CN101322327B - 用于在无线中继网络中中继信息的方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明的第一方面涉及具有多个网络节点的无线中继网络，所述网络节点包括指定始发节点(10)、至少一个中继节点(20)和至少两个接收节点(30)。基本上，指定始发节点(10)传送导频信号，而中继节点(一个或多个)(20)接收并转发导频信号到接收节点(30)，接收节点中的每一个根据所接收的导频信号来测量信道质量。根据本发明，至少一部分接收节点(30)将关于所测量的一路上的信道质量的信息反馈给指定始发节点(10)，并且指定始发节点(10)此后根据所接收的信道质量信息将用于传输的数据调度到接收节点(30)中的至少一个所选择的节点。随后，指定始发节点(10)经由转发导频信号的相同中继节点(一个或多个)(20)传送数据到所选择的接收节点(一个或多个)。这样，就以提供显著数据速率提高的特有且高效的方式将多用户分集调度引入中继网络。

Description

用于在无线中继网络中中继信息的方法、设备和系统

技术领域

本发明总体上涉及无线网络，尤其涉及诸如协作中继网络之类的无线中继网络。

背景技术

预计未来的无线和/或蜂窝系统除许多其他方面外还会提供增加的覆盖、支持更高的数据速率或者二者的结合。另外，预计在未来建立和维护系统的成本方面将会更加重要。随着数据速率和/或通信距离的增加，也需要应对增加的电池消耗的问题。

一方面是重新考虑现有系统中所使用的拓扑，这是因为三代蜂窝网络存在着非常小的拓扑改变。

例如，所公知的是多跳提供通信(中继器(relay))实体之间的显著降低的路径损耗的可能性，这可以使用户受益。

另一种类型的拓扑考虑所谓的协作中继。这是研究多个站之间的协作的领域。在最近的研究文献中，其使用了若干名称，诸如协作分集(cooperative diversity)、协作编码、虚拟天线阵列等等。在[1]中给出协作通信方案的很好的综述。无线通信中的站之间的协作的大体好处可以被总结为较高数据速率、降低的中断(outage)(由于各种形式的分集)、增加的电池使用寿命以及扩展的覆盖(例如对于蜂窝系统)。

最近，具有较小转发器(repeater)(或中继器)的协作中继的思想引起一些关注。该思想是中继器能够在从发送器向接收器发送信号中进行协作[2]。由始发传送节点发送的信号可以首先由多个中继器接收，所述多个中继器将所述信号并行地转发到接收节点。例如，协作可以涉及以下方面：相干合成、STC(诸如Alamouti分集之类的空时编码)，并且具有再生(解码-转发)或非再生(放大-转发)特性。在协作中继中，跳的数目一般为两跳，即一跳到中继站(一个或多个)，而一跳到接收站。

在某种意义上协作中继的思想可以认为是包括仅两跳的多跳的退化情况，但同时其可以被概括成并且考虑到并行路径以及要使用的信号处理。通常允许中继器执行各种信号处理和编码任务，其以各种方式改进整体通信性能。可以将在协作中继中使用的机制的好处可以被大致地划分成分集增益、波束形成增益和空间复用增益。

已经发展出用于协作中继方案的许多基本原理[1]、[3]、[4]和[5]，每个都具有其自己的好处和缺点。运行良好的协作中继方案通常依靠精确的信道状态信息，不过需要快速协议并且强加额外开销。可替换地，放宽对信道的详细知识的需求，但通常会降低整体通信性能。

发明内容

本发明克服了现有技术配置的这些和其他缺点。

本发明的总体目的是提供改进的无线通信网络。

在无线网络(例如无线中继网络)中提供改进的调度也是一个目的。

特别地，希望提供增加的平均数据速率和减小的方差(variance)以及增加的总数据速率。

一个特定目的是在(机会)中继网络中向中继节点高效地分配传送功率，以进一步提高用户数据速率。

而且，一个特定目的是-能够在多个中继器正转发信号到移动终端时高效地处理相消干扰的情形。

另一个特定目的是提供用于在无线中继网络中中继信息的改进的方法和系统，以及提供用于在这样的网络中支持高效中继的设备/网络节点。

又一个特定目的是在无线通信网络中提供改进的宏分集操作，以及提供与这样的网络中的至少两个无线电基站连接的相关联的控制器设备。

如由所附专利权利要求所限定的，本发明满足这些和其他目的。

本发明的第一方面涉及具有多个网络节点的无线中继网络，所述网络节点包括指定始发节点、至少一个中继节点和至少两个接收节点(也称作用户)。基本上，指定始发节点传送导频信号，而中继节点(一个或多个)接收并转发导频信号到接收节点，所述接收节点中的每一个根据所接收的导频信号测量信道质量。根据本发明，至少一部分接收节点将关于所测量的一路上的信道质量的信息反馈给指定始发节点，此后始发节点根据所接收的信道质量信息将用于传输的数据调度到接收节点(用户)中的至少一个所选择的节点。随后，指定始发节点经由转发导频信号的相同中继节点(一个或多个)将数据传送到所选择的接收节点(一个或多个)。这样，就以提供显著数据速率提高的特有且高效的方式将多用户分集调度引入中继网络。

