CN101167294B

CN101167294B - 用于协同中继的方法和装置

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Publication number: CN101167294B
Application number: CN200580049481.4A
Authority: CN
Inventors: P·拉森; R·胡; Z·张
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP2008530946A; CN101167294A; WO2006088400A1; US20080165720A1; EP1854235B1; EP1854235A1; TW200644477A

Abstract

用于无线通信系统中的中继部署的方法，无线通信系统包括具有多个天线的用于经至少两个中继节点与至少一个接收节点通信的发射节点，将发射节点的数据流分割(S1)成至少两个数据子流，每个数据子流被波束形成并且经第一链路发送(S2)到相应中继节点；随后将每个接收的子流的至少一个可恢复表示经第二链路从两个中继节点转发(S3)到接收节点；以及最后对接收和解码的表示进行多路复用(S4)，以便在接收节点形成对应于原始数据流的输出信号。

Description

用于协同中继的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及通信系统，具体地说，涉及这样的系统中的中继部署。

背景技术

预期将来的无线和/或蜂窝系统或者需要增大覆盖范围、支持较高数据速率或者两者的结合。另外，预计构造和保持系统的成本方面将来会变得具有更大的重要性。随着数据速率和/或通信距离的增大，还需要解决增大电池组消耗量的问题。

一方面正在重新考虑用于现有系统的拓扑，因为在三代蜂窝网络期间拓扑几乎没有变化。例如，众所周知，多跳(这是另一种通信拓扑的示例)提供显著地降低通信(中继)实体之间的路径损耗的可能性，这可以给用户带来好处。在下文中将讨论另一种类型的拓扑，该拓扑考虑与先进的天线系统的各方面结合的双中继段中继。这是一个仍在萌芽状态的研究领域，它将多个站之间的协作做为公共特性。在目前的研究文献中，它通称为诸如协同分集、协同编码、虚拟天线阵列等几个名字。在[1]中在协同通信方案范围内给出适当的总综述。可以将无线通信中各站之间的协作的一般优点概括为较高的数据速率、减少的中断(由某些形式的分集引起的)、延长的电池寿命和扩展的覆盖范围(例如，对于蜂窝系统)。

首先讨论先进的天线领域，随后考虑关于协同中继的技术水平。

先进的天线和空间编码：提高蜂窝通信系统中系统性能的方法是非常活跃的研究领域。一种这样的方法在基站(BS)使用多个天线，因而提供宝贵的分集增益，所述分集增益减轻了由衰落产生的任何信道波动。在下行链路(从BS至移动站(MS))中，可以使用所谓发射分集，而在上行链路(从MS至BS)中，可以使用接收分集。当然，MS也可以配备有多个天线，但是MS通常受空间限制(它固有地限制MS处的天线数目)，因此往往推荐BS解决方案。关于接收分集和发射分集都存在许多众所周知的方案。关于接收分集，可以使用选择分集、最大比组合或干扰抑制组合。对于较新的发射分集领域，可能的选项包括延时分集、Alamouti分集、基于相干组合的分集。

发射分集(具体地说是Alamouti分集)属于一类编码方案，其往往意味着时空编码(STC)。在STC方案中，一般假定：发射机配备有多个天线，而接收机仅具有一个天线，或者作为另一方案，具有多个天线。然后，经多个发射天线并且有时还在时域内，将发射信号编码。在发射机侧和接收机侧都具有多个天线的情况下，信道往往是指多入多出信道(MIMO)。可以使用MIMO信道主要有两个原因，或者为了分集增强，即，在信道波动条件下提供更健壮信道，或者为了所谓的空间多路复用，即，提供一组并行的和多路复用的MIMO子信道。空间多路复用的好处是：可以达到极高的频谱效率。[2]中给出MIMO通信的背景技术。

中继器：另一种众所周知的用于提高系统性能的方法是在覆盖范围不良的区域中使用中继器。中继器的基本操作是接收无线电信号、将其放大和将其重新发送。中继器可以将同一频率用于接收和发射，或任选地偏移发射频率，以便增大输出-输入隔离，从而避免反馈和振荡的风险。

