CN101106807A - 一种基于中继器的蜂窝网络以及空分双工通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于中继器的蜂窝网络以及空分双工通信方法。基于中继器的蜂窝网络包括基站、中继器以及终端，基站具有至少1根天线，中继器具有至少2根天线。其中，基站用于为终端分配资源，并在当前时隙发送下行信号和在下一时隙通过中继器接收来自终端的上行信号；中继器用于在当前时隙接收来自基站的下行信号和来自终端的上行信号，并在下一时隙将接收的下行信号发送给终端、以及将上行信号发送给基站；终端用于在当前时隙发送上行信号并在下一时隙通过中继器接收下行信号，在同一时隙内发送的上行信号和下行信号之间彼此正交。通过本发明的蜂窝网络和通信方法，可以有效提高信道利用率，降低系统复杂度。

Description

一种基于中继器的蜂窝网络以及空分双工通信方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种基于中继器的蜂窝网络以及空分双工通信方法。
背景技术
未来蜂窝网络具有高速数据速率、大覆盖面积的特点。根据ITU-RM1645文件中提到的要求：对于低速移动或静止的用户，数据速率要求达到1Gbps；对于高速移动的用户，数据速率要求100Mbps。
通常，在发送端功率恒定的前提下，每比特数据的能量与数据速率成反比，就是说随着数据速率的不断提高，接收端的信噪比Eb/No将线性下降，导致接收端不能正确接收，从而降低了覆盖面积。
另外，第三代移动通信系统(Third Generation Wireless Communication，3G)的工作频段是2Ghz，但是留给下一代网络(Next Generation Network，NGN)的工作频段要远远高于3G的工作频段，例如5GHz。高工作频段导致更大的路径损耗，并且高工作频段对衰落更加敏感，从而加剧了覆盖面积性能的恶化。
中继器(Relay Station，RS)是解决这个问题的非常有效的办法之一。中继器的基本原理就是用容量换取覆盖面积。由于资源正交性的限制，中继器不能在相同的频段、码道上同时收发不同的信号，也就是说，中继器的接收和发送必须是正交的，可以使用不同的时间、频段，进一步，由于远近效应(Near-Far Effect)，中继器也不能在不同的码道上同时收发不同的信号。
以下以时分双工和下行链路为例来说明中继器工作的基本原理。
在传统的蜂窝网络中，分配给终端的时隙资源可以一直被基站(BaseStation，BS)/终端(User Equipment，UE)用于发送/接收信号，但是在基于中继器的蜂窝网络中，分配给终端的时隙资源被分成两部分，其中，第一部分用于从基站到中继器的传输，第二部分用于从中继器到终端的传输。所以在发送功率恒定的情况下，在相同的时间内，基于中继器的蜂窝网络的吞吐量是传统网络的一半。这就是中继器利用容量换取覆盖面积的含义。基于中继器的网络能够扩大覆盖面积，在传输距离相同的条件下，这也等效成可以降低功率消耗。
另外，中继器还具有成本低、易于铺设等优点。铺设基站除了需要基站设备、电源、机房等外，还需要铺设光纤网络，而铺设光纤网络成本极大。但是中继器就不一样了，除了中继器比基站设备简单可以降低基站本身的成本外，中继器与基站通过无线链路进行链接，无需铺设光纤网络，从而极大的节省了网络扩展的成本。
为了提高信道利用率、改善容量，信道复用是一个重要的途径。从系统级的角度，可以在不同的多跳用户之间、多跳用户与一跳用户之间进行信道复用；从链路级的角度，可以在同一个多跳用户的上行链路和下行链路之间进行信道复用。
图1为现有技术中基于中继器的蜂窝网络中第一种通信方法的原理图。如图1所示，上行链路(Uplink，UL)和下行链路(Downlink，DL)需要占用独立的资源。对于两跳用户来说，以时分双工为例，上下行链路共需要4个独立的时隙资源，分别用于上行(UL1、UL2)和下行(DL1、DL2)。如图2所示，这种情况下，信道利用率仅为1条链路/时隙，这样的信道利用率是很低的。
为了提高信道利用率，提出了一种改进的双工工作方式，请参阅图3。图3为现有技术中基于中继器的蜂窝网络中第二种通信方法的原理图，具体流程如下：
在第一个时隙中，通过基站到中继器的下行链路DL1传输信号Xd；
在第二个时隙中，通过终端到中继器的上行链路UL1传输信号Xu，在中继器接收第一和第二时隙的下行信号Xd和上行信号Xu并解码之后，通过异或逻辑操作将下行和上行信号合并成一个信号Xc；