在这种背景下，多用户分集调度允许选择经历“瞬时”良好的发送器-中继器(一个或多个)-接收器信道的用户进行通信，由此考虑到增加的平均数据速率和减小的方差，以及增加的总数据速率。

优选地，多用户分集调度一般涉及在具有最高信道质量的那些节点/用户之中选择接收节点/用户，以及选择与所选择的节点相关联的数据以用于传输。可以在相对意义上，即相对其平均信道质量的瞬时信道质量，确定最高信道质量，但也可以使用诸如绝对信道质量之类的其他质量测量。尽管依赖信道的(channel dependent)调度是多用户分集调度的核心，但也可以考虑其他方面，例如用户中的公平性和用户服务质量需求。此外，信道质量可以基于瞬时信道或预测信道质量。因此，根据基于信道质量的度量作出要选择哪个接收节点/用户的决定。

已经证明，中继网络中的多用户分集调度的新颖性思想对于协作中继网络和协作的中继辅助的两跳网络是特别有利的。

尽管可以仅使用单个中继节点，但使用多个中继节点是有益的，对于导频传输，所述多个中继节点并行地且在相同频率上传送导频信号，而对于数据传输，所述多个中继节点并行地且在相同频率上传送数据。当多个中继节点正向接收节点转发信号时，通过在中继结构体系中合并多用户分集来高效处理在接收节点处的潜在的相消干扰的情况，以使得仅选择经历良好信道质量的接收节点用于通信。

例如，始发节点可以是基站而接收节点可以是移动用户终端。接收节点通常可以是任何中继站，包括放大-转发站以及解码-转发站。

本发明也提供功率受控的中继节点的灵活性。在本发明的这个方面中，优选地根据中继节点与接收节点的所选组之间的链路的平均链路质量来分配中继传送功率。在放大转发中继的情况下，例如，还可以根据始发节点与中继节点之间的链路的平均链路质量来分配中继传送功率。

在本发明的另一个方面，在基于OFDM(正交频分复用)或OFDMA(正交频分多址接入)中将多用户分集调度以及以下机制一起使用，所述机制实现在接收节点并行接收来自始发节点的直接信号和中继信号以提供直接和中继信号的相长干涉。优选地通过对始发传送节点和中继器进行适当配置来实现这一点。例如，中继节点可以是频率转发(on-frequency repeating)中继站，所述中继站中的每一个接收信号并且在基本上小于OFDM(正交频分复用)符号持续时间的等待时间的情况下以相同频带转发信号。可以使用适于中继信号和直接信号的等效信道的功率延迟分布的循环前缀持续时间来配置始发传送节点，以确保并行接收和相长干涉。

对于当接收节点中的至少一个和始发传送节点配备有多个天线并且基于MIMO-MISO的机会通信方案被使用时的情况，至少一部分中继节点可以配备有一个或多个天线，并且接收节点其中之一可以被选择用于基于MIMO/MISO的通信以建立更富有的信道，即将甚至进一步增加整个端到端(ETE)信道容量的信道。特别地，基于空间复用的MIMO可以用来提供高谱效率。用于该方案的反馈优选地是描述每个MIMO子信道的质量的信道质量矢量。

在本发明的又一个实施例中，引入多用户分集，用于以特有的方式在无线通信网络中改进宏分集。无线通信网络基本上包括控制器、与该控制器连接的至少两个基站以及两个或更多移动终端。基站传送导频信号，并且接收导频信号的每个移动终端测量信道质量。每个移动终端然后将关于所测量的一路上的信道质量的信息反馈给控制器，该控制器根据所接收的信道质量信息将用于传输的数据调度到所选择的一个移动终端。最后，数据通过基站被传送到所选择的移动终端。

