CN101170351A - 一种数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据传输方法，包括：(a)基站获取移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率，在不同的基站/中继站发送的情况下，将移动终端进行分类；(b)确定各个频率重用因子所对应的初始重用移动终端组和属于各个初始重用移动终端组的移动终端；(c)对初始重用移动终端组的移动终端进行调整，复用不同的移动终端组并映射到OFDM子载波符号；(d)确定需要采用的预编码方法中导频和数据的加权系数；(e)在基站和中继站进行联合数据和导频的预编码以及协作传输，将数据发送给目标移动终端。本发明能够避免产生导频碰撞问题，提高移动终端的误比特率性能；且有效地对资源进行复用和重用。

Description

一种数据传输方法

技术领域

本发明涉及一种数据传输方法，特别地涉及一种能够解决导频碰撞问题的数据传输方法，属于通信技术领域。

背景技术

IEEE 802.16j网络是在IEEE 802.16网络中引入移动多跳中继能力(Mobile Multi-hop Relaying，MMR)，来获取网络覆盖范围的扩展(CoverageExtension)和吞吐量的提高(Throughput Enhancement)。对于IEEE 802.16j网络而言具有如下技术要求：

(1)基于正交频分复用多接入(OFDMA)方案；

(2)兼容IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e的移动终端，即不改变移动终端；

(3)不改变基站或中继站到无线终端的点到多点(Point-to-Multi-Points，PMP)接入链路。

但是在IEEE 802.16-2004标准和IEEE 802.16e标准中，对下行链路的子载波进行分配时，首先进行导频子载波的分配，然后再进行数据子载波的分配；而在IEEE 802.16网络中引入实现移动多跳中继能力的中继站后，对于同时处于基站和中继站覆盖范围中的移动终端将会收到来自基站和中继站的导频信号。当移动终端同时接收到多个叠加的导频信号后，将引起输出的估计信道响应和实际的数据信道响应不一致的现象，这种现象就是导频碰撞。导频碰撞是一个在网络中引入中继站后产生的特殊问题，会大大降低移动终端的误比特率性能。

为了更清楚的说明导频碰撞问题，以一个有两个移动终端的通信系统为例进行说明。图1为该系统中两个移动终端的导频和数据子信道子载波分配示意图，其中假定移动终端MS1占用数据子信道1，移动终端MS2占用数据子信道2。数据子信道1和数据子信道2分别占用不同的子载波，同时导频子载波为两个数据子信道共用。

在传统的无中继站的网络中，如IEEE 802.16-2004或IEEE 802.16e网络，点到多点的数据传输如图2所示。基站BS在导频子载波上发送导频信号、分别在数据子信道1和数据子信道2上发送数据给移动终端MS1和移动终端MS2。移动终端MS1和移动终端MS2分别利用导频信号进行自己数据子信道的信道估计，即：移动终端MS1能够正确估计出其信道响应H1、移动终端MS2能够正确估计出其信道响应H2，并利用上述估计出的信道响应H1和H2进行数据的检测，对于这种数据传输并不存在导频碰撞问题。

在IEEE 802.16j网络中，由于引入了中继站，所以部分移动终端的数据需要通过中继站发送给移动终端，在该网络中，数据传输的示意图如图3所示，其中RS为引入的中继站。不失一般性，假设移动终端MS1属于中继站RS，在引入该中继站RS后，基站BS在导频子载波上发送导频信号并在数据子信道2上发送数据给移动终端MS2，同时中继站RS在导频子载波上发送导频信号并在数据子信道1上发送数据给移动终端1。此时，基站BS到移动终端MS1的信道响应为H1、到移动终端MS2的信道响应为H3，中继站到移动终端MS1的信道响应为H2。从图3可以看出，因为移用终端MS2只能接收到基站BS的导频信号，所以其估计的信道响应H3和利用该信道响应H3输出进行的数据检测均正确；但是因为移动终端MS1可以同时收到基站BS和中继站RS的导频信号，所以在进行信道估计时，将会估计到一个错误的“和信道”响应，即H1+H2，而实际上中继站RS到移动终端MS1的数据信道响应为H1。因此，当移动终端MS1利用错误估计的信道响应输出进行数据检测时，将会导致该移动终端非常差的误比特性能。