在第三个时隙中，中继器将合并之后的信号Xc分别通过上行链路UL2和下行链路DL2发送给基站和终端，基站和终端可以同时收到信号Xc。在基站接收并解码信号Xc之后，将信号Xc与第一个时隙中基站发送的信号Xd进行异或逻辑操作，得到终端发送给基站的信号Xu。在终端进行相同的操作，即，将第二个时隙中终端发送的信号Xu与第三个时隙中终端接收的信号Xc进行异或逻辑操作，得到来自基站的信号Xd。
这样，如图4所示，通过上述处理，可以在三个时隙中传输四条链路(DL1、UL1、DL2和UL2)，信道利用率为4条链路/3个时隙。与图1所示的现有技术相比，可以有效地提高信道利用率，从而改善网络性能。
然而，上述第二种通信方法中并未提及在空域中的应用，并且，当应用于空域时，以上方案并非提高信道利用率的最佳方案。
发明内容
本发明的目的是，提供一种基于中继器的蜂窝网络。
本发明的另一目的是，提供一种空分双工通信方法。
根据本发明的第一方面，提供一种基于中继器的蜂窝网络，包括基站、中继器以及终端，基站具有至少1根天线，中继器具有至少2根天线。其中，基站用于为终端分配资源，并在当前时隙发送下行信号和在下一时隙通过中继器接收来自终端的上行信号；中继器用于在当前时隙接收来自基站的下行信号和来自终端的上行信号，并在下一时隙将接收的下行信号发送给终端、以及将上行信号发送给基站；终端用于在当前时隙发送上行信号并在下一时隙通过中继器接收下行信号，在同一时隙内发送的上行信号和下行信号之间彼此正交。
根据本发明的第二方面，提供一种空分双工通信方法，包括以下步骤：
步骤a，基站发送广播信号，并根据与广播信号对应的反馈信号为终端分配资源；
步骤b，基站和终端在当前时隙分别将下行信号和上行信号发送给中继器；
步骤c，中继器在下一时隙将当前时隙接收自基站的下行信号发送给终端，并且将接收自终端的上行信号发送给基站，
其中，在同一时隙内发送的上行信号和下行信号之间彼此正交。
根据本发明的第三方面，提供一种基于中继器的蜂窝网络，包括基站、第一中继器、第二中继器以及终端，基站具有至少1根天线，中继器具有至少2根天线。其中，基站用于为终端分配资源，并在当前时隙发送下行信号、以及在下一时隙接收来自第一中继器的上行信号；第一中继器用于在当前时隙接收来自基站的下行信号和来自第二中继器的上行信号，并在下一时隙将接收的下行信号发送给第二中继器、以及将上行信号发送给基站；第二中继器用于在当前时隙向第一中继器发送上行信号以及向终端发送下行信号，并在下一时隙将接收的下行信号发送给终端、以及将上行信号发送给第一中继器；终端用于在当前时隙接收来自第二中继器的下行信号，以及在下一时隙发送上行信号，在同一时隙内发送的上行信号和下行信号之间彼此正交。
根据本发明的第四方面，提供一种空分双工通信方法，包括以下步骤：
步骤A，基站发送广播信号，并根据与广播信号对应的反馈信号为终端分配资源；
步骤B，在当前时隙，基站向第一中继器发送下行信号，同时，第二中继器向第一中继器发送上行信号以及向终端发送下行信号；
步骤C，在下一时隙，第一中继器将接收自基站的下行信号发送给第二中继器以及将接收自第二中继器的上行信号发送给基站，同时，终端将上行信号发送给第二中继器，
其中，在同一时隙内发送的上行信号和下行信号之间彼此正交。
根据本发明的第五方面，提供一种基于中继器的蜂窝网络，包括基站、多个中继器以及终端，基站具有至少1根天线，中继器具有至少2根天线。其中，多个中继器中至少一个中继器用于在当前时隙接收来自基站或其他中继器的下行信号、和来自终端或其他中继器的上行信号，并在下一时隙将接收的下行信号发送给其他中继器或终端、以及将上行信号发送给其他中继器或基站；以及，多个中继器中的至少一个中继器用于在当前时隙将下行信号发送给其他中继器或终端、以及将上行信号发送给其他中继器或基站，并在下一时隙接收来自基站或其他中继器的下行信号、和来自终端或其他中继器的上行信号，在同一时隙内发送和接收的上行信号和下行信号之间彼此正交。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)通过利用地理位置形成的链路之间的空间独立性以及中继器的多天线，同时发送和接收上下行信号，可以有效提高信道利用率；
2)进一步，中继器可以将当前时隙估计出的下行和/或上行信号的波束系数作为下一时隙发送对应的上行和/或上行信号的波束系数，降低系统复杂度；