本发明提供如下优点：

改进的中继性能。

提高的数据速率。

功率受控的中继节点。

直接和中继信号的相长干涉。

用于进一步提高的潜在MIMO和/或MISO操作。

改进的宏分集操作。

当阅读本发明的实施例的以下描述时，将理解本发明所提供的其他优点。

附图说明

通过参考以下结合附图所给出的描述，将最佳地理解本发明以及其另外的目的和优点，其中：

图1是图示出本发明的示例性优选实施例的示意性流程图。

图2是根据本发明的示例性优选实施例的基于多用户分集的无线协作中继网络的示意图。

图3是根据本发明的示例性优选实施例的基于多用户分集的具有多个中继器的无线协作中继网络的示意图。

图4是根据本发明的示例性优选实施例的基于多用户分集的具有功率受控的中继器(一个或多个)的无线协作中继网络的示意图。

图5是图示出用于与多个移动站通信的多个中继器和基站的示例性配置的示意图。

图6是图示出在三种不同情况下信道容量与用户数目的关系的示意图，所有情况都基于放大转发中继。

图7是图示出在三种不同情况下信道容量与用户数目的关系的示意图，所有情况都基于解码转发中继。

图8是根据本发明的示例性优选实施例的并行接收直接和中继信号的基于多用户分集的无线协作中继网络的示意图。

图9是根据本发明的示例性优选实施例的基于MIMO/MISO操作的多用户分集的无线协作中继网络的示意图。

图10是根据本发明的示例性优选实施例的采用多用户分集调度的宏分集操作的无线网络的示意图。

具体实施方式

在全部附图中，相同附图标记将被用于表示相应或相似元件。

根据本发明的基本思想是以提供显著数据速率提高的特有且高效的方式将多用户分集调度引入中继网络。

图1是图示出本发明的示例性优选实施例的示意性流程图。在步骤S1中，指定的始发节点传送导频信号。在步骤S2中，一个或多个中继节点，也简称为中继器，接收并且转发导频信号到多个接收节点(用户)。在步骤S3中，每个接收节点响应于接收到的导频信号而测量信道质量。接下来，在步骤S4中，至少一部分接收节点向指定始发节点报告回所测量的信道质量。这向始发节点提供来自接收节点的信道质量反馈。在步骤S5中，始发节点根据接收到的信道质量信息执行多用户分集调度，以用于选择应当向多个接收节点(用户)中的哪(一)个传送数据。此后，在步骤S6中，始发节点经由传送导频信号的相同中继节点(一个或多个)传送数据到所选择的接收节点(一个或多个)。这意味着：能够从接收导频信号的各个用户中选择经历“瞬时”良好的发送器-中继器-接收器信道的特定用户来进行通信，从而实现增加的平均数据速率和减小的方差以及增加的总数据速率。优选地，多用户分集调度包括在那些具有最高信道质量的用户中选择用户，以及选择与所选择的节点相关联的数据来传输。

尽管本发明通常适用于无线中继网络，但已经证明本发明就协作中继网络而言，并且尤其就协作的中继辅助的两跳网络而言是特别有利的。

图2是根据本发明的示例性优选实施例的基于多用户分集的无线协作中继网络的示意图。无线协作中继网络基本上包括指定始发节点(也被称作发送器(TX)10)、中继节点或所谓的中继站(RS)20、多个(U个)接收节点(也被简称为接收器(RX₁，...，RX_U))30。除正常收发器功能性之外，发送器10包括导频模块20、用于存储要送往接收器(RX₁，...，RX_U)的数据的数据队列14和多用户分集调度器16。中继站20可以是任何常规的中继站、放大转发或可选地解码转发。除正常收发器功能性之外，每个所考虑的接收器30都包括信道质量测量单元32。

始发节点可以例如是基站而接收节点可以是移动用户终端。中继节点通常可以是任何中继站，例如放大转发站或解码转发站。

最初，从发送器10经由中继站20向接收器30发送(1)导频。信道质量通过每个接收器30中的信道质量测量单元32而被测量并且被报告(2)给始发发送器30。接下来，发送器30采用多用户分集调度器16，来至少部分根据来自至少一部分接收器30中的CQI(信道质量信息)反馈来调度希望传送到接收器30中的哪一个(以及要传送什么)。调度器16通常把报告高CQI值的接收器列入优先，以优化数据速率。最后，发送器10从数据队列14中选择与所选择的接收器相关联的数据，并且使用根据所选择的接收器的CQI而适配的适当调制和编码方案来传送(3)数据。通常，导频和数据这二者都经过相同路径，并且假定信道从测量到数据传输期间基本上保持相同。换言之，测量到数据传输周期通常短于或至多等于信道相干时间，并且发送器10和中继站20的传送功率基本上相同或仅在测量到数据传输周期之间缓慢改变。由于使用了中继，即等效为引入较大频率复用距离，所以减小了潜在的不可预知的“小区间干扰”的影响。

在许多协作中继方案中，使用中继信号(一个或多个)以及来自发送器的直接信号(由虚线指示)这二者的好处已经得到认可。该方法通常是在接收器中组合在两个不同时刻(time instance)接收的直接信号和中继信号。本发明当然还适用于这种协作中继方案。

并且设想，根据本发明，能够在基于OFDM(正交频分复用)或OFDMA(正交频分多址接入)的无线中继网络中进行测量，以便实现在接收端并行接收中继信号和直接信号，以提供中继信号和直接信号的相长干涉。稍后将详细描述本发明的这个方面。

通常，如果已经在单跳系统中使用了机会调度，则关于移动用户终端(接收节点)和基站(传送节点)的设计影响较小。不同在于基站-用户终端协议设计需要迎合二相延迟。

多个中继站

使用并行传送相关信号的多个中继节点常常是有益的。优选地，对于导频传输，中继节点并行地且在相同频率上传送导频信号，而对于数据传输，其并行地且在相同频率上传送数据。当多个中继节点在转发信号时，能够通过在中继结构体系中合并多用户分集来高效地处理在接收侧的潜在的相消干扰的情形，以使得仅选择经历良好信道质量的接收器来用于通信。此外，经历良好信道质量的接收器很可能经历来自相干增加的多个中继器的信号，这意味着除多用户分集增益之外将经历波束形成增益。

图3是根据本发明的示例性优选实施例的具有多个中继器的基于多用户分集的无线协作中继网络的示意图。假定存在着U个接收器和V个中继器，并且可以使用放大转发和/或解码转发。

为了简化符号表示，举例来说，采用OFDM或OFDMA。CP表示循环前缀，s(t)是时间连续信号并且s(n)是具有样本索引(sampleindex)n的相应时间采样信号。

