CN101022666A - 在中继合作传输网络的帧结构中设置自适应转换点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在分布式中继合作传输网络的帧结构中设置自适应转换点的方法，其中在上行和下行数据传输中，设置自适应转换点作为上下行传输的源节点－中继点传输与中继点－目的节点传输的区分点，以区分源节点、中继点传输以及目的节点的传输，并且使三者正常工作而不发生冲突；其中根据网络环境以及用户需求自适应的移动位置，使时隙资源在上下行数据传输与中继传输之间合理分配，得到最大化的端到端网络容量max{c}，从而设置所述自适应转换点。本发明通过在帧结构中设置自适应转换点，调节时隙资源分配，从而综合考虑网络中的无线传输环境状况对于时隙资源分配的影响，优化网络容量。

Description

在中继合作传输网络的 帧结构中设置自适应转换点的方法

技术领域

本发明设计移动通信领域，尤其是未来移动通信中的合作传输的具体帧结构实现及其优化。

背景技术

随着无线网络用户的增加以及用户对于高数据速率业务需求的增大，采用更高频段更大带宽的无线频谱将不可避免。然而在传统无线网络中，随着频带的提高以及业务需求的增大，小区覆盖将不断减小，小区数量不断增多，相邻小区间同信道干扰大大增强，从而限制了小区的容量；此外，出于对成本考虑，移动终端通常是功率受限的。对于一定的传输功率而言，符号能量随传输数据速率的增加而减小。因此即使有足够带宽作为保障，系统的服务质量QoS也不能满足要求。

为了解决上述问题，基于TDD的协作传输中继网络结构为未来移动通信发展提供了一个新的方向。协作中继的思想最早出现于卫星通信和微波中继通信，其目的是为了增强信号的传输能力。基于协作传输的中继网络将虚拟天线阵列(VAA：Virtual Antenna Array)引入其中。在这种网络结构中，通过在基站与移动台之间引入中继节点RS，使其传输信道可能既有直通链路又包含通过多个RS的中继转发链路，因而能够提供实现更高分集增益的协作通信。

针对之前TDD的协作传输中，帧结构固定分配的模式并非最佳，本发明从具体实现角度，改变协作传输中的帧结构固定分配的模式，定义了适用于分布式中继合作传输的帧结构自适应转换点，同时提供了一种确定自适应转换点的方法，具有较强实现意义。

发明内容

本发明主要提供了一整套适合中继合作传输的帧结构自适应转换点以及相应的确定方法，从而优化网络容量。

为了达到上述目的，本发明的基本构思如下：

针对TDD合作传输通信的帧结构，定义上下行中，源节点-中继点传输与中继点-目的节点传输的区分点，用以区分源节点、目的节点以及中继节点传输，从而使三者正常工作而不发生冲突。该区分点可以根据网络环境以及用户需求自适应的移动位置，从而使时隙资源合理分配，得到最优网络容量。

针对自适应帧结构中的自适应转换点，设计了一整套确定自适应转换点的方法，主要目标是为了最大化端到端网络容量，即max{c}，从而确定自适应转换点的位置。

根据本发明的一个方面，提供了一种在分布式中继合作传输网络的帧结构中设置自适应转换点的方法，其中在上行和下行数据传输中，设置自适应转换点作为上下行传输的源节点-中继点传输与中继点-目的节点传输的区分点，以区分源节点、中继点传输以及目的节点的传输，并且使三者正常工作而不发生冲突；

其中根据网络环境以及用户需求自适应的移动位置，使时隙资源在上下行数据传输与中继传输之间合理分配，得到最大化的端到端网络容量max{c}，从而设置所述自适应转换点。