3)对于一跳用户和多跳用户的上行和下行传输均只需要两个独立的时隙，在分配时隙资源的时候，无需特殊处理，从而简化了系统设计。
附图说明
图1为现有技术中基于中继器的蜂窝小区中第一种通信方法的原理图；
图2为图1通信方法中时隙分配的示意图；
图3为现有技术中基于中继器的蜂窝小区中第二种通信方法的原理图；
图4为图3通信方法中时隙分配的示意图；
图5为本发明的基于中继器的蜂窝网络的第一实施例的结构示意图；
图6为本发明空分双工通信方法的第一实施例的流程图；
图7为本发明第一实施例中基站进行资源分配的流程图；
图8为本发明第一实施例的第一比较例中现有通信方法的流程图；
图9为本发明第一实施例的第二比较例中现有通信方法的流程图；
图10为本发明第一实施例的第二比较例中本发明空分双工通信方法的流程图；
图11为本发明的基于中继器的蜂窝网络的第二实施例的结构示意图；
图12为本发明空分双工通信方法的第二实施例的流程图；
图13为本发明第二实施例中基站进行资源分配的流程图；
图14为本发明第二实施例的第一比较例中现有通信方法的流程图；
图15为本发明第二实施例的第二比较例中现有通信方法的流程图；
图16为本发明第二实施例的第二比较例中本发明空分双工通信方法的流程图。
具体实施方式
本发明的主要思想是：提供一种基于中继器的蜂窝网络以及空分双工通信方法，其利用地理位置形成的链路之间的空间独立性以及中继器的多天线，复用上行和下行链路，从而提高信道利用效率和网络性能。
以下结合附图说明本发明的基于中继器的蜂窝网络以及空分双工通信方法。
第一实施例
图5为本发明的基于中继器的蜂窝网络的第一实施例的结构示意图，本实施例是终端为两跳用户的情况。如图5所示，基于中继器的蜂窝网络包括基站、中继器以及终端，其中，基站具有至少1根天线，中继器具有至少2根天线。
基站用于发送广播信号和下行信号，以及接收来自终端或者中继器的对应于广播信号的反馈信号、和来自终端或者中继器的上行信号，并根据反馈信号为终端分配资源、或恢复终端的上行信号。
中继器用于接收来自基站的广播信号和下行信号、以及来自终端的对应于广播信号的反馈信号和来自终端的上行信号。当中继器接收到广播信号时，在广播信号中加入自身的标识信息(例如，中继器的编号等)后将广播信号转发给终端，对应地，当中继器接收到对应于广播信号的反馈信号时，将反馈信号转发给基站。另外，当中继器在当前时隙接收到来自基站的下行信号和/或来自终端的上行信号时，从当前时隙的上行信号和下行信号的导频信号中获得上行信号和下行信号各自的波束系数，并利用当前时隙的下行信号的波束系数在下一时隙将上行信号发送给基站，同时，利用当前时隙的上行信号的波束系数在下一时隙将下行信号发送给终端。
终端用于接收来自基站的广播信号和下行信号，包括直接由基站发送到终端的广播信号和下行信号、和/或通过中继器转发给终端的广播信号和下行信号。当终端接收到来自直接来自基站和/或通过中继器转发的广播信号时，终端根据广播信号，例如广播信号的路径损耗、信干噪比(SINR)等判断自身为一跳用户(由基站直接覆盖)还是多跳用户(由中继器覆盖)，并将通过对应于广播信号的反馈信号将判断结果直接反馈给基站或者通过中继器转发给基站。
这里，当终端为一跳用户时，通知基站其为一跳用户，当终端为两跳用户时，将覆盖终端的中继器的标识信息(例如，中继器的编号)通过中继器转发给基站，进一步也可以在反馈信息中将中继器相应的路径损耗值或者信干噪比值等信息反馈给基站。
图6为本发明空分双工通信方法的第一实施例的流程图。如图6所示，本发明空分双工通信方法包括以下步骤：
步骤110，基站发送广播信号，并根据与广播信号对应的反馈信号为终端分配资源。对于终端为两跳用户的情况，基站分配的资源为2个时隙。在进行资源分配之后，终端、中继器和基站开始进行通信。
步骤120，在第一个时隙内，基站和终端同时发送信号给中继器，由于中继器具有2根天线，所以能够同时接收来自基站的下行信号和来自终端的上行信号，来自基站的下行信号和来自终端的上行信号之间彼此正交。
步骤130，在第二个时隙内，中继器将第一时隙从基站接收的下行信号转发给终端，同时，将来自终端的上行信号转发给基站。由于中继器具有数据缓存功能，在第二个时隙中发送的信号可以是第一时隙接收的信号，也可以是中继器之前接收的信号。
进一步，如图7所示，在上述步骤110中基站为终端分配资源时，具体包括以下步骤：
步骤111，基站周期性地发送广播信号；