在放大转发中继的假设下，由每个接收站u所接收的副载波k的信号能够被写为：

$R_u\left(k\right)=\underset{v=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{u,v}^{\left(2\right)}\left(k\right)\·a_v\left(k\right)\·(H_v^{\left(1\right)}\left(k\right)\·S\left(k\right)+W_v\left(k\right))+W_u\left(k\right)---\left(1\right)$

或者等价地：

$R_u\left(k\right)=S\left(k\right)\·H_u^{\left(\mathrm{eff}\right)}\left(k\right)+W_u^{\left(\mathrm{eff}\right)}\left(k\right)---\left(1a\right)$

其中：

$H_u^{\left(\mathrm{eff}\right)}\left(k\right)=\underset{v=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{u,v}^{\left(2\right)}\left(k\right)\·a_v\left(k\right)\·H_v^{\left(1\right)}\left(k\right)---\left(1b\right)$

$W_u^{\left(\mathrm{eff}\right)}\left(k\right)=\underset{v=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{u,v}^{\left(2\right)}\left(k\right)\·a_v\left(k\right)\·W_v\left(k\right)+W_u\left(k\right)--\left(1c\right)$

其中v是中继站，并且H(k)是复(complex)信道增益，S(k)是复值数据符号(例如选自诸如16-QAM、PSK或相似物的信号星座点)，W(k)是复值噪声，a_v(k)是中继器的幅度增益因数(也可以是复数)，并且其中上述公式中的(1)和(2)分别表示发送器到中继器的链路以及中继器到接收器的链路。如果希望的话，也可以将直接链路(发送器与接收器之间)包括到等式中。然而，为了简单和清楚，上述等式中没有包括直接链路。稍后将单独处理这种情况。

根据等式(1b)，很明显，一些副载波将会彼此相长干涉。因此，一个用户可以使用副载波资源的一个子集，而另一个用户使用另一个子集。

增益因数a_v(k)可以随时间推移而缓慢变化或者在测量和数据阶段期间的所有时间保持恒定，即端到端(ETE)信道从CQI测量到数据传输不会显著改变。对于不同副载波k，也可以进行不同设置。此外，发送器所使用的功率可以随时间推移而缓慢变化或者在测量和数据阶段期间的所有时间保持恒定。然而，如果控制器决定与另一组用户进行通信，增益因数a_v(k)和发送器传送功率可以突然改变。

在参考文献[5]中，例如，执行调度来确定：在允许每个发送器-接收器对使用也对其他发送器-接收器对公用的中继器库(pool)时，哪个发送器-接收器对应当是活动的。与本发明相比，这是明显的差别。尤其会注意到，参考文献[5]考虑不同的拓扑、一组发送器-接收器对，而本发明考虑的是从多个接收节点中潜在地选择一个接收节点的传送节点。本发明特别适用于蜂窝系统中的下行链路，而[5]更适用于adhoc情形。

功率受控的中继器

本发明还提供功率受控的中继节点的灵活性，如以下将解释的。在本发明的这个方面，优选地根据中继节点与接收节点之间的链路的平均链路质量来分配中继传送功率。在放大转发中继的情况下，例如，也可以根据始发节点与中继节点之间的链路的平均链路质量来分配中继传送功率。

此处，该思想是但不限于-控制到“集群(clustered)”用户组的中继传送功率，所述用户到所有中继器大概经历了相同的路径损耗。优选地根据平均信道增益与噪声比特征来确定每个中继器的功率设置。这允许用于控制传送功率的能量高效低速率反馈，原因在于平均信道质量被考虑，即不需要跟随快衰落。

例如，通常假定，对于中继器存在着总功率约束P_RS，并且然后应当在所考虑的中继器之中分配所述功率。通常还假定，功率控制中所涉及的接收器都大概经历到中继器的相同数量级的功率损耗。

在参考文献[3-4]中，针对基于相干合成的系统得出了最优功率分配，该系统允许增益和相位参数被调整到瞬时信道状态。在本发明的机会协作中继方案中，不能假定该知识。然而，本发明者已经认识到能够使用平均链路质量。在[3-4]中，得出了一种放大参数b_v，其提供了最优SNR。与[3-4]对比，本发明提出在平均意义上定义b_v。

对于放大转发类型的中继，放大参数b_v被如下定义：

${\stackrel{\‾}{b}}_v^{\left(\mathrm{AF}\right)}=\sqrt{\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Γ}}}_{\mathrm{RS},v}\·{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Γ}}}_{\mathrm{MS},v}}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Γ}}}_{\mathrm{RS},v}+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Γ}}}_{\mathrm{MS},v}+1}}---\left(2a\right)$

是在中继器v处经历的平均SNR(其取决于从发送器到中继站的平均路径损耗、发送器的功率和在中继站处的噪声加干扰电平)。如果为中继器v分配了全部中继功率，

可以被看作在接收器的集群处经历的平均虚拟SNR。该平均虚拟SNR取决于从中继站到接收器的路径损耗、中继站的总功率约束和在接收器处的噪声加干扰电平。

对于解码转发类型的中继，放大参数b_v被如下定义：

${\stackrel{\‾}{b}}_v^{\left(\mathrm{DF}\right)}=\sqrt{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Γ}}}_{\mathrm{MS},v}}---\left(2b\right)$