协同中继：(也叫作虚拟天线阵列)传统上，先前指出的中继器是相当非智能的。但是，最近利用比较有智能的中继器(或中继站)的想法已经得到某些效益。该想法是：中继站可以在将信号从发射机转发到接收机或多个接收机时协同[3]。例如，所述协同可以涉及对STC(例如，Alamouti分集)进行相干组合的各方面并且可以具有再生(对数据进行解码和转发)或非再生(对数据进行放大和转发)的属性。中继段的数目(一般说来)限于两个中继段，即，一个中继段到中继站(多个中继站)，而一个中继段到接收站。

一个特殊和有兴趣类型的协同中继(或虚拟天线阵列)是当利用MIMO时。这已经由Dohler等人例如在[4]、[5]和[6]中进行了广泛的研究。

按照现有技术的Dohler方案，将多个子流信号的叠加从中继站经多个信道发送到接收机，但是在以下意义上这不是最佳解决方案：在给定的投入功率(或能量)下达到较高的吞吐量。此外，在如何选择中继站方面则完全没有提出建议。另外，在Dohler方案中，在如何以有效的方式在不同的中继站当中分配功率方面没有提出建议，即，所有涉及的中继站具有相等的功率[5]、[6]。

发明内容

本发明的目的是提供通信系统中改进的中继方案。

一个具体目的是使通信系统中改进的协同中继成为可能。

一个具体目的是使以改进的频谱效率进行空间多路复用的方法成为可能。

另一个具体目的是使以降低的功率消耗在发射机和中继站之间分配功率的方法成为可能。

又一个具体目的是使在发射机和中继站之间分配功率以便减小产生的干扰的方法成为可能。

另一个具体目的是使具有增大的总系统容量的协同中继成为可能。

用按照所附权利要求书的方法和装置来达到这些和其他目的。

简而言之，本发明包括：将数据流分割成多个数据子流；将每个相应数据子流波束形成到相应中继站；和将所述数据子流正交地转发到接收单元。

更具体地说，本发明包括使信道状态信息的反馈成为可能，由此可以调整每个数据子流的发射功率和/或位速率，以便提供信息内容的最佳传输。

本发明的优点包括：

●高频谱效率。

●减小的功率消耗，这是由于在发射机和中继站之间的有效的功率分配的结果。

●减少的干扰产生，这是由于在发射机和中继站之间的有效的功率分配的结果。

●增大的总系统容量。

附图说明

通过参照结合附图进行的以下描述可以最好地理解本发明以及其另外的目的和优点，附图中：

图1是按照本发明的系统的示意图；

图2是按照本发明的方法的实施例的简要流程图；

图3是本发明的具体实施例的一部分的示意图；

图4是按照本发明的方法的另一个具体实施例的示意图；

图5是按照本发明的方法的另一个具体实施例的示意图；

图6是按照本发明的系统的实施例的示意图；

图7是图解说明当与现有技术比较时本发明的优点的示意图；

图8是按照本发明的中继节点的空间分布的示意图；

图9是按照本发明的中继节点的另一种空间分布的示意图。

具体实施方式

经常使用的缩写与如下相应：

BS 基站

CSI 信道状态信息

MAI 多路接入干扰

MS 移动站

MIMO 多入多出

SNR 信噪比

STC 时空编码

本发明针对特殊的中继站体系结构，所述中继站体系结构涉及协同中继，又称虚拟天线阵列、协同分集等[1]。在某种意义上，可以将协同中继看作多跳的退化情况，仅仅涉及两个中继段，而同时被归纳为并行路径，并且为并行路径和要使用的信号处理作好准备。另外，协同中继可以利用各种不同形式的中继信息，诸如基本中继器(非再生)功能或″解码和转发″(再生)，如传统上在多跳网所做的。

本发明的基本想法是：配备有多个天线并且具有多个MIMO子流的发射机将一个或多个MIMO子流波束形成到多个中继节点中的每个，并且每个中继节点能够将子流解码，然后经相对于其它中继信道基本上正交的信道将检测的数据转发到接收节点。通过使发射机的天线加权矩阵适应不同中继站的信道来使这成为可能。

将参考图1的系统来描述按照本发明的方法的基本实施例。模型系统包括：配备有多个天线的发射节点Tx；三个中继节点RS1、RS2、RS3；和接收节点Rx。在这个一般实施例中，中继节点和接收机各具有一个天线；但是，本发明不限于这个一般实施例。

参考图1和图2，在某时刻，发射机Tx接收数据流或信号以便发射到接收机Rx。将数据流划分或分割成(S1)若干数据子流，然后对数据子流进行波束形成并将它发送(S2)到至少两个中继节点。