步骤112，中继器在接收到的广播信号上附加能够唯一标识自己的标识信息，例如中继器的编号等，并转发基站的广播信号；
步骤113，正在接入网络的终端接收基站和所有中继器的广播信号，分别测量相应的路径损耗或信干噪比，通过路径损耗值或信干噪比值来判断自己属于基站覆盖的一跳用户还是由某一中继器覆盖的两跳用户，并将判断结果通过与广播信号对应的反馈信号直接反馈给基站或者通过中继器反馈给基站。
当终端属于两跳用户时，终端将覆盖它的中继器的标识信息通过反馈信号反馈给基站，进一步，反馈信号中可以包括覆盖终端的中继器所对应的最小的路径损耗值或最大的信干噪比值。
步骤114，基站为终端分配资源，并将分配结果发送给终端和相应的中继器。
这里，当终端为一跳用户或多跳用户时，基站分配给终端的时隙资源均为2个时隙。
在上述步骤114中，基站为终端分配资源之前，可以先通知覆盖终端的中继器测量其接收的下行信号与上行信号之间的干扰是否低于预定的门限，并将判断结果反馈基站。
如果判断结果为干扰低于预定门限，则采用本发明的空分双工通信方法进行通信，此时基站为终端分配2个时隙。如果判断结果为干扰高于预定门限，则采用现有的方法进行，例如在现有的第一种通信方法中，基站为终端分配4个时隙，又如，在现有的第二种通信方法中，基站为终端分配3个时隙，然后按照现有通信方法进行通信。
另外，在步骤120中，中继器在第一时隙中接收到上述信号后，可以进一步根据接收自基站的下行信号的导频信号和接收自终端的上行信号的导频信号，分别估计出当前时隙中来自基站的下行信号的波束系数和来自终端的上行信号的波束系数。
在此基础上，步骤130中，中继器可以进一步利用第一个时隙内估计出的来自基站的下行信号的波束系数和来自终端的上行信号的波束系数，将估计出的下行信号的波束系数作为上行信号的发送天线系数，并将估计出的上行信号的波束系数作为下行信号的发送天线系数，同时将接收自基站的下行信号和接收自终端的上行信号对应地发送到终端和基站。
可以看出，在本发明的上述方法中，信道利用率为2条链路/时隙，相对于现有技术的通信方法，本发明的空分双工通信方法由于充分利用了上行信号和下行信号之间的空间正交性，因此中继器可以在同一个时隙中同时接收来自基站的下行信号和来自终端的上行信号，并且可以在同一个时隙中同时发送下行信号和上行信号，从而可以有效提高信道利用率，提高网络性能。
为了更好体现本发明的效果，以下将同等条件下对现有技术的方法和本发明提高的方法进行比较，其中，假设现有技术的方法和本发明的方法均应用于空分双工通信。
【第一比较例】
在第一比较例中，假设基站具有1根天线，中继器具有2根天线。此时，如图8所示，对于现有技术提供的方法，基站在第一个和第二个时隙中，只能发送一个终端的信号给中继器。这是因为在现有的多天线系统中，在没有考虑到上下行信号之间的正交性时，能够同时传输的链路的数量受到发送天线数和接收天线数中最小值的限制。因此，虽然中继器具有2根天线，却不能同时传输两条通信链路。
在第三个时隙中，中继器同时向两个不同的终端发送下行信号，这时的通信系统等效于两发两收的多天线系统。这种情况下，现有技术提供的信道利用率为4条链路/3时隙。
而在本发明提供的通信方法中，从图6的描述可以看出：
在第一个时隙中，基站和终端在相同的时间和频率资源内分别向中继器发送下行信号和上行信号，并且通过导频信号测量基站和终端到中继器的波束系数；
在第二个时隙中，以第一个时隙中测量的波束系数作为发送天线系数，中继器同时将接收的上行信号和下行信号分别发送给基站和终端。由于中继器具有数据缓存功能，在第二个时隙中发送的信号可以是第一时隙接收的信号，也可以是中继器之前接收的信号。
此时，可以获得的信道利用率为2条链路/时隙。
【第二比较例】
在第二比较例中，基站和中继器均具有2根天线，因此，通信系统可以同时传输两条通信链路，例如，同时传输两条下行链路或两条上行链路。如图9所示，对于现有技术提供的方法，在第一个时隙中，基站同时向中继器发送两个下行信号，中继器分别接收这两个下行信号；在第二个时隙中，中继器同时将两个下行信号分别发送给两个对应的用户。由于上行链路和下行链路的对称性，因此，这里仅以下行通信链路为例进行说明。这种情况下，现有技术提供的信道利用率为2条链路/时隙。
另外，图9中的基站可以同时和两个中继器进行通信，即，第一个时隙中，基站同时向两个中继器发送下行信号，第二个时隙中，两个中继器分别向对应的用户转发相应的下行信号。