如果希望限制干扰分布，可以选择预期为整个平均SNR增强提供最大贡献的中继器的子集。例如，可以选择两个“良好的”中继器。可以使用在[3-4]中提出的选择机制和标准，但是基于平均信道增益而不是瞬时信道增益。

对于具有多个接收器(例如移动站)的应用，合理的功率控制实现使功率控制确定发生在诸如基站之类的发送器中，如图4所示。功率控制应当优选地“瞄准”经历相似传播条件的接收器组。当然，可以使用任何其他节点来进行功率控制计算。也可以提供根据参考文献[6-7]中所描述的实现方式的分布式解决方案，但使用平均信道增益而不是瞬时信道增益。

尽管上述功率控制方案以经历相似平均传播条件的组为目标，但可以为经历不同平均传播条件的用户或用户组调整中继器(以及发送器)的传送功率。

以下将使用所建议的功率分配以及等功率分配来评估性能。

性能示例

在以下示例中，假定以六边形围绕诸如基站(BS)之类的始发发送器放置V＝6个中继器(RS1-RS6)，并且假定诸如移动站(MS1-MS6)之类的U个接收器被放置在离开发送器的一段距离，该距离大概是发送器-中继器距离的两倍。基本配置如图5所示。

首先，将假定放大转发的情况。如[6]中所提供的，从接收器中的信噪比开始，通过为每个中继站(RS)v和每个接收器(MS)μ引入随机相位因数exp来修改机会协作中继的这一关系。于是关于接收器(移动站)μ的有效SNR被表示为：

注意到，(3a)的平方根中的自变量是瞬时值，与用于b_v的平均值相比，其反映当前和瞬时信道条件。

在解码转发的情况下，有效SNR能够被写为：

例如，贪婪机会算法可以选择具有最大有效SNR的移动站μ，即

${\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Eff}}^{\left(\max \right)}=\max \{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Eff},1},{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Eff},2},...{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Eff},U}\}---\left(4a\right)$

或者如果平均信道质量略有不同

$\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Eff}}^{\left(\max \right)}}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Γ}}}_{\mathrm{Eff}}^{\left(\max \right)}}=\max \{\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Eff},1}}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Γ}}}_{\mathrm{Eff},1}},\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Eff},2}}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Γ}}}_{\mathrm{Eff},2}},....,\frac{{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Eff},U}}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Γ}}}_{\mathrm{Eff},U}}\}---\left(4b\right)$

于是可以根据香农容量来确定平均速率性能

此处，假定需要两个时隙(slot)，中继器接收以及此后的中继器传送。尽管对于发送器-接收器对这可以是真的，但是从基站可以每两个时隙交替并且传送到另中继器组和接收器集群的意义上讲，这是不利的。因此，也可以潜在地去除1/2因数。

$\stackrel{\‾}{R}=\frac{1}{2}E\left\{{\log }_2(1+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Ef}}^{\left(\max \right)})\right\}---\left(5\right)$

主要根据具有α＝3.5的逆功率(inverse power)损耗信道和中继器到接收器链路上的瑞利衰落来评估放大转发的性能。功率在发送器(基站)与中继器之间被均等拆分，即P_BS＝P_RS，并且被任意设置以使得速率的量级为1b/s/Hz(即有用速率)。对于图5中所示的配置，基于等式(2a)、(3a)、(4)的结果在图6中被示为基于“平均”的功率控制曲线，该功率控制曲线示出平均速率与移动用户的数目U的关系。图6中还示出了等功率分配曲线，其中b_v＝常数。图6中还示出了第三曲线，假定在平均意义上最佳的中继器总被选择且被分配全部功率P_RS。注意到，所建议的方案提供增强的性能，尤其当从其中选择的移动体的数目大于2时。当与等功率分配策略相比或与当全部功率被分配给一个中继节点的情况相比时，基于平均链路质量的功率分配提高了用户数据速率。图7呈现了关于解码转发中继的相同类型的曲线。其中能够看到类似的类型和增益趋势。

并行接收的直接和中继信号的相长干涉

在本发明的特定示例性实施例中，在基于OFDM或OFDMA(正交频分多址接入)的中继网络中将多用户分集调度以及以下机制一起使用，所述机制实现在接收节点并行接收来自始发节点的直接信号和中继信号以提供直接和中继信号的相长干涉。在OFDM和OFDMA这二者中，数据被调制到被并行发送的多个正交副载波上。在OFDM中，数据通常被发送给一个用户，而多个用户能够在OFDMA的一个OFDM符号期间接收数据。

基本上，考虑OFDM符号，该符号被形成并且被传送到至少一个中继节点，并且还被直接传送到接收节点，如此以使得中继信号和直接信号能够同时或至少时间上足够接近地到达接收节点或所选择的节点的集群，以实现OFDM符号的相长干涉。有利地，所提取的OFDM符号基本上不受符号间干扰的影响。

