CN101064914B - 在无线通信网络中用于进行联合中继的方法及装置 - Google Patents

在无线通信网络中用于进行联合中继的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了在无线通信网络中用于实现多中继装置联合中继的装置及其方法。本发明是为了提高被中继的信号性能、减少中继所使用的资源和解决中继之间切换等问题而提出的，根据本发明的方法和设备的特征在于，根据来自基站的操作指示信息，来对所述接收到的信号进行处理，用于发送给下一级网络节点。与现有技术相比，可以有效的获得空间分集增益或者空间复用增益，甚至是两者同时存在，并且对于中继之间的同步要求较低。因此接收信号性能或者中继资源的消耗都能有较大的改善，并有很好的可实现性。

Description

在无线通信网络中用于进行联合中继的方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信网络，尤其涉及在无线通信网络中用于实现多中继装置联合中继的中继装置、基站及相应方法。
背景技术
联合中继，作为无线通信领域一个新兴的技术，其基本思想是通过独立的信道来利用分集效应。在联合中继网络中，源节点将其需要传输的信号广播出去，网络中部署的中继装置中的一部分能够接收到该信号，接着将其进行处理并转发，在多跳中继网络中，上述中继装置转发的信号将到达位于下一跳的中继装置，这些中继装置再对信号进行处理并转发，直至所述信号到达目的地(信宿)。
作为一个崭新的领域目前的解决方法有限，而且由于要对来自不同中继的信号进行合并精确的同步和功率匹配是很多方法的必要条件。这两个要求对系统的实际实现带来很高的要求。还有的实现方法需要特殊的信道要求，如信道之间的正交性，这就使得设计和测量的困难增加，而且联合中继所能获得的性能提升也受限于信道条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种在无线网络中实现多中继装置联合中继的中继装置、基站及相应的方法。
根据本发明的第一个方面，提供了一种在无线通信网络的中继装置中用于进行联合中继的方法，包括以下步骤：接收来自上一级网络节点的信号；根据来自一个基站的指示信息，来确定上一级或下一级网络节点的情况；根据确定结果来对所述来自上一级网络节点的信号进行普通中继处理或联合中继处理，并生成经过中继处理的信号；将经过中继处理的信号发送给下一级网络节点。
根据本发明的第二个方面，提供了一种在无线通信网络中用于进行联合中继的中继装置，包括一个接收装置，用于接收来自上一级网络节点的信号；一个确定装置，用于根据来自基站的指示信息，来确定上一级或下一级网络节点的情况；一个中继处理装置，用于根据确定结果来对所述来自上一级网络节点的信号进行普通中继处理或联合中继处理，并生成经过中继处理的信号；一个发送装置，用于将所述经过中继处理的信号发送给下一级网络节点。
根据本发明的第三个方面，提供了一种在无线通信网络的基站中用于支持多中继装置联合中继的方法，其中中继装置为根据本发明的第二个方面的中继装置，所述方法的特征在于，对接收到的来自多个中继装置的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列。
根据本发明的第四个方面，提供了一种在无线通信网络中用于支持多中继装置联合中继的基站，其中中继装置为根据本发明的第二个方面的中继装置，所述基站的特征在于，包括一个检测合并装置，用于对接收到的来自多个中继装置的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列。
采用本发明提供的方法和装置，可以有效的获得空间分集增益或者空间复用增益，甚至是两者同时存在。因此接收信号性能或者中继资源的消耗都能有较大的改善。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述：
图1示出了根据本发明的一个具体实施方式的多跳联合中继网络的拓扑图和相应的帧结构；
图2为根据本发明的一个具体实施方式的中继装置中，对应不同场景的联合中继实现方法流程示意图；
图3为根据本发明的一个具体实施方式的上一级网络节点为基站，下一级网络节点为移动站的中继装置中用于进行联合中继的方法中的中继处理流程图；
图4为根据本发明的一个具体实施方式的上一级网络节点为移动站或基站，下一级网络节点为多个中继装置的中继装置中用于进行联合中继的方法中的中继处理流程图；
图5为根据本发明的一个具体实施方式的上一级网络节点为多个中继装置，下一级网络节点为多个中继装置或一个基站的中继装置中用于进行联合中继的方法中的中继处理流程图；
图6为根据本发明的一个具体实施方式的上一级网络节点为多个中继装置，下一级网络节点为一个移动站的中继装置中用于进行联合中继的方法中的中继处理流程图；
图7为根据本发明的一个具体实施方式的用于进行联合中继的中继装置框图；