从图10可以看出，在本发明提供的通信方法中，基站有多个天线时，基站能够和不同的中继器协同工作，也就是，在考虑了上下行信号之间的正交性的情况下，中继器可以同时接收来自基站的下行信号和来自终端的上行信号，并且可以在同一个时隙中同时发送下行信号和上行信号，因此，一个具有2根天线的基站可以同时和两个具有2根天线的中继器之间进行通信，以提高效率。
图10中，基站和中继器均具有2根天线，在第一个时隙中，基站同时向中继器1和中继器2发送不同的下行信号；同时终端1向中继器1发送上行信号，终端2向中继器2发送上行信号。由于中继器具有两天线，因此能够正确接收来自基站和终端的信号。进一步，中继器1和中继器2分别测量来自基站和终端的波束系数。
在第二个时隙中，中继器同时转发来自基站和终端的信息。中继器1发送信号给基站和终端1，中继器2发送信号给基站和终端2。
此时，信道利用率为4条链路/时隙。
通过以上比较可以看出，本发明第一实施例的系统和方法相对现有技术可以有效的提高信道利用率，从而可以有效的改善系统的性能。
上述描述和比较中仅示出了终端为一跳或两跳用户的情况，以下将通过本发明的第二实施例进一步说明终端为三跳和三跳以上用户的情况。
第二实施例
图11为本发明的基于中继器的蜂窝网络的第二实施例的结构示意图，本实施例是终端为三跳用户的情况。如图11所示，基于中继器的蜂窝网络包括基站、第一中继器(RS1)、第二中继器(RS2)以及终端，其中，基站具有至少1根天线，中继器具有至少2根天线。
基站用于向第一中继器发送广播信号和下行信号，以及从第一中继器接收来自对应于广播信号的反馈信号、或者上行信号，并根据反馈信号为终端分配资源、或恢复上行信号。
第一中继器用于接收来自基站的广播信号和下行信号、以及从第二中继器接收对应于广播信号的反馈信号、以及上行信号。当第一中继器接收到广播信号时，在广播信号中加入自身的标识信息(例如，中继器的编号等)后将广播信号转发给第二中继器，对应地，当第一中继器从第二中继器接收到对应于广播信号的反馈信号时，将反馈信号转发给基站。另外，当第一中继器在当前时隙接收到来自基站的下行信号或来自第二中继器转发的上行信号时，在下一时隙将来自基站的下行信号、和/或来自第二中继器转发的上行信号对应地发送给第二中继器、和/或基站。
第二中继器用于接收来自第一中继器的广播信号和下行信号、以及来自终端的对应于广播信号的反馈信号和来自终端的上行信号。当第二中继器接收到来自第一中继器的广播信号时，在广播信号中加入自身的标识信息(例如，中继器的编号等)后将广播信号转发给终端，对应地，当第二中继器接收到对应于广播信号的反馈信号时，将反馈信号转发给第一中继器。另外，当第二中继器在当前时隙接收到来自第一中继器的下行信号和/或来自终端的上行信号时，在下一时隙将来自终端的上行信号、和/或来自第一中继器的下行信号对应地发送给第一中继器、和/或终端。
终端用于接收来自第二中继器的广播信号和下行信号，并将对应于广播信号的反馈信号、以及上行信号发送给第二中继器。当终端接收到来自第二中继器转发的广播信号时，终端根据广播信号，例如广播信号的路径损耗、信干噪比(SINR)等判断自身为几跳用户，在本实施例中，终端判断自身为第二中继器覆盖，为三跳用户，这时，终端将覆盖终端的第二中继器的标识信息通过反馈信号反馈给第二中继器，进一步也可以在反馈信号中将中继器相应的路径损耗值或者信干噪比值等信息反馈给第二中继器。
图12为本发明空分双工通信方法的第二实施例的流程图。如图12所示，本发明空分双工通信方法包括以下步骤：
步骤210，基站发送广播信号，并根据与广播信号对应的反馈信号为终端分配资源。对于终端为三跳用户的情况，基站分配的资源为2个时隙。在进行资源分配之后，终端、中继器和基站开始进行通信。
步骤220，在第一个时隙内，基站向第一中继器发送下行信号，同时，第二中继器向第一中继器发送上行信号以及向终端发送下行信号；
步骤230，在第二个时隙内，第一中继器将从基站接收的下行信号转发给第二中继器以及将从第二中继器接收的上行信号转发给基站，同时，终端将上行信号发送给第二中继器。
以上是针对基站只有1根天线的情况进行的说明，对于基站具有2根或者2根以上天线时，情况大致相同，只是需要第二中继器的天线数量大于或者等于基站天线的数量。例如，当基站天线数量为2时，中继器需要具有至少2根天线，基站可以在第一时隙同时发送和天线数量相同数量的下行信号给同一个中继器，该中继器的1根天线对应接收相应的1个下行信号。当然，基站也可以将每根天线发送的下行信号对应一个中继器，即，基站天线为2时，1根天线发送的下行信号由一个对应的中继器接收，总共由两个独立的中继器分别接收基站的不同天线发送的下行信号。