图3中图解说明分割数据流并且将每个数据子流发送到相应中继站的原理。因此，将数据流划分(亦称作多路分解)成3个子流，将其中每个子流发送到相应中继节点。图1中图解说明3个数据子流被波束形成到每个相应中继节点。

随后，中继节点各将接收的数据子流的可恢复或可解码或无损耗的表示转发(S3)到接收节点，该接收节点接收所述表示并且将接收的表示组合或多路复用成(S4)对应于在发射节点发出的数据流的输出信号。

按照本发明，将数据子流发送到相应中继站(或中继站的相应天线，或者作为另一方案，若中继站具有多个天线，则利用分离多个数据流的后处理发送到一组天线)，由此沿着网络中并行但不同的路径传输信号的不同部分。因而，接收机接收的是原始信号的不同子流的多个表示。通过各个子流解调(利用后续的对子流的多路复用)来组合子流是显然不同于现有技术[3]-[6]的相当简单的操作，在现有技术中接收机必须共同地将多个信号解码，所述多个信号中的每个都是原始信号(对应于所述子流)的叠加。

根据按照本发明的方法的具体实施例，参考图2，相应中继节点向发射节点提供信道状态信息(S5)。信道状态信息包括关于第一和第二链路中至少一个的信息。根据接收的信道状态信息，发射机调整其加权矩阵。

下面将参考图4中图解说明的系统描述本发明的具体实施例。所述系统包括：配备有多个天线的发射节点Tx；多个中继节点RS1、RS2...RSK；和接收单元Rx。

按照本实施例，接收机Rx和每个中继站RS1、RS2...RSK各配备有单一天线。但是，接收机和中继站具有多个天线的情况同样是有可能的，如将参考另一个具体实施例描述的。

发射节点Tx发送通过加权矩阵A变换成并行调制和编码的子流T的数据流。矩阵A的任务是保证经第一链路发送到相应中继节点的数据子流有可能解码。当中继节点接收子流时，将它解码、放大并且转发到接收节点，即，再生中继。但是，本发明的概念不限于再生中继；也可以将其扩展到例如非再生中继，其中每个子流适合于具有足以在接收机可解码或可恢复的质量。因为转发不同的子流，所以经第二链路上的正交信道发送那些子流。信道化可以例如是在频率、代码或时域中。如图4中所示，通过(逻辑上)来自中继站的反馈确定矩阵A。各种不同的众所周知的波束形成加权方案可以用来确定A。

在下文中，利用功率控制方案来补充本发明的基本概念。为此目的，在设计功率控制方案时，进行性能的推导并且将其用作指导。另外，还以用于选择中继节点的规则来补充本发明，作为这种推导的第二效果。所述推导如下所述：

按照本实施例，在中继节点接收的信号R^(RS)是：

R^|RS|＝H·A·T+N^(RS)

其中T是要发送的信号，A是发射加权矩阵，H是第一链路的信道矩阵，N是在中继节点具有方差σ² _1k的复高斯噪声矢量。噪声项还可以包括建模为复高斯随机变量的干扰项。应当指出，尽管这是以矩阵矢量形式写的，但是对每个中继节点观察完全的接收矢量是不可能的。这里，将总的可用带宽分为(k+1)个部分，其中k是中继节点的数目。

可以按照以下公式将信道矩阵H分解为平均振幅路径增益矩阵A和瑞利衰落矩阵：

H＝A·X

其中

A = diag {\sqrt{G_{11}}, \sqrt{G_{12}}, . . ., \sqrt{G_{1 k}}},

并假定X中的元素(即，这里在推导过程中为简单起见)是具有方差1的复高斯随机变量。

我们根据强制归零来选择加权矩阵W，如下所示：

W＝X^-1

这种选择不一定是最佳的，并且甚至不总是可能的，取决于矩阵X的实现可逆性，但是，当发射机处发射天线的数目大时，它是渐近地可接受的近似。

还应当指出，作为另一方案，可代之以在发射机使用QR-分解法，用于将不同信号发送到不同中继站，例如按照[7]。有可能使用的另一个型式是W＝X^*，但是它导致子流之间的干扰泄漏，因此每个子流速率必须适合于给定的信干比。也可以使用在MISO传输之间产生可接受泄漏的其它方案，并且本发明一般不限于任何特定的加权矩阵法，诸如W＝X^-1方案，以在中继站实现基本上正交的子流。