其中所述分布式中继合作传输网络为译码中继传输网络。

其中所述分布式中继合作传输网络为放大中继传输网络。

其中最大化端到端网络容量max{c}通过以下公式实现：

假设γ₁为中继站接收到的来自基站的信号的SNR值，γ₂为移动站接收到的来自中继站的信号的SNR值，γ₃为移动站接收到的来自基站的信号的SNR值，其中在上行时隙中，K为MS-RS/MS-BS在上行时隙中所占的比例，在下行时隙中，K为BS-MS/BS-RS在下行时隙中所占的比例，K的取值范围0＜K≤1，

其中最大化的端到端网络容量max{c}＝max{min{c₁，c₂}}

其中c₁＝K*log(1+γ₁)

c₂＝K*log(1+γ₃)+(1-K)*log(1+γ₂)

若γ₃＜γ₂时，

通过c₁＝c₂取得max{c}，则此时

$K=\frac{\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)}{\log (1+{\mathrm{\γ}}_1)+\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)-\log (1+{\mathrm{\γ}}_3)}$

假设基站-中继站以及中继站-移动站之间的信道状况已知，则由上式可以确定K值，此时端到端网络容量为

$\max \left\{c\right\}=\frac{\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)*\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)}{\log (1+{\mathrm{\γ}}_1)+\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)-\log (1+{\mathrm{\γ}}_3)};$

若γ₃≥γ₂时，表示直传路径好于任意中继路径，因此K＝1，此时采用不包含任何中继传输得直传策略

max{c}＝log(1+γ₃)

其中最大化端到端网络容量max{c}通过以下公式实现：

假设γ₁为中继站接收到的来自基站的信号的SNR值，γ₂为移动站接收到的来自中继站的信号的SNR值，γ₃为移动站接收到的来自基站的信号的SNR值，其中在上行时隙中，K为MS-RS/MS-BS在上行时隙中所占的比例，在下行时隙中，K为BS-MS/BS-RS在下行时隙中所占的比例，K的取值范围0＜K≤1，

$c=K*\log (1+{\mathrm{\γ}}_3+\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{1+{\mathrm{\σ}}_w^2})$

${\mathrm{\σ}}_w^2=\frac{{\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\γ}}_3+1}{(1+{\mathrm{\γ}}_3)({(1+{\mathrm{\γ}}_2)}^{(1-K)/K}-1)}$

通过一系列处理，以及Lambert的W方程的引入，可以得出

$K=\frac{\log \left(b\right)*A}{\mathrm{lambertw}[\log \left(b\right)*C/A*\exp (-B\log \left(b\right)/A)]*A+B\log \left(b\right)}$

其中

$b=\sqrt{(1+g_2)},$

$A=\sqrt{\frac{(1+g_3)}{(1+g_2)g_1}}\ln \sqrt{(1+g_2)},$

$B=\sqrt{\frac{(1+g_3)}{(1+g_2)g_1}},$

$C=-\log \frac{(1+g_3+g_1)(1+g_3)}{(1+g_2)g_1},$

当得出K时，带回放大中继传输容量中，即可得到最大放大中继传输容量。

其中所述帧结构包括广播控制部分、随机接入部分、下行数据传输部分以及上行数据传输部分，

其中下行数据传输包含BS-MS/BS-RS与RS-MS两部分，上行数据传输包含MS-BS/MS-RS与RS-BS两部分，其中BS-MS/BS-RS与RS-MS以及MS-BS/MS-RS与RS-BS的区分界线为自适应转换点，用以区分基站、移动站传输以及中继站传输。

根据本发明的技术方案，通过在帧结构中设置自适应转换点，调节时隙资源分配，从而综合考虑网络中的无线传输环境状况对于时隙资源分配的影响，优化网络容量。

附图说明

图1是在本发明中的帧结构自适应转换点细节的设置示意图；

图2是在本发明中进行下行中继传输时，实现本发明自适应帧结构及相应时隙分配方法的示意图。

具体实现方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例对本发明，尤其是自适应帧结构中的自适应转换点的确定作进一步地详细描述。