图8为根据本发明的一个具体实施方式的在无线网络的基站中用于支持多中继装置联合中继的方法流程图；
图9为根据本发明的一个具体实施方式的用于在无线网络中支持多中继装置联合中继的基站的框图；
图10示出了根据本发明的一个具体实施方式的中继装置的上行链路信号发送前的处理过程；
图11示出了根据本发明的一个具体实施方式的中继装置/基站中对接收到的来自多个中继装置的信号的处理过程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详述。
图1为根据本发明的一个具体实施方式的多跳联合中继网络的拓扑图和相应的帧结构。
如图1上半部分所示，该多跳联合中继网络包括一个BS(基站)、多个RS(中继装置)(RS1-RS4)以及多个MS(移动站，即用户设备，譬如手机)。其中，由于一个MS位于基站附近，可以直接与基站进行通信(其发送的信号到达基站时质量仍足够好)，无须中继。而本发明主要关心的是需要中继的MS-BS间的通信问题，因此，以下内容将主要针对需要中继的MS进行描述。
不失一般性地，以上行链路为例，MS发送信号至下一级网络节点(图中的RS1和RS2)，此前，RS1与RS2已经从基站处直接或间接(由下行链路的上级中继装置层层转发)地得到了一个指示信息(譬如在下行链路中由基站广播的MAP信息)，优选地，所述指示信息包括该网络的链路结构，由此，中继装置可以得知其上下级网络节点的情况等；更优选地，所述指示信息还可以包括各个网络节点用来作用于待发送信号的特定信息序列处理方式，处于网络中相邻级别的网络节点(如同处于一个级别的RS1、RS2与同处于另一级别的RS3、RS4)在收到来自基站的所述指示信息后，可以了解各自使用的特定信息序列处理方式，用于对对方发送的信息进行相应的处理，其具体过程将结合其它附图在下面的内容中详细描述。
因此，当MS发送的信号到达RS1与RS2后，两个中继装置对接收到的信号进行独立的中继处理并分别转发处理后的信号。其中，根据该中继装置上下级网路节点的情况的不同，所述中继处理过程也不相同。RS1与RS2发送的经中继处理的信号经第二跳后到达RS3和RS4，同样地，RS3与RS4在之前也已从基站处直接或间接(由下行链路的上级中继装置层层转发)地得到了一个指示信息，根据该指示信息，RS3和RS4对接收到的信号进行独立的中继处理并分别转发，经过第三跳，信号最终到达基站，基站经过对来自RS3和RS4的信号进行相应的处理(譬如，联合检测及合并处理)，恢复出MS发送的原始信号。
需要注意的是，由于在标准中(譬如IEEE802.16)，中继装置的引入对移动站是透明的，即，MS感受不到RS的存在。因此在下行链路中，对于RS1和RS2(下一级网络节点为一个移动站)，还需要将待发送的信号进行相应的格式转换(优选地，转换后的格式属于在引入中继装置之前，基站发送给移动站的信号的格式)，使得移动站能够接收并成功识别该信号。
图1下半部分所示的为根据本发明的一个具体实施方式的帧结构，其中，基站为处于网络不同级别上的网络节点分配无线资源(如：时频资源)，优选地，处于网络中同一级别的网络节点(譬如，RS1和RS2)可以共享相同的网络资源。
图2为根据本发明的一个具体实施方式的中继装置中，对应不同场景的联合中继实现方法流程示意图。
联合中继的网络或为单跳(仅包括一级中继装置)中继网络，或为多跳(包括两级或两级以上中继装置)中继网络。在图2中，在步骤S101中，该中继装置接收来自上一级网络节点的信号；在步骤S102中，中继装置根据来自所述基站的指示信息，来确定上一级或下一级网络节点的情况；对应不同的上下级网络节点情况，中继装置中的中继处理过程有四种：
1.上一级网络节点为基站，下一级网络节点为移动站
这种情况的具体中继处理过程如图3所示，其对应的是单跳中继的下行链路信号传输情况，也称为普通中继处理。对接收到的信号采用与现有技术中的单中继方案类似的处理方式(即进行所述普通中继处理)进行处理，具体地，对接收到的信号进行进行信号再生处理，生成经过信号再生的信号序列；进而对所述经信号再生的信号序列进行信号格式转换(为了遵循相应标准的规定，使移动站不会感到中继装置的存在)，以生成经信号格式转换的信号序列，优选地，转换后的信号序列的格式与引入中继装置前，基站向移动站发送的信号的格式相同；
2.上一级网络节点为移动站或基站，下一级网络节点为多个中继装置
这种情况的具体中继处理过程如图4所示，其对应多跳中继网络中的上下行链路中处于第一跳的中继装置。由于其上一级网络节点确定为一个移动站或一个基站，而移动站或基站在本发明的一个具体实施方式中采用与现有技术中基站-移动站直接通信相同的方式发送信号，因此，该中继装置在接收到该信号(来自信源的原始信号)后，对其进行联合中继处理。具体地，对来自上一级网络节点的原始信号进行信号再生处理，以生成经过信号再生的信号序列；其后，利用一种特定的信息序列处理方式(譬如，一种区别于其它中继装置的特定比特级交织方式或扰码方式)对所述经过信号再生的信号序列进行处理；