于是，所产生的接收信号是：

R^(RS)＝A·X·X^-1·T+N^(RS)

＝A·T+N^(RS)

这意味着在每个中继站信噪比是(非常近似于)：

Γ_{1 k} = \frac{G_{1 k} P_{1 k}}{σ_{1 k}^{2}}

其中P_1k是与X和T有关的平均功率，如下：

P_1k＝E{|X^-1·T|²}_kk

(我们正要确定P_1k，然后它可以用来确定T中元素的方差。但是，若我们假定大的天线(和中继站)数目，那么E{|X^-1|²}_kk＝常数，因此子流的辐射功率还相当密切地与加权矩阵W之前的功率量有关。若X碰巧是酉矩阵(它一般不是)，那么辐射功率P_1k正好与T中元素k的功率成比例。)

接收机处的信噪比是：

Γ_{2 k} = \frac{G_{2 k} P_{2 k}}{σ_{2 k}^{2}}

其中G_2k是从第k个中继站到接收机的路径增益，P_2k是第k个中继站的发射功率，σ² _2k是接收机处第k个接收信道的噪声功率。

现在我们要优化k个中继站上的总香农容量。

首先，我们说明第k个中继站的第一和第二链路的速率必须相等，即：

Γ_{1 k} = Γ_{2 k} &DoubleRightArrow; \frac{G_{1 k} P_{1 k}}{σ_{1 k}^{2}} = \frac{G_{2 k} P_{2 k}}{σ_{2 k}^{2}} &DoubleRightArrow; P_{2 k} = P_{1 k} \frac{G_{1 k} σ_{2 k}^{2}}{G_{2 k} σ_{1 k}^{2}}

相等速率的原因是：由中继站接收的内容必须有可能发送。若速率不相等，那么可能经第一链路接收到太多信息，或者第二链路可能过量供应容量，因而浪费宝贵的功率资源。

于是，总容量是(以b/Hz/s为单位)：

C^{(tol)} = \frac{B}{K + 1} Σ_{k = 1}^{K} \lg_{2} (1 + Γ_{1 k})

= \frac{B}{K + 1} Σ_{k = 1}^{K} \lg_{2} (1 + \frac{G_{1 k} P_{1 k}}{σ_{1 k}^{2}})

将在既包括发射机又包括中继站的总功率限制的条件下使容量最大化。这是需要的，因为对于每个中继站，在第一和第二链路之间存在速率关系。总功率是P_tol并且可以写成：

P_{tol} = Σ_{k = 1}^{K} (P_{1 k} + P_{2 k})

= Σ_{k = 1}^{K} P_{1 k} (1 + \frac{G_{1 k} σ_{2 k}^{2}}{G_{2 k} σ_{1 k}^{2}})

= Σ_{k = 1}^{K} P_{1 k} c_{1 k}

用辅助变量替换，即，功率项ρ_1k=P_1kc_1k，给出：

C^{(tol)} = \frac{B}{K + 1} Σ_{k = 1}^{K} \lg_{2} (1 + \frac{G_{1 k} ρ_{1 k}}{σ_{1 k}^{2} c_{1 k}})

= \frac{B}{K + 1} Σ_{k = 1}^{K} \lg_{2} (1 + ρ_{1 k} \frac{G_{1 k} G_{2 k}}{(G_{2 k} σ_{1 k}^{2} + G_{1 k} σ_{2 k}^{2})})

= \frac{B}{K + 1} Σ_{k = 1}^{K} \lg_{2} (1 + \frac{ρ_{1 k}}{{\tilde{N}}_{k}})

其中等效噪声为：

{\tilde{N}}_{k} = \frac{G_{2 k} σ_{1 k}^{2} + G_{1 k} σ_{2 k}^{2}}{G_{1 k} G_{2 k}}

并且等效功率限制为：

P_{tol} = Σ_{k = 1}^{K} ρ_{1 k}

这种问题公式化表明，该问题后退到并行高斯噪声信道的经典充水问题，即，这告诉我们，将大部分功率分配给具有最小等效噪声的中继路径。像在经典充水问题中那样，也可以出现以下情况：不是将总功率分配给所有中继站，即，不使用具有最差等效噪声的中继站中的一个或多个。因为各中继站之间等效噪声将不同，所以每个中继路径将支持不同的数据速率。若速率不同而发射持续时间是固定的，那么经每个中继路径发送的信息量将不同。因而，发射机可以采取较高层分组并将其分成不同长度的较小分组，以及经不同中继路径发送它们。