本发明利用MIMO(Multiple-In-Multiple-Out)以及虚拟MIMO的技术提供了一整套中继合作传输自适应帧结构以及其中的自适应转换点确定方法。其中自适应帧结构如附图1所示，包括广播控制部分，随机接入部分，下行数据传输部分以及上行数据传输部分；其中下行数据传输包含BS-MS/BS-RS与RS-MS两部分，上行数据传输包含MS-BS/MS-RS与RS-BS两部分，其中BS-MS/BS-RS与RS-MS以及MS-BS/MS-RS与RS-BS的区分界线为自适应转换点，用以区分基站BS、移动站MS传输以及中继站RS传输，从而使三者正常工作而不发生冲突。

针对所提出的自适应转换点，设计了一整套确定自适应转换点的方法，主要目标是为了最大化端到端网络容量，即max{c}。下面主要针对下行传输状况做出说明。如附图3，假设网络中存在一个具备单根发射天线的BS，R个具有分别具有1根发射天线的RS以及1个具有1根发射天线的MS，同时RS之间的距离远小于RS到MS或者BS的距离。不存在BS-MS的直射径的情况下，其中在上行时隙中，K为MS-RS/MS-BS在上行时隙中所占的比例，在下行时隙中，K为BS-MS/BS-RS在下行时隙中所占的比例，K的取值范围0＜K≤1，如附图2所示。

假设γ₁为RS接收到的来自BS的信号的SNR值；γ₂为MS接收到的来自RS的信号的SNR值；γ₃为MS接收到的来自BS的信号的SNR值；

当合作传输网络采用译码中继方式传输时，

max{c}＝max{min{c₁，c₂}}

其中c₁＝K*log(1+γ₁)

c₂＝K*log(1+γ₃)+(1-K)*log(1+γ₂)

若γ₃＜γ₂时，

通过c₁＝c₂取得max{c}，则此时

$K=\frac{\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)}{\log (1+{\mathrm{\γ}}_1)+\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)-\log (1+{\mathrm{\γ}}_3)}$

假设BS-RS以及RS-MS之间的信道状况已知，别由上式可以确定K值。此时端到端网络容量为

$\max \left\{c\right\}=\frac{\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)*\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)}{\log (1+{\mathrm{\γ}}_1)+\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)-\log (1+{\mathrm{\γ}}_3)}$

若γ₃≥γ₂时，表示直传路径好于任意中继路径，因此K＝1，此时采用不包含任何中继传输得直传策略

maX{c}＝log(1+γ₃)

当合作传输网络采用放大中继方式传输时，

$c=K*\log (1+{\mathrm{\γ}}_3+\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{1+{\mathrm{\σ}}_w^2})$

${\mathrm{\σ}}_w^2=\frac{{\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\γ}}_3+1}{(1+{\mathrm{\γ}}_3)({(1+{\mathrm{\γ}}_2)}^{(1-K)/K}-1)}$

通过一系列处理，以及Lambert的W方程的引入，可以得出

$K=\frac{\log \left(b\right)*A}{\mathrm{lambertw}[\log \left(b\right)*C/A*\exp (-B\log \left(b\right)/A)]*A+B\log \left(b\right)}$

其中

$b=\sqrt{(1+g_2)};$

$A=\sqrt{\frac{(1+g_3)}{(1+g_2)g_1}}\ln \sqrt{(1+g_2)};$

$B=\sqrt{\frac{(1+g_3)}{(1+g_2)g_1}};$

$C=-\log \frac{(1+g_3+g_1)(1+g_3)}{(1+g_2)g_1};$

当得出K时，带回放大中继传输容量中，即可得到最大放大中继传输容量。

此外，若BS、RS、MS具有多根天线，其转换点K的得出方法与上类似。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种在分布式中继合作传输网络的帧结构中设置自适应转换点的方法，其中在上行和下行数据传输中，设置自适应转换点作为上下行传输的源节点-中继点传输与中继点-目的节点传输的区分点，以区分源节点、中继点传输以及目的节点的传输，并且使三者正常工作而不发生冲突；