进一步，如图13所示，在上述步骤210中基站为终端分配资源时，具体包括以下步骤：
步骤211，基站周期性地发送广播信号；
步骤212，第一中继器在接收到的广播信号上附加能够唯一标识自己的标识信息，例如第一中继器的编号等，并转发基站的广播信号；
步骤213，第二中继器在从第一中继器接收到的广播信号上附加能够唯一标识自己的标识信息，例如第二中继器的编号等，并转发广播信号；
步骤214，正在接入网络的终端接收到广播信号后，分别测量相应的路径损耗或信干噪比，通过路径损耗值或信干噪比值来判断自己属于几跳用户，并将判断结果通过与广播信号对应的反馈信号反馈给第二中继器。在本发明的第二实施例中，终端为三跳用户，反馈信号中包括覆盖终端的中继器的标识信息，进一步可以包括覆盖终端的中继器所对应的最小的路径损耗值或最大的信干噪比值；
步骤215，第二中继器将从终端接收到的反馈信号转发给第一中继器；
步骤216，第一中继器将第二中继器转发的反馈信号反馈给基站；
步骤217，基站为终端分配资源，并将分配结果发送给终端和相应的中继器。这里，由于终端为3跳用户，基站分配给终端的时隙资源为2个时隙。
在上述步骤217中，基站为终端分配资源之前，可以先通知覆盖终端的中继器测量其接收的下行信号与上行信号之间的干扰是否低于预定的门限，并将判断结果反馈基站。
如果判断结果为干扰低于预定门限，则采用本发明的空分双工通信方法进行通信，此时基站为终端分配2个时隙。如果判断结果为干扰高于预定门限，则采用现有的方法进行通信。
另外，在步骤220中，中继器在第一时隙中接收到上述信号后，可以进一步根据接收自基站的下行信号的导频信号和接收自第二中继器的上行信号的导频信号，分别估计出当前时隙中来自基站的下行信号的波束系数和来自终端的上行信号的波束系数。
在此基础上，步骤230中，中继器可以进一步利用第一个时隙内估计出的来自基站的下行信号的波束系数和来自第二中继器的上行信号的波束系数，将估计出的下行信号的波束系数作为当前时隙的上行信号的发送天线系数，并将估计出的上行信号的波束系数作为当前时隙的下行信号的发送天线系数，同时将第一时隙中来自基站的下行信号和来自第二中继器的上行信号对应地发送到第二中继器和基站。
可以看出，在本发明的上述方法中，信道利用率为3条链路/时隙，相对于现有技术的通信方法，本发明的空分双工通信方法由于充分利用了上行信号和下行信号之间的空间正交性，因此中继器可以在同一个时隙中同时接收上下行信号，并且可以在同一个时隙中同时发送下行信号和上行信号，从而可以有效提高信道利用率，提高网络性能。
为了更好体现本发明的效果，以下将同等条件下对现有技术的方法和本发明提高的方法进行比较，其中，假设现有技术的方法和本发明的方法均应用于空分双工通信。
【第一比较例】
在第一比较例中，假设基站具有1根天线，中继器具有至少2根天线。此时，如图14所示，对于现有技术提供的方法，基站在第一个时隙内，基站向第一中继器发送下行信号，同时，第二中继器向终端发送下行信号；在第二个时隙内，第一中继器将从基站接收的下行信号转发给第二中继器；在第三个时隙内，第一中继器将上行信号转发给基站，同时，终端将上行信号发送给第二中继器；在第四个时隙内，第二中继器将接收自终端的上行信号转发给第一中继器。通过以上方法，可以获得的信道利用率为6条链路/4时隙。
而从图12的描述可以看出，在这种情况下通过本发明提供的通信方法，可以获得的信道利用率为6条链路/2时隙，在同等条件下明显高于现有技术的方法所获得的信道利用率。
【第二比较例】
在第二比较例中，基站具有2根天线，每个中继器具有至少2根天线，因此，通信系统可以同时传输两条通信链路，例如，同时传输两条下行链路或两条上行链路。如图15所示，对于现有技术提供的方法，在第一个时隙中，基站分别向第一中继器(RS1)和第三中继器(RS3)发送下行信号，第一中继器和第三中继器分别接收基站发送的两个下行信号，同时，第二中继器(RS2)向第一终端(UE1)发送下行信号，第四中继器(RS4)向第二终端(UE2)发送下行信号；在第二个时隙中，第一中继器将从基站接收的下行信号发送给第二中继器，同时，第三中继器将从基站接收的下行信号发送给第四中继器；在第三个时隙中，第二中继器将从第一中继器接收的下行信号发送给第一终端，第四中继器将从第三中继器接收的下行信号发送给第二终端，同时，第一中继器将上行信号发送给基站，第三中继器将上行信号发送给基站；在第四个时隙中，第二中继器将从第一终端接收的上行信号发送给第一中继器，第三中继器将从第二终端接收的上行信号发送给第三中继器。这种情况下，现有技术提供的信道利用率为12条链路/3时隙。