虽然以上对于分成(K+1)个部分的固定带宽导出功率分配过程和性能，但是可以有另一种假定：从实际观点出发，可以将接近无限的(或至少非常大的)带宽用于第二链路。例如，若第二链路工作在非常高的频率，其中频带经常被分配大部分频谱，则可使用这种假定。例如，这是在5.8GHz、24GHz和60GHz的没有得到许可的频谱带的情况。其好处是：信道容量中的K+1归一化因数消失了，因而提供大大增加的容量。由于其固有的高路径损耗的缘故，可由高频带推动的这种假定适用于短距离操作，而比较不适用于最好选取长距离操作的第一链路。

粗略的中继站选择过程使所有中继站增大等效噪声。于是，(从所有中继站当中)选择包含具有最小等效噪声的k个中继站的子集。然后，按照以上公式确定功率和速率。此后，可以停止或以迭代方式继续下去，直到找到最佳中继节点集合为止。

需要重复考虑的一个方面是在中继站数目方面的信噪比影响。假定我们以k个中继站开始，并且发现，未向节点子集分配任何功率。若我们除去那些节点，那么可以增大每个中继站的带宽的大小，因而将改善信噪比。在这种改善的信噪比的情况下，可以重新检查等效噪声，并且通过充水(water filling)分配功率。可以迭代方式进行这个过程，以便或者通过在每个步骤中除去最差的站或者采用分治法找到最佳数目的中继站。

可以利用从基站到中继站和从中继站到接收机(例如MS)的路径增益的知识，在发送器(例如，基站)中执行这个过程。

按照本发明的具体实施例涉及(逻辑上)从每个中继节点回到发射节点的信道状态信息(CSI)的反馈。但是，所述反馈可以采取另一个路径，例如通过接收节点，即，中继站的信道状态信息可以由接收机估计。所述反馈提供关于中继节点和接收节点之间信道状态的信息。因而，发射节点可以根据所述反馈调整每个子流的发射功率和/或位速率，以便优化发送的信息内容。另外，可以利用所述反馈，以便平衡两个链路之间(即，发射节点和中继节点之间以及中继节点和接收节点之间)的功率和/或位速率。

一般假定信道状态信息(CSI)是复振幅增益因数，对于标量值用h表示，对于矢量用h表示，对于矩阵用H表示。对于波束形成的情况，相位信息是必要的。但是，对于中继节点和接收节点之间的第二链路，振幅增益大小即|h|是更相关的。对于同一链路，也有可能使用信道增益g，即g＝|h|²。换句话说，有可能在发射机利用全CSI，但是对于这种特定情况，第二链路有可能应付较少信息。但是，在具有多个天线的情况下，对于多个中继节点或接收节点中的至少一个，相位是重要的，因而包含相位信息的全CSI是必要的。

按照本发明的另一个具体实施例，发射节点和中继节点分配功率，使得对于每个中继节点第一和第二链路上的信道容量，即信噪比，是类似的或相同的。尽可能一起管理发射节点和中继节点的总功率(例如，利用既针对发射节点天线又针对中继节点的总功率限制)，以便使联合信道吞吐量最大化。控制回路首先包括将CSI信息从中继节点发送到发射节点。若发射节点是BS，那么链路可以是相当稳定的，并且为相当慢的反馈速率作好准备。

另外，接收机处的质量最好也涉及在反馈回路中。因而，当信道改变时，既修改中继站和发射机功率又修改发射机发射加权矩阵。另外，可以按照链路特性(连同功率分配一起)为每个并行子流分配数据速率，以便使总吞吐量最大。除了示出的功能之外，网络中还存在附加的支持功能，例如，支持移动接收机，保证当接收机正在移动时选择″最佳的″中继站。因而，存在附加的控制路径以便处理附加的功能。

按照本发明方法的另一个具体实施例，进一步利用CSI，以便选择多个中继节点中程度不同的最佳子组。这可以根据使某些标准(例如，系统的预期吞吐量)最大化来进行。此后，可将子流波束形成到选定的中继节点子组。

在图5中，已经将图4中所示的系统体系结构一般化成包括：具有多个天线的中继节点RS1、RS...RSK；多个接收节点Rx；以及包括多个天线的发射节点。以前描述的实施例可以应用于这种特定的系统。