其中根据网络环境以及用户需求自适应的移动位置，使时隙资源在上下行数据传输与中继传输之间合理分配，得到最大化的端到端网络容量max{c}，从而设置所述自适应转换点。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述分布式中继合作传输网络为译码中继传输网络。

3、根据权利要求1所述的方法，其中所述分布式中继合作传输网络为放大中继传输网络。

4、根据权利要求2所述的方法，其中最大化端到端网络容量max{c}通过以下公式实现：

假设γ₁为中继站接收到的来自基站的信号的SNR值，γ₂为移动站接收到的来自中继站的信号的SNR值，γ₃为移动站接收到的来自基站的信号的SNR值，其中在上行时隙中，K为MS-RS/MS-BS在上行时隙中所占的比例，在下行时隙中，K为BS-MS/BS-RS在下行时隙中所占的比例，K的取值范围0＜K≤1，

其中最大化的端到端网络容量max{c}＝max{min{c₁，c₂}}

其中c₁＝K*log(1+γ₁)

c₂＝K*log(1+γ₃)+(1-K)*log(1+γ₂)

若γ₃＜γ₂时，

通过c₁＝c₂取得max{c}，则此时

$K=\frac{\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)}{\log (1+{\mathrm{\γ}}_1)+\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)-\log (1+{\mathrm{\γ}}_3)}$

假设基站-中继站以及中继站-移动站之间的信道状况已知，则由上式可以确定K值，此时端到端网络容量为

$\max \left\{c\right\}=\frac{\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)*\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)}{\log (1+{\mathrm{\γ}}_1)+\log (1+{\mathrm{\γ}}_2)-\log (1+{\mathrm{\γ}}_3)};$

若γ₃≥γ₂时，表示直传路径好于任意中继路径，因此K＝1  ，此时采用不包含任何中继传输得直传策略

max{c}＝log(1+γ₃)

5、根据权利要求3所述的方法，其中最大化端到端网络容量max{c}通过以下公式实现：

假设γ₁为中继站接收到的来自基站的信号的SNR值，γ₂为移动站接收到的来自中继站的信号的SNR值，γ₃为移动站接收到的来自基站的信号的SNR值，其中在上行时隙中，K为MS-RS/MS-BS在上行时隙中所占的比例，在下行时隙中，K为BS-MS/BS-RS在下行时隙中所占的比例，K的取值范围0＜K≤1，

$c=K*\log (1{+\mathrm{\γ}}_3+\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{1+{\mathrm{\σ}}_w^2})$

${\mathrm{\σ}}_w^2=\frac{{\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\γ}}_3+1}{(1+{\mathrm{\γ}}_3)({(1+{\mathrm{\γ}}_2)}^{(1-K)/K}-1)}$

通过一系列处理，以及Lambert的W方程的引入，可以得出

$K=\frac{\log \left(b\right)*A}{\mathrm{lambertw}[\log \left(b\right)*C/A*\exp (\text{-Blog}\left(b\right)/A)]*A+B\log \left(b\right)}$

其中

$b=\sqrt{(1+g_2)},$

$A=\sqrt{\frac{(1+g_3)}{(1+g_2)g_1}}\ln \sqrt{(1+g_2)},$

$B=\sqrt{\frac{(1+g_3)}{(1+g_2)g_1}},$

$C=-\log \frac{(1+g_3+g_1)(1+g_3)}{(1+g_2)g_1},$

当得出K时，带回放大中继传输容量中，即可得到最大放大中继传输容量。

6、根据权利要求1所述的方法，其中所述帧结构包括广播控制部分、随机接入部分、下行数据传输部分以及上行数据传输部分，

其中下行数据传输包含BS-MS/BS-RS与RS-MS两部分，上行数据传输包含MS-BS/MS-RS与RS-BS两部分，其中BS-MS/BS-RS与RS-MS以及MS-BS/MS-RS与RS-BS的区分界线为自适应转换点，用以区分基站、移动站传输以及中继站传输。

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