3.上一级网络节点为多个中继装置，下一级网络节点为多个中继装置或一个基站
这种情况的具体中继处理过程如图5所示，其对应处于多跳中继网络上下行链路的中间跳以及上行链路的最后一跳的中继装置。由于根据本发明的方案，由中继装置发往中继装置的信号在发送前均经过了“利用一种特定的信息序列处理方式进行处理”的过程，因此，该中继装置对到来的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列；进而对所述经联合检测与合并处理的一路信号序列进行信号再生处理，以生成经信号再生的信号序列；接着，利用一种特定的信息序列处理方式对所述经过信号再生的信号序列进行处理；
4.上一级网络节点为多个中继装置，下一级网络节点为一个移动站
这种情况的具体中继处理过程如图6所示，前已述及，中继装置的引入对移动站而言是透明的，因此，位于多跳中继网络的下行链路最后一跳的中继装置需要对到来的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列；进而对所述经联合检测与合并处理的一路信号序列进行信号再生处理，以生成经信号再生的信号序列；与前一种情况不同的是，对经过信号再生的信号序列，不利用特定的信息序列处理方式对其进行处理，而是对其进行信号格式转换，以生成经信号格式转换的信号序列，转换后的信号序列的格式与引入中继装置前，基站向移动站发送的信号的格式相同。
上述第2-4中情形的中继处理过程可以统称为联合中继处理过程。
经过前述四种中继处理后的信号在相应的中继装置中在步骤S103中被发送到相应的下一级网络节点。
优选地，中继装置在接收到来自上一级网络节点的信号后，还可以通过对该信号进行相应的检测(如，循环冗余检测)来判断是否有必要对该信号进行后续处理以及转发，这有助于提高系统的信号处理效率。
图7所示为根据本发明的一个具体实施方式的用于进行联合中继的中继装置框图。
所述中继装置包括一个接收装置101、一个确定装置102、一个中继处理装置103以及一个发送装置104。
所述接收装置101用于接收来自上一级网络节点的信号；而所述确定装置102用于根据来自所述基站的指示信息，来确定上一级或下一级网络节点的情况；对应不同的上下级网络节点情况，中继装置中的 中继处理装置实现的功能分别为：
1.上一级网络节点为基站，下一级网络节点为移动站
这种情况对应的是单跳中继的下行链路信号传输情况，也称为普通中继处理。中继处理装置103对由接收装置101接收到的信号采用与现有技术中的单中继方案类似的处理方式(即进行所述普通中继处理)进行处理，具体地，对接收到的信号进行进行信号再生处理，生成经过信号再生的信号序列；进而对所述经信号再生的信号序列进行信号格式转换(为了遵循相应标准的规定，使移动站不会感到中继装置的存在)，以生成经信号格式转换的信号序列，优选地，转换后的信号序列的格式与引入中继装置前，基站向移动站发送的信号的格式相同；
2.上一级网络节点为移动站或基站，下一级网络节点为多个中继装置
这种情况对应多跳中继网络中的上下行链路中处于第一跳的中继装置。由于其上一级网络节点确定为一个移动站或一个基站，而移动站或基站在本发明的一个具体实施方式中采用与现有技术中基站-移动站直接通信相同的方式发送信号，因此，该中继装置在由接收装置101接收到该信号(来自信源的原始信号)后，中继处理装置103对其进行联合中继处理。具体地，对来自上一级网络节点的原始信号进行信号再生处理，以生成经过信号再生的信号序列；其后，利用一种特定的信息序列处理方式(譬如，一种区别于其它中继装置的特定比特级交织方式或扰码方式)对所述经过信号再生的信号序列进行处理；
3.上一级网络节点为多个中继装置，下一级网络节点为多个中继装置或一个基站
这种情况对应处于多跳中继网络上下行链路的中间跳以及上行链路的最后一跳的中继装置。由于根据本发明的方案，由中继装置发往中继装置的信号在发送前均经过了“利用一种特定的信息序列处理方式进行处理”的过程，因此，由中继处理装置103对到来的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列；进而对所述经联合检测与合并处理的一路信号序列进行信号再生处理，以生成经信号再生的信号序列；接着，利用一种特定的信息序列处理方式对所述经过信号再生的信号序列进行处理；
4.上一级网络节点为多个中继装置，下一级网络节点为一个移动站
前已述及，中继装置的引入对移动站而言是透明的，因此，位于多跳中继网络的下行链路最后一跳的中继装置需要由其中的中继处理装置103对到来的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列；其后，对所述经联合检测与合并处理的一路信号序列进行信号再生处理，以生成经信号再生的信号序列；与此前一种情况不同的是，对经过信号再生的信号序列，不利用特定的信息序列处理方式对其进行处理，而是对其进行信号格式转换，以生成经信号格式转换的信号序列，优选地，转换后的信号序列的格式与引入中继装置前，基站向移动站发送的信号的格式相同。