对于中继节点包括多个天线的情况，中继节点可以适合于按照如下运行：

通过一个天线接收而通过多个天线转发。

通过多个天线接收而通过一个天线转发。

通过多个天线接收和通过多个天线转发。

通过一个天线接收和通过一个天线转发。

当在中继站利用多个天线接收时，在中继站中分离所接收的信号。这可以利用加权矩阵B_K来实现，其中来自每个天线的信号与加权过程一起产生和发送到中继站一样多的并行基本无干扰的信号表示。若利用再生中继，那么在通过正交信道将每个子流向接收机发送以前，将每个子流的信号表示解码并且随后对其进行编码(例如，包括在无线通信中众所周知的调制和前向纠错)。若使用非再生中继，那么简单地通过正交信道将子流的基本上无干扰的信号表示发送到接收机。

图6中图解说明了使改进的外回路功率控制成为可能的系统10的实施例。系统10包括具有多个天线的发射节点Tx、至少两个中继节点R1、R2和接收节点Rx。

此外，系统10包括：分割单元11，用于将数据流分割成多个数据子流；波束形成单元12，用于对每个子流进行波束形成并经第一链路将每个子流发送到相应中继节点R；接收单元13、23，用于接收每个子流的表示并且经第二链路将每个子流的表示转发到接收节点Rx；接收单元14，用于接收所述表示并将其多路复用成输出信号；以及任选的反馈单元15、25，用于将关于每个中继节点R和接收节点Rx的第一和第二链路的信道状态信息(CSI)提供给发射节点Tx。

在该举例说明的实施例中，将不同的装置10-15组织成相应的发射节点Tx、两个中继节点R1和R2以及接收节点Rx。但是，不言而喻，不同装置中的一些装置可以设置在其它节点或者在同一个节点中实现。同样不言而喻的是：中继节点可以具有多个天线，以及可以提供多个接收节点Rx。

图7中的示意图图解说明按照[6]的现有技术和本发明之间的比较。附录中进一步描述了比较的细节。示意图图解说明了作为系统中的中继站数目的函数的信道容量。如清楚地示出的那样，本发明提供优于现有技术的明显改进。

图8图解说明可如何在系统中空间分布中继节点，这里例如固定在灯柱上。图中还示出如何组织用于各种不同中继节点的信道和发射范围。可以看出，用于(基本上)正交信道的中继站覆盖范围是重叠的。还示出，可以在同一小区内多次重复使用信道，诸如图6中的信道′q′。当然，还可以在小区之间在空间上重复使用信道。中继站不仅可以固定在灯柱上，还可以固定在建筑物上、塔上等。

如图9所示，还可以不同的方法组织重叠的覆盖区域。拓扑A优于拓扑B的优点是：由于中继站的接近度，中继链路的质量一般说来将是比较好的。但是，拓扑B具有以下好处：可以用具有相同数目天线的单一中继站实体代替中继站群集。电缆、光纤或甚至短距离无线链路都可以连接所述天线。

尽管已经从中继的角度描述了本发明，但是除了一个或多个中继的子流以外，接收机还可以接收不经任何中继站传递的，代表附加子流的，来自发射机的直接信号。可以将这种直接信号看作中继的子流之一，因此在接收机中将其与其他子流一起多路复用。

尽管已经从双中继段网络的角度描述了本发明，但是也有可能串联地使用本发明。换句话说，可以将数据流分割成多个数据子流，对多个数据子流进行波束形成并将其发送到相应中继节点，所述中继节点转发其接收的子流的解码或基本上无噪声的型式。随后，将所述子流中的至少一个子流进一步分割成至少两个子子流，并且经相应路径发送所述子子流。

概括地说，本发明的优点包括：

●借助于空间多路复用的高频谱效率。

●借助于发射机和中继站之间有效地分配功率的低功率损耗。

●借助于有效地选择提供良好通信条件的一个或多个中继站的低功率损耗。

●借助于在发射机和中继站之间有效地分配功率的干扰产生减少。减少的干扰产生由于其可以增大总体系统容量而具有辅助优点。(传统MIMO的问题是来自其它小区的多路接入干扰(MAI)。由于减少了MAI，MIMO的好处可以在更大的程度上表现出来。)

