在接收器(10 错误地对码字解码的情况下请求重发，并且其中从中继站 (104)把信息重发到接收器(102)以在接收器(10 处在以预定义概率进行重发之后对码字解码。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述中继信道包括发送器(100)和接收器(102)之间的信道(106)、发送器(100)和中继站(104)之间的信道(108)以及中继站(104)和接收器(102)之间的信道(110)中的至少一个。
5.如权利要求1所述的方法，还包括向确定资源的节点通知确定资源所需的一个或多个所需参数。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述所需参数包括发送器(100)、接收器(102)和中继站(104)之间的信道(106-108)的信噪比中的一个或多个，其中在所述节点不能确定信噪比的情况下把信噪比通知给所述节点。
7.如权利要求1所述的方法，其中基于信道质量来表征所述中继信道。
8.如权利要求7所述的方法，其中在中继信道的互信息、概率密度函数或对数似然比的基础上确定所述信道质量。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述中继功能包括检测转发功能、解码转发功能、估计转发功能或放大转发功能。
10.如权利要求1所述的方法，其中使用混合自动重复请求HARQ发送码字，其中所述资源是由中继站(104)执行重发的位的数量或功率。
11.如权利要求10所述的方法，其中使用用于初始发送的位的一部分的重发的chase 合并CC或者用于原始码字的不同位的重发的递增冗余顶。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述中继信道包括发送器(100)和中继站(104) 之间、发送器(100)和接收器(102)之间以及中继站(104)和接收器(102)之间的信道 (106，108，110)，每个信道(106，108，110)由它的信噪比描述，其中重发的位的数量与初始发送的位的数量之比如下在 IR 的情况下P > (Rc-f (SNRsd)/f (SNRse, SNRed)，在 CC 的情况下p > (Rc-f (SNRsd)/f (SNRse, SNRsd, SNRed)-f (SNRsd)),其中P =重发的位的数量与初始发送的位的数量之比，Rc =码率，SNRsd =发送器(100)和接收器(102)之间的信道(108)的信噪比，SNRse =发送器(100)和中继站(104)之间的信道(106)的信噪比，SNRed =中继站(104)和接收器(102)之间的信道(110)的信噪比，以及f (SNR)=描述取决于一个或多个信道的SNR值的互信息的函数。
13.一种用于无线通信网络的发送器(100)和接收器(102)之间的信息的无错传输的方法，该无线通信网络还包括中继站(104)，该方法包括从发送器(100)向接收器(10 发送码字，在接收器(10 错误地检测码字的情况下，请求从中继站(104)重发信息，根据权利要求1至12之一分配用于由中继站(104)执行的重发的资源，以及使用所分配的资源执行从中继站(104)到接收器(10 的重发以使接收器(10 能够在以预定义概率进行重发之后对码字解码。
14.一种包括程序的计算机程序产品，该程序包括由计算机可读介质存储的指令，当在计算机上运行该程序时所述指令执行如权利要求1至13之一所述的方法。
15.一种无线通信网络中的节点，该无线通信网络包括发送器(100)、中继站(104)和接收器(102)，该节点包括处理器(100，，102，，104，)，构造为在从中继站(104)向接收器(102)重发的情况下分配资源，其中所述处理器(100’，102’，104’ )构造为基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。
16.一种无线通信网络，包括发送器(100)；接收器(102)，构造为从发送器(100)接收码字并在错误地检测所述码字的情况下请求重发；中继站(104)，构造为在接收器(10 错误地解码码字的情况下引起信息的重发，其中所述发送器(100)、接收器(102)和中继站(104)中的至少一个被构造为如权利要求15所述的节点。
全文摘要
本发明公开了用于无线通信网络中资源分配的方法、用于信息的无错传输的方法、节点和无线通信网络。描述了一种在从中继站(104)到接收器(102)的信息的重发的情况下用于无线通信网络中资源分配的方法，该无线通信网络包括发送器(100)、中继站(104)和接收器(102)，其中基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。
文档编号H04W28/04GK102547843SQ20111037893
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者P·维特卡姆普尔, 田冈秀一 申请人:株式会社Ntt都科摩