参考图8的示意性示例图，优选地通过对始发传送节点10和中继节点20进行适当配置来实现这一点。例如，中继节点20可以是关于频率转发(on-frequency repeating)的中继器，所述中继器中的每个都接收信号并且在基本上小于OFDM(正交频分复用)符号持续时间的等待时间的情况下以相同频带转发信号。可以使用与中继信号和直接信号的等效信道的功率延迟分布(power delay profile)相适应的循环前缀持续时间来配置始发传送节点10，以确保并行接收和相长干涉。可以在始发节点10的循环前缀模块18中配置循环前缀。

OFDM符号的形成通常涉及IFFT(快速傅立叶反变换)处理、插入循环前缀的保护间隔以及最后在发送它之前将所形成的OFDM符号变换成射频信号。相应地，在接收端接收所传送的信号，并且无线电信号被转换成OFDM符号、循环前缀被去除并且对信号进行FFT处理以获取实际信息。

包含所谓的频率转发中继器(即能够同时进行接收和传送的中继器)，对于WCDMA系统是公知的，但对于OFDMA系统却不是如此。

然而，需要相当大的中继增益来使得该思想有用。现代的频率转发器(例如Andrews Corp的那些)能够具有高达95dB增益，又通过使用信号处理技术(远离分离的天线)消除其自身的传送干涉。信号处理引起延迟，并且由于符号时间远远小于中继引入的延迟差，当前频率转发器系统没有考虑到直接和中继信号(一个或多个)的相长干涉。通过包含基于循环前缀的OFDM能够解决这一点，其中循环前缀被分配成使得其吸收频率转发中继站的等待时间、由于经由中继器的信号路由而引起的路径延迟以及多径传播。

在该特定实施例中，假定V个中继器20中的至少一个是频率转发器，该转发器接收信号并且在接收的同时立即以同一频率对其进行传送，还强加了延迟T_RS。该延迟可以是由于过滤、放大以及由于自干扰抵消，即从其感兴趣的接收到的信号抵消其自身的放大信号。循环前缀(CP)持续时间被大概设置成T_CP＞T_RS+T_DS+T_P，其中T_DS是每条路径的最大延迟扩展，T_P是中继路径(一个或多个)与直接路径之间的最大路径延迟差。CP持续时间的这种设置结合OFDM的使用确保了由在期望覆盖区域内的任何接收器接收的OFDM符号能够(为了所有实用目的)提取OFDM信号的无符号间干扰(ISI)的表示。注意到，经过不同路径(即直接和中继路径)的OFDM符号，与对应于相同OFDM符号的(足够大的)重叠部分一起被并行接收。

不仅考虑发送器到中继器链路(1)和中继器到接收器链路(2)，而且还考虑直接信号-在以下公式中由(0)表示，在放大转发中继的假设下，由每个接收站u接收的副载波k的信号能够被写为：

$R_u\left(k\right)=H^{\left(0\right)}\left(k\right)\·S\left(k\right)+\underset{v=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{u,v}^{\left(2\right)}\left(k\right)\·a_v\left(k\right)\·(H_v^{\left(1\right)}\left(k\right)\·S\left(k\right)+W_v\left(k\right))+W_u\left(k\right)---\left(6\right)$

或者等价地：

$R_u\left(k\right)=S\left(k\right)\·H_u^{\left(\mathrm{eff}\right)}\left(k\right)+W_u^{\left(\mathrm{eff}\right)}\left(k\right)---\left(6a\right)$

其中：

$H_u^{\left(\mathrm{eff}\right)}\left(k\right)=H^{\left(0\right)}\left(k\right)+\underset{v=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{u,v}^{\left(2\right)}\left(k\right)\·a_v\left(k\right)\·H_v^{\left(1\right)}\left(k\right)---\left(6b\right)$

$W_u^{\left(\mathrm{eff}\right)}\left(k\right)=\underset{v=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{u,v}^{\left(2\right)}\left(k\right)\·a_v\left(k\right)\·W_v\left(k\right)+W_u\left(k\right)--\left(6c\right)$

能够注意到，其中ISI相邻OFDM符号没有被涉及并且不一定必须被包括在上述模型中。术语符号间干扰(ISI)指的是相邻OFDM符号之间的干扰。

也应当注意到，如果两个信号同相，则只有并行接收到的信号的相长干涉是可能的。如果两个信号反相的，则并行接收将导致OFDM符号的抵消。因此，本发明主要提供用于实现但不一定保证相长干涉所必需的工具。然而，本发明的附加可选特征可以是(如果必要的话)，比较中继信号和直接信号的相位和对它们其中之一进行相移，由此确保相长干涉。

基于多用户分集的无线中继网络中的MIMO/MISO操作

图9是根据本发明的示例性优选实施例的基于MIMO/MISO操作的多用户分集的无线协作中继网络的示意图。

对于这样的情况-当至少一些始发传送节点和接收节点配备有多个天线并且基于MIMO-MISO的机会通信方案被使用时，至少一部分中继节点可以配备有一个或多个天线，并且其中一个接收节点可以被选择用于基于MIMO/MISO的通信，以建立更富有的(rich)信道，即将更进一步增加整个ETE信道容量的信道。