●借助于有效地选择提供良好通信条件的一个或多个中继站的干扰产生减少。

本领域的技术人员将会明白，可以在不脱离本发明的范围的情况下对本发明进行各种各样的修改和变化，本发明的范围由所附的权利要求书限定。

参考文献

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附录：本发明和DOHLER方案之间的性能比较

利用设置在发射机和接收机之间中间的所有中继站，当它们都排成一行时，将从发射机到接收机的距离归一化为1；可以将本发明方案的容量表示为：

C_{Invention}^{(tol)} \approx \frac{B \cdot K}{K + 1} \cdot \log_{2} (1 + \frac{P_{tol}}{σ_{0}^{2}} \cdot \frac{2^{α - 1}}{\frac{K}{K + 1}}) - - - (1)

其中B是总带宽，K是中继站的数目，P_tol是约束功率，α是衰减因数，σ² ₀＝k_B·T·B是噪声功率。可以将Dohler方案的容量表示为：

C_{Dohler}^{(tol)} \approx B \cdot {[\frac{1}{\log_{2} (1 + [2 - \frac{β_{2}}{α_{2}}] \cdot 2^{α} \cdot \frac{P_{tol}}{σ_{0}})} + \frac{1}{\log_{2} (1 + \frac{β_{2}}{α_{2}} \cdot 2^{α} \cdot \frac{P_{tol}}{σ_{0}})}]}^{- 1} - - - (2)

\frac{β_{2}}{α_{2}} \approx 2 \cdot \frac{\sqrt[3]{\frac{2^{α}}{n_{1}}}}{\sqrt[3]{\frac{2^{α}}{n_{1}} + \sqrt[3]{\frac{2^{α}}{n_{2}}}}}

其中n₁和n₂分别是发射机天线的数目和中继站的数目。关于Dohler方案，请参考[5]中的公式(4)和(5)。

对于两个方案之间的合理比较，n₁＝n₂＝K，因而公式(2)变成：

C_{Dohler}^{(tol)} \approx \frac{B}{2} \cdot \log_{2} (1 + 2^{α} \cdot \frac{P_{tol}}{σ_{0}^{2}}) - - - (3)

比较公式(3)与公式(1)可以看出，C_Dohler ^(tol)与K无关，而C_Invention ^(tol)与K有关。从图7可以看出，若K＞1，则本发明具有优于Dohler方案的明显增益。

Claims

1. 一种用于无线通信系统中的中继部署的方法，所述无线通信系统包括具有多个天线的用于经至少两个中继节点与至少一个接收节点通信的发射节点，其特征在于：

在所述发射节点将数据流分割成至少两个数据子流；

利用所述多个天线进行波束形成以形成具有至少两个传输波束的第一链路，各传输波束针对所述至少两个中继节点中的相应一个；

在不同传输波束上将所述数据子流中的每个发送到传输波束的相应中继节点，其中所述数据子流或被发送到不同中继节点，或被发送到单个中继节点的不同天线；

通过接收子流的各中继节点进行解码并将其接收的子流的至少一个可恢复/无损耗表示经第二链路转发到所述至少一个接收节点；和

通过所述接收节点对接收和解码的每个子流的可恢复/无损耗表示进行多路复用，以形成对应于所述数据流的输出信号。

2. 如权利要求1 所述的方法，其特征在于：在所述发射节点提供与每个相应中继节点有关的所述第一和第二链路中至少一个的信道状态信息。

3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第二链路的所述信道状态信息包括振幅增益大小。

4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第一链路的所述信道状态信息包括相位信息。

5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于：提供所述第一和第二链路两者的所述信道状态信息。

6. 如权利要求2或4所述的方法，其特征在于：至少根据所接收的关于每个所述中继节点的所述第一链路的信道信息，修改用于所述发射节点的加权矩阵。

7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少两个中继节点中的至少一个包括多个天线。

8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于：将分离的子流发送到所述至少两个中继节点中所述至少一个的所述多个天线中的至少两个。

9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于：发送数目等于或者少于所述至少两个中继节点中所述至少一个的多个天线单元数目的子流，以及通过加权所接收的信号一起发送分离的子流。

10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通信系统包括多个接收节点。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述多个接收节点中的至少一个包括多个天线。

12. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少两个中继节点经正交信道将它们接收的子流的其相应至少一个表示转发到所述接收节点。