上述第2-4中情形的中继处理过程可以统称为联合中继处理过程。
经过前述四种中继处理后的信号在相应的中继装置中由一个发送装置104发送到相应的下一级网络节点。
优选地，所述中继装置还可以包括一个判断装置，用于根据所述信号的检测(如，循环冗余检测)，判断是否需要对所述数据包进行后续处理以及转发。
图8为根据本发明的一个具体实施方式的在无线网络的基站中用于支持多中继装置联合中继的方法流程图。
该方法起始于步骤S201，在步骤S201中，基站接收来自上一级网络节点的信号，由于本发明主要考虑需要中继的MS-BS间的通信，因此，基站接收到的信号应来自多个中继装置，于是进到步骤S202；
在步骤S302中，基站对接收到的来自多个中继装置的多路信号进行联合检测及合并成一路信号，以生成经联合检测及合并的信号序列。
图9为根据本发明的一个具体实施方式的用于在无线网络中支持多中继装置联合中继的基站的框图。
其中，基站包括一个接收装置401和一个检测合并装置402。
该接收装置401用于接收来自上一级网络节点的信号，由于本发明主要考虑需要中继的MS-BS间的通信，因此，基站接收到的信号应来自多个中继装置，接收装置401将接收到的多路信号传递给一个检测合并装置402，由后者对该多路信号进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测及合并的信号序列。
图10示出了根据本发明的一个具体实施方式的中继装置的上行链路信号发送前的处理过程。
其中，在一个中继装置中，包括一个Relay-specific Bitinterleaver(交织器)，该交织器的交织方式区别于其它中继装置的交织器的交织方式。由该交织器对解码后的比特流进行交织；在发射天线之前，还包括一个Symbol mapping/multiplexing(信号映射/复用)模块，用于将信号映射至发射天线或进行空间复用后映射至多个发射天线。多个中继装置在同一个资源块(如时频资源)中发送的信号的异同，决定了系统最终所能获得的增益类型，根据本发明的一个实施例，包括分集增益和复用增益。
优选地，为了更优的系统性能，还可以考虑在FEC模块(信道编码)与交织模块间加入用于扩频的模块，以实现扩频增益和速率匹配。
图11示出了根据本发明的一个具体实施方式的中继装置/基站中对接收到的来自多个中继装置的信号的处理过程。
其中，在所述Macro MIMO Detector(广域多入多出检测器)中，集合了多入多出和多用户检测的功能，经过联合检测与合并，其中各交织器与去交织器分别与相应的中继装置相对应(即其交织方式相同)，合并后的再经Channel Decoder(信道解码器)的信道解码，恢复出原始的信号序列，用于后续操作。
其余装置如信道解码器，可以是标准的软进软出(soft-in-soft-out，SISO)检测器。
优选地，为了更优的系统性能(实现扩频增益和速率匹配)，可以在图中所示的结构中添加相应的(去)扩频模块，以实现扩频增益和速率匹配。
另外，根据本发明的一个具体实施方式，中继装置可以配备多个发射天线，由2个或多个中继装置利用其共享的无线资源联合工作在网络的同一级别上。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (16)

1.一种在无线通信网络的中继装置中用于进行联合中继的方法，包括以下步骤：
a.接收来自上一级网络节点的信号；
b.根据来自一个基站的指示信息，来确定上一级或下一级网络节点的情况；
c.根据确定结果来对所述来自上一级网络节点的信号进行普通中继处理或联合中继处理，并生成经过中继处理的信号；
d.将经过中继处理的信号发送给下一级网络节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c包括：
i.当所述确定结果指示所述中继装置的上一级网络节点为所述基站而下一级网络节点为一个移动站时，对来自所述基站的信号进行普通中继处理；
ii.否则，对来自所述上一级网络节点的信号进行联合中继处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述确定结果指示所述上一级网络节点为所述移动站或所述基站而下一级网络节点为多个中继装置时，所述步骤ii包括以下步骤：
-对所述来自上一级网络节点的信号进行信号再生处理，以生成经过信号再生的信号序列；
-利用一种特定的信息序列处理方式对所述经过信号再生的信号序列进行处理。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述确定结果指示所述上一级网络节点包括多个中继装置而下一级网络节点为多个中继装置或基站时，所述步骤ii包括以下步骤：
-对来自多个上一级网络节点的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列；