从图16可以看出，在本发明提供的通信方法中，基站有多个天线时，基站能够和不同的中继器协同工作，也就是，在考虑了上下行信号之间的正交性的情况下，中继器可以同时接收来自基站的下行信号和来自终端的上行信号，并且可以在同一个时隙中同时发送下行信号和上行信号，因此，一个具有2根天线的基站可以同时和两个中继器之间进行通信，以提高效率。
图16中，基站具有2根天线，中继器具有至少2根天线，在第一个时隙中，基站向第一中继器(RS1)和第三中继器(RS3)发送不同的下行信号，同时，第二中继器(RS2)向第一中继器发送上行信号并且向第一终端(UE1)发送下行信号，第四中继器(RS4)向第三中继器发送上行信号并且向第二终端(UE2)发送下行信号；在第二个时隙中，第一中继器将从基站接收的下行信号发送给第二中继器以及将从第二中继器接收的上行信号发送给基站，第三中继器将从基站接收的下行信号发送给第四中继器以及将从第四中继器接收的上行信号发送给基站，同时，第一终端向第二中继器发送上行信号，第二终端向第四中继器发送上行信号。此时，信道利用率为12条链路/2时隙。
通过以上比较可以看出，本发明第二实施例的系统和方法相对现有技术可以有效的提高信道利用率，从而可以有效的改善系统的性能。
从上述的描述中可以看出，本发明并不限于中继器同时发送上行信号和下行信号，其重点在于，利用地理位置形成的链路之间的空间独立性以及中继器的多天线，发送上下行信号，进一步，中继器可以将当前时隙估计出的下行和/或上行信号的波束系数作为下一时隙或者后续时隙发送对应的上行和/或上行信号的波束系数。因此，对于本领域普通技术人员来说，在现有技术的基础上可以很容易根据上述说明，将本发明推广到终端为三跳以上用户的情况。
总体来说，对于终端为多跳用户的情况下，相对现有技术，本发明可有效提高信道利用率，改善网络性能。进一步，在本发明中，对于终端为一跳用户、两跳用户以及3跳用户的情况，基站均为终端分配2个时隙，由于基于中继器的蜂窝网络中的终端通常为一跳用户、两跳用户或3跳用户，因此，不需要针对不同的情况特别处理，从而可以简化系统设计上的复杂度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种基于中继器的蜂窝网络，包括基站、中继器以及终端，其特征在于，基站具有至少1根天线，中继器具有至少2根天线，其中，
基站用于为终端分配资源，并在当前时隙发送下行信号和在下一时隙通过中继器接收来自终端的上行信号；
中继器用于在当前时隙接收来自基站的下行信号和来自终端的上行信号，并在下一时隙将接收的下行信号发送给终端、以及将上行信号发送给基站；
终端用于在当前时隙发送上行信号并在下一时隙通过中继器接收下行信号，
在同一时隙内发送的上行信号和下行信号之间彼此正交。
2.如权利要求1所述的蜂窝网络，其特征在于，中继器在当前时隙接收来自基站的下行信号和来自终端的上行信号后，分别根据下行信号和上行信号的导频信号获得对应的波束系数，并在下一时隙利用当前时隙获得的下行信号的波束系数将接收的上行信号发送给基站、以及利用当前时隙获得的上行信号的波束系数将接收的下行信号发送给终端。
3.一种空分双工通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a，基站发送广播信号，并根据与广播信号对应的反馈信号为终端分配资源；
步骤b，基站和终端在当前时隙分别将下行信号和上行信号发送给中继器；
步骤c，中继器在下一时隙将接收自基站的下行信号发送给终端，并且将接收自终端的上行信号发送给基站，
其中，在同一时隙内发送的上行信号和下行信号之间彼此正交。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
步骤b中，中继器进一步根据当前时隙接收的下行信号和上行信号的导频信号分别估计出各自的波束系数；
并且在步骤c中，中继器在下一时隙进一步利用当前时隙的下行信号的波束系数将接收自终端的上行信号发送给基站，以及利用当前时隙的上行信号的波束系数将接收自基站的下行信号发送给终端。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤a中包括：