13. 如权利要求5所述的方法，其特征在于：根据所接收的所述第一和第二链路的信道状态信息，在发射机天线和中继站当中分配可用发射功率。

14. 如权利要求2所述的方法，其特征在于：根据所接收的所述第一和第二链路中至少一个的信道状态信息，向所述子流和所述至少两个中继节点分配可用发射功率。

15. 如权利要求2所述的方法，其特征在于：根据所接收的所述第一和第二链路中至少一个的信道状态信息，向每个数据子流分配数据速率。

16. 如权利要求14或15所述的方法，其特征在于：共同地向所述子流和所述至少两个中继节点分配可用发射功率以及向每个数据子流分配数据速率。

17. 如权利要求2所述的方法，其特征在于：选择将目标性能度量最大化的至少一个中继站。

18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述目标性能度量包括根据吞吐量或信道容量之一的链路性能度量。

19. 如权利要求13、14、15和17中的任一项所述的方法，其特征在于：根据所接收的所述第一和第二链路中至少一个的信道状态信息，共同地选择和分配以下项的任何组合：发射功率、数据速率和中继站。

20. 一种通信系统(10)，包括能够经至少两个中继节点(R1；R2)将数据流传递到至少一个接收节点(Rx)的至少一个发射节点(Tx)，其特征在于：

第一装置(11)，用于在所述发射节点将所述数据流分割成多个数据子流；

第二装置(12)，用于对每个所述数据子流进行波束形成并且经第一链路将其发送到所述至少两个中继节点(R1；R2)中的相应节点；

第三装置(13；23)，用于接收每个所述数据子流的可恢复表示并经第二链路将其转发到所述接收节点(Rx)；和

第四装置(14)，用于接收每个所述子流的所述可恢复表示并且将其多路复用成对应于发送数据流的输出信号。

21. 如权利要求20所述的系统(10)，其特征在于：另外的装置(15；25)，用于向所述发射节点(Tx)提供关于每个相应中继节点(R1；R2)和所述接收节点(Rx)的所述第一和第二链路中至少一个的信道状态信息(CSI)。

22. 如权利要求21所述的系统，其特征在于：另外的装置，用于根据所提供的所述第一链路的信道状态信息，修改天线加权矩阵。

23. 如权利要求21所述的系统，其特征在于：用于根据所接收的所述第一和第二链路中至少一个的信道状态信息在所述子流和中继站当中分配可用发射功率的装置。

24. 如权利要求21所述的系统，其特征在于：用于根据所接收的所述第一和第二链路中至少一个的信道状态信息向所述子流和所述至少两个中继节点分配可用发射功率的装置。

25. 如权利要求21所述的系统，其特征在于：用于根据所接收的信道状态信息向每个数据子流分配数据速率的装置。

26. 如权利要求24或25所述的系统，其特征在于：用于共同地向多个发射机天线和所述至少两个中继节点分配可用发射功率以及向每个数据子流分配数据速率的装置。

27. 一种能够经至少两个中继节点(R1；R2)将数据流传递到至少一个接收节点(Rx)的发射节点(Tx)，其特征在于：

第一装置(11)，用于将所述数据流分割成至少两个数据子流；

第二装置(12)，用于对每个所述至少两个数据子流进行波束形成并且经第一链路将其发送到所述至少两个中继节点中的相应节点。

28. 如权利要求27所述的发射节点(Tx)，其特征在于：

用于接收关于到所述至少两个中继节点的所述第一链路和在所述中继节点与所述接收节点(Rx)之间的第二链路中的至少一个的信道状态信息的装置；

用于根据所接收的所述第一链路的信道状态信息修改天线加权矩阵的装置。

29. 一种使无线通信系统中的中继部署成为可能的中继节点(R1；R2)，所述系统包括具有多个天线的经至少两个中继节点与至少一个接收节点(Rx)通信的发射节点(Tx)，其特征在于：

第一装置(13；23)，用于经第二链路将所接收子流的可恢复表示转发到所述至少一个接收节点(Rx)；和

第二装置(15；25)，用于向所述发射节点(Tx)提供所述第一和所述第二链路中至少一个的信道状态信息。

30. 一种能够经至少两个中继节点(R1；R2)通过第一链路从具有多个天线的发射节点(Tx)接收分割的数据流的接收节点(Rx)，其特征在于：

第一装置(14)，用于经第二链路从所述至少两个中继节点(R1；R2)中的每个接收至少一个数据子流的可恢复表示；

第二装置(14)，用于对接收和解码的可恢复表示进行多路复用，以便形成对应于所述发射节点处的所述数据流的输出信号。