特别地，基于空间复用的MIMO可以被用于提供高的谱效率。该方案的反馈优选地是描述每个MIMO子信道的质量的信道质量矢量。

多用户MIMO/MISO操作

对于另一种情况-当始发传送节点配备有多个天线并且接收节点配备有至少一个天线时，多个接收节点可以被选择并且不同的空间复用的信息可以由所选择的接收器来引导和接收。与先前情况-其中所有MIMO/MISO子流(sub-stream)被空间复用并且被并行地发送到一个接收节点相比，此处，MIMO和/或MISO子流被空间复用并且被并行地发送到不同的所选择的接收节点。后一种方案的好处是更进一步增强的性能，这是因为通过不将选择限制到仅一个接收节点会允许更大的自由度。该方案的反馈优选地是描述每个MIMO/MISO子信道的信道质量的矢量。

使用多用户分集调度的宏分集操作的无线网络

在本发明的另一个方面，多用户分集被引入以用于以特有的方式改进无线通信网络中的宏分集。

图10是根据本发明的示例性优选实施例的采用多用户分集调度的宏分集操作的无线中继网络的示意图。无线网络主要包括控制器110、与控制器相连接的至少两个基站120以及两个或更多移动终端130。基站120并行地传送相同导频信号，并且接收导频信号的每个移动终端130都在专用信道质量测量(CQM)模块中测量信道质量。然后每个移动终端130把关于所测量的一路上(all the way)的信道质量的信息反馈给控制器110，该控制器110包括多用户分集调度器116，所述多用户分集调度器116被配置成根据接收到的信道质量信息(CQI)来调度用于传送到移动终端130的一个(或多个)所选终端(一个或多个)的数据。最后，通过基站120将数据传送到所选的移动终端。上述的功率控制思想在图10的宏分集应用中也是有用的，例如通过使用控制单元118，所述控制单元118至少部分根据基站与移动终端之间的平均链路质量来执行功率控制计算并且分配传送功率到每个所考虑基站。控制器110可以是无线电网络控制器(RNC)或基站控制器(BSC)，并且控制器110例如可以在单独网络节点中实现，或者可替换地被集成在基站节点中。

以上仅以示例形式描述了实施例，应当理解，本发明不限于此。保持在本公开和要求保护的根本原理的另外的修改、变化和改善都在本发明的范围内。

参考文献

[1]Cooperative Diversity in Wireless Networks：Algorithms andArchitectures，MA、剑桥、麻省理工学院J.N.Laneman的博士论文，2002年8月。

[2]以Dohler Mischa，Aghvami Abdol Hamid，Said Fatin，GhorashiSeyed AIi名义的公布号为WO 03/003672A2的国际专利申请，2003年1月9日。

[3]″Large-Scale Cooperative Relay Network with Optimal CoherentCombining under Aggregate Relay Power Constraints″，Peter Larsson，未来电信会议(FTC2003)的会议录，北京，中国，2003年12月9-10日。

[4]″Large-Scale Cooperative Relay Network with Optimal CoherentCombining under Aggregate Relay Power Constraints″，Peter Larsson和Hu Rong，世界无线研究论坛WWRF8会议，工作组4的会议录，北京，2004年2月26-27日。

[5]″Joint Cooperative Diversity and Scheduling in Low MobilityWireless Networks″，A.Wittneben，I.Hammerstrδm和M.Kuhn，IEEE全球电信会议，全球通信系统2004，2004年11月。

[6]美国专利申请公开号2004/0266339Al，Peter Larsson，2004年12月30日。

[7]美国专利申请公开号2005/0014464Al，Peter Larsson，2005年1月20日。

Claims (15)

1.一种在具有多个网络节点的无线中继网络中中继信息的方法，所述网络包括指定始发节点、至少一个中继节点和至少两个接收节点，其中所述方法包括以下步骤：

-所述指定始发节点传送导频信号；

-所述至少一个中继节点接收并转发所述导频信号；

-所述接收节点中的每一个接收所述导频信号并且根据所接收的导频信号测量信道质量；

-至少一部分所述接收节点将关于所测量的一路上的信道质量的信息反馈给所述指定始发节点；

-所述指定始发节点通过根据所接收的信道质量信息选择所述接收节点中的至少一个并且选择与所选择的一个或多个接收节点相关联的数据用于传输来调度用于传输的数据；

-所述指定始发节点经由转发导频信号的所述至少一个中继节点将所述用于传输的数据传送到所选择的一个或多个接收节点，

其中所述网络基于OFDM或OFDMA，并且所述OFDM网络是基于循环前缀的OFDM网络，所述OFDMA网络是基于循环前缀的OFDMA网络，

所述指定始发节点和所述至少一个中继节点适于实现在所述接收节点并行接收来自所述指定始发节点的直接信号和来自所述至少一个中继节点的中继信号，以提供所述直接和中继信号的相长干涉，