-对所述经联合检测与合并处理的一路信号序列进行信号再生处理，以生成经过信号再生的信号序列；
-利用一种特定的信息序列处理方式对所述经过信号再生的信号序列进行处理。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述确定结果指示所述上一级网络节点为多个中继装置而下一级网络节点为所述移动站时，所述步骤ii包括以下步骤：
-对来自所述上一级网络节点的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列；
-对所述经联合检测与合并处理的一路信号序列进行信号再生处理，以生成经信号再生的信号序列；
-对所述经信号再生的信号序列进行信号格式转换，以生成经信号格式转换的信号序列。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤i包括：
-对所述来自上一级网络节点的信号进行信号再生处理，以生成经过信号再生的信号序列；
-对所述经过信号再生的信号序列进行信号格式转换，以生成经信号格式转换的信号序列。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述信息序列处理方式包括信号交织方式和信号扰码处理方式。
8.一种在无线通信网络中用于进行联合中继的中继装置，包括：
一个接收装置，用于接收来自上一级网络节点的信号；
一个确定装置，用于根据来自基站的指示信息，来确定上一级或下一级网络节点的情况；
一个中继处理装置，用于根据确定结果来对所述来自上一级网络节点的信号进行普通中继处理或联合中继处理，并生成经过中继处理的信号；
一个发送装置，用于将所述经过中继处理的信号发送给下一级网络节点。
9.根据权利要求8所述的中继装置，其特征在于，所述中继处理装置还用于执行以下操作：
-当所述确定结果指示所述中继装置的上一级网络节点为所述基站而下一级网络节点为一个移动站时，对来自所述基站的信号进行普通中继处理；
-否则，对来自所述上一级网络节点的信号进行联合中继处理。
10.根据权利要求9所述的中继装置，其特征在于，当所述确定结果指示所述上一级网络节点为所述移动站或所述基站而下一级网络节点为多个中继装置时，所述中继处理装置用于执行以下操作：
-对所述来自上一级网络节点的信号进行信号再生处理，以生成经过信号再生的信号序列；
-利用一种特定的信息序列处理方式对所述经过信号再生的信号序列进行处理。
11.根据权利要求9所述的中继装置，其特征在于，当所述确定结果指示所述上一级网络节点包括多个中继装置而下一级网络节点为多个中继装置或基站时，所述中继处理装置用于执行以下操作：
-对来自多个上一级网络节点的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列；
-对所述经联合检测与合并处理的一路信号序列进行信号再生处理，以生成经过信号再生的信号序列；
-利用一种特定的信息序列处理方式对所述经过信号再生的信号序列进行处理。
12.根据权利要求9所述的中继装置，其特征在于，当所述确定结果指示所述中继装置的上一级网络节点为多个中继装置而下一级网络节点为所述移动站时，所述中继处理装置用于执行以下操作：
-对来自所述上一级网络节点的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列；
-对所述经联合检测与合并处理的一路信号序列进行信号再生处理，以生成经信号再生的信号序列；
-对所述经信号再生的信号序列进行信号格式转换，以生成经信号格式转换的信号序列。
13.根据权利要求9所述的中继装置，其特征在于，当所述确定结果指示所述中继装置的上一级网络节点为所述基站而下一级网络节点为一个移动站时，所述中继处理装置还用于执行以下操作：
-对所述来自上一级网络节点的信号进行信号再生处理，以生成经过信号再生的信号序列；
-对所述经过信号再生的信号序列进行信号格式转换，以生成经信号格式转换的信号序列。
14.根据权利要求10或11所述的中继装置，其特征在于，所述信息序列处理方式包括信号交织方式和信号扰码处理方式。
15.一种在无线通信网络的基站中用于支持多中继装置联合中继的方法，其中中继装置为根据权利要求8所述的中继装置，所述方法的特征在于，对接收到的来自多个中继装置的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列。
16.一种在无线通信网络中用于支持多中继装置联合中继的基站，其中中继装置为根据权利要求8所述的中继装置，所述基站的特征在于，包括一个检测合并装置，用于对接收到的来自多个中继装置的各路信号序列进行联合检测与合并处理，以生成经联合检测与合并处理的一路信号序列。
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