步骤a1，基站周期性地发送广播信号；
步骤a2，中继器转发基站的广播信号并且在广播信号上附加标识信息；
步骤a3，终端通过反馈信号将覆盖终端的中继器的标识信息反馈给基站；
步骤a4，基站为终端分配资源，并将分配结果发送终端和相应的中继器。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的标识信息包括中继器的编号。
7.如权利要求6所示的方法，其特征在于，所述反馈信号中进一步包括将覆盖终端的中继器对应的路径损耗值、或信干噪比值。
8.一种基于中继器的蜂窝网络，包括基站、第一中继器、第二中继器以及终端，其特征在于，基站具有至少1根天线，中继器具有至少2根天线，其中，
基站用于为终端分配资源，并在当前时隙发送下行信号、以及在下一时隙接收来自第一中继器的上行信号；
第一中继器用于在当前时隙接收来自基站的下行信号和来自第二中继器的上行信号，并在下一时隙将接收的下行信号发送给第二中继器、以及将上行信号发送给基站；
第二中继器用于在当前时隙向第一中继器发送上行信号以及向终端发送下行信号，并在下一时隙将接收的下行信号发送给终端、以及将上行信号发送给第一中继器；
终端用于在当前时隙接收来自第二中继器的下行信号，以及在下一时隙发送上行信号，
在同一时隙内发送的上行信号和下行信号之间彼此正交。
9.如权利要求8所述的蜂窝网络，其特征在于，中继器在当前时隙接收下行信号和上行信号后，分别根据下行信号和上行信号的导频信号获得对应的波束系数，并在下一时隙利用当前时隙获得的下行信号的波束系数发送上行信号、以及利用当前时隙获得的上行信号的波束系数发送下行信号。
10.一种空分双工通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，基站发送广播信号，并根据与广播信号对应的反馈信号为终端分配资源；
步骤B，在当前时隙，基站向第一中继器发送下行信号，同时，第二中继器向第一中继器发送上行信号以及向终端发送下行信号；
步骤C，在下一时隙，第一中继器将接收自基站的下行信号发送给第二中继器以及将接收自第二中继器的上行信号发送给基站，同时，终端将上行信号发送给第二中继器，
其中，在同一时隙内发送的上行信号和下行信号之间彼此正交。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，
步骤B中，第一中继器进一步根据当前时隙接收的下行信号和上行信号的导频信号分别估计出各自的波束系数；
并且在步骤C中，第一中继器在下一时隙进一步利用当前时隙的下行信号的波束系数将接收自第二中继器的上行信号发送给基站，以及利用当前时隙的上行信号的波束系数将接收自基站的下行信号发送给第二中继器。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在步骤A中包括：
步骤A1，基站周期性地发送广播信号；
步骤A2，中继器转发基站的广播信号并且在广播信号上附加标识信息；
步骤A3，终端通过反馈信号将覆盖终端的中继器的标识信息反馈给基站；
步骤A4，基站为终端分配资源，并将分配结果发送终端和相应的中继器。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的标识信息包括中继器的编号。
14.如权利要求13所示的方法，其特征在于，所述反馈信号中进一步包括将覆盖终端的中继器对应的路径损耗值、或信干噪比值。
15.一种基于中继器的蜂窝网络，包括基站、多个中继器以及终端，其特征在于，基站具有至少1根天线，中继器具有至少2根天线，其中，
多个中继器中至少一个中继器用于在当前时隙接收来自基站或其他中继器的下行信号、和来自终端或其他中继器的上行信号，并在下一时隙将接收的下行信号发送给其他中继器或终端、以及将上行信号发送给其他中继器或基站，以及，多个中继器中的至少一个中继器用于在当前时隙将下行信号发送给其他中继器或终端、以及将上行信号发送给其他中继器或基站，并在下一时隙接收来自基站或其他中继器的下行信号、和来自终端或其他中继器的上行信号，在同一时隙内发送和接收的上行信号和下行信号之间彼此正交。
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