使用循环前缀配置所述指定始发节点，所述循环前缀适于中继信号和直接信号的等效信道的功率延迟分布，并且

所述至少一个中继节点可操作来接收来自所述指定始发节点的信号，并且以小于OFDM符号持续时间的等待时间来转发来自所述指定始发节点的信号，并且当中继节点的数目为大于一个时，多个中继节点以相同的频带转发来自所述指定始发节点的信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个中继节点包括至少两个中继节点，对于导频传输，并行地并且在相同频率上传送所述导频信号，而对于数据传输，并行地并且在相同频率上传送数据。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括步骤：至少部分根据所述中继节点与所述接收节点的所选组之间的链路的平均链路质量来向多个所选择的中继节点中的每一个分配传送功率。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述分配传送功率的步骤还基于所述指定始发节点与所选择的中继节点的所述组之间的链路的平均链路质量。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述调度步骤包括：

-在具有最高值的基于信道质量的度量的那些接收节点之中选择一个或多个接收节点，和

-选择与所选择的一个或多个接收节点相关联的数据以用于传输。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述指定始发节点、所述至少一个中继节点和所述接收节点三者中的至少一些具有用于改进的通信操作的多个天线。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述接收节点中的至少一个和所述指定始发节点具有用于MIMO/MISO操作的多个天线，并且所述至少一个中继节点均具有至少一个天线，并且选择一个接收节点以用于基于MIMO/MISO的通信，并且所述MIMO操作是基于空间复用的MIMO操作。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述指定始发节点具有多个天线，并且所述接收节点和所述至少一个中继节点均具有至少一个天线，并且选择至少两个接收节点以用于基于并行空间复用的MISO或MIMO通信。

9.一种在具有多个网络节点的无线中继网络中中继信息的系统，所述网络包括指定始发节点、至少一个中继节点和至少两个接收节点，其中所述系统包括：

-用于在所述指定始发节点中传送导频信号的装置；

-用于在所述至少一个中继节点中接收和转发所述导频信号的装置；

-用于在所述接收节点中的每一个中接收所述导频信号并且根据所接收的导频信号测量信道质量的装置；

-用于在至少一部分所述接收节点中将关于所测量的一路上的信道质量的信息反馈给所述指定始发节点的装置；

-用于在所述指定始发节点中通过根据所接收的信道质量信息选择所述接收节点中的至少一个并且选择与所选择的一个或多个接收节点相关联的数据用于传输来调度用于传输的数据的装置；

-用于在所述指定始发节点中经由转发导频信号的至少一个中继节点将所述用于传输的数据传送到所选择的一个或多个接收节点的装置，

其中所述网络基于OFDM或OFDMA，并且所述OFDM网络是基于循环前缀的OFDM网络，所述OFDMA网络是基于循环前缀的OFDMA网络，

所述指定始发节点和所述至少一个中继节点适于实现在所述接收节点并行接收来自所述指定始发节点的直接信号和来自所述至少一个中继节点的中继信号，以提供所述直接和中继信号的相长干涉，

使用循环前缀来配置所述指定始发节点，所述循环前缀适于中继信号和直接信号的等效信道的功率延迟分布，以及

所述至少一个中继节点可操作来接收来自所述指定始发节点的信号，并且以小于OFDM符号持续时间的等待时间来转发来自所述指定始发节点的信号，并且当中继节点的数目为大于一个时，多个中继节点以相同的频带转发来自所述指定始发节点的信号。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述至少一个中继节点包括至少两个中继节点，对于导频传输，并行地并且在相同频率上传送所述导频信号，而对于数据传输，并行地并且在相同频率上传送数据。

11.如权利要求10所述的系统，还包括用于至少部分根据所述中继节点与所述接收节点的所选组之间的链路的平均链路质量来向多个所选择的中继节点中的每一个分配传送功率的装置。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述用于分配传送功率的装置还基于所述指定始发节点与所选择的中继节点的所述组之间的链路的平均链路质量。

13.如权利要求9所述的系统，其中所述用于调度的装置包括：

-用于在具有最高值的信道质量的那些接收节点之中选择一个或多个接收节点的装置；和

-用于选择与所选择的一个或多个接收节点相关联的数据以用于传输的装置。

14.如权利要求9所述的系统，其中所述指定始发节点、所述至少一个中继节点和所述接收节点三者中的至少一些具有用于改进的通信操作的多个天线。

15.一种供在中继网络中使用的设备，所述设备包括：

-传送模块，用于为了信道质量测量而在至少两个接收节点中传送导频信号，由至少一个中继节点接收所述导频信号并且将其转发到所述接收节点；

-接收模块，用于接收来自所述接收节点的信道质量信息；

-多用户分集调度器，用于根据从所述接收节点获得的所述信道质量信息通过选择所述接收节点中的至少一个并且选择与所选择的一个或多个接收节点相关联的数据用于传输来调度用于传输的数据；

-所述传送模块还经由所述至少一个中继节点将所述数据传送到所选择的一个或多个接收节点，

其中所述网络基于OFDM或OFDMA，并且所述OFDM网络是基于循环前缀的OFDM网络，所述OFDMA网络是基于循环前缀的OFDMA网络，

所述传送模块适于实现在所述接收节点并行接收来自所述传送模块的直接信号和来自所述至少一个中继节点的中继信号，以提供所述直接和中继信号的相长干涉，

使用循环前缀配置所述传送模块，所述循环前缀适于中继信号和直接信号的等效信道的功率延迟分布。

Images