在移动终端可以收到多个中继站信号的时候，也会出现导频碰撞问题，如图4所示。假设中继站RS1和中继站RS2到移动终端MS1的信道响应分别为H1和H2。此时，因为移动终端MS1可以同时收到中继站RS1和中继站RS2的导频信号，所以在进行信道估计时，将会估计到一个错误的“和信道”响应，即H1+H2，当移动终端MS1利用错误估计的信道响应输出进行数据检测时，同样会导致该移动终端非常差的误比特性能。

为了解决上述的导频碰撞问题，Intel公司提出了以下的两种解决方法：

方法一：如图5所示，基站MMR-BS和其所属的所有中继站RS1、RS2、RS3、RS4均在不同的时刻发送数据，此时，因为没有两个基站、或者两个中继站、或者一个基站和一个中继站在同一时刻发送信号，所以不存在导频碰撞问题，因此移动终端可以获得比较好的误比特率性能。但是本方法同时存在以下明显的缺点：(1)对于所有的子载波，最大频率重用因子(FrequencyReuse Factor，FRF)均为1，所以没有资源的重用；(2)因为单独一个基站/中继站的数据通常不能占满所有的子载波，且这些空闲的子载波不能被其他的基站/中继站所利用，所以导致了资源没有得到充分的利用。

方法二：如图6所示，基站MMR-BS在t₁时刻发送数据，基站所属的所有中继站RS1、RS2、RS3、RS4同时在t₂时刻发送数据，此时，因为基站和中继站在不同时刻发送数据，所以对于属于基站的移动终端而言没有导频碰撞问题。但是本方法也存在以下缺点：(1)因为多个中继站在同一时刻发送数据，所以如果两个中继站之间距离比较近，则会产生导频碰撞问题，导致移动终端的性能恶化；(2)由于基站和中继站之间并没有资源的重用，所以资源的重用不充分；(3)资源没有被有效利用，例如：基站的数据如果不能占满所有的的子载波，那么这些空闲的子载波并不能被中继站所利用，因此必然存在资源浪费。

发明内容

本发明即是针对上述现有技术中存在的问题而提出的一种数据传输的方法，该方法能够解决导频碰撞问题，提高资源利用率。

本发明是通过下述方案实现的：

一种数据传输的方法，包括：

(a)基站获取移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率，在不同的基站/中继站发送的情况下，根据上述信噪比/信号功率的大小将移动终端进行分类；

(b)基站根据上述的移动终端分类，确定各个频率重用因子所对应的初始重用移动终端组和属于各个初始重用移动终端组的移动终端；

(c)基站对初始重用移动终端组的移动终端进行调整，复用不同的移动终端组并映射到OFDM子载波符号；

(d)基站根据映射到OFDM符号的情况和基站/中继站的发送情况，确定需要采用的预编码方法中移动终端的子载波上导频和数据的加权系数；

(e)基于所选取的预编码方法中导频和数据的加权的系数，在基站和中继站进行联合数据和导频的预编码以及协作传输，将数据发送给目标移动终端。

进一步地，所述的步骤(a)中，基站获取移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率是这样实现的：

中继站监测移动终端的ranging信号或导频信号，并向基站汇报移动终端到中继站的信噪比/信号功率；

同时基站也直接监测移动终端的ranging信号或导频信号，获取移动终端到基站的信噪比/信号功率。

进一步地，所述的步骤(a)中对移动终端进行分类包括：

将能够接收到一个信号或者能够接收到多个信号、但其中一个信号的信噪比/功率远大于其他信号信噪比/功率的移动终端分为一类；

将能够收到多个信噪比/功率近似相等信号的移动终端分为另一类。

更进一步地，将能够接收到一个信号或者能够接收到多个信号、但其中一个信号的信噪比/功率远大于其他信号信噪比/功率的移动终端分为一类进一步地包括：

设定一个信噪比/信号功率门限值；

将移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率大于设定的信噪比/信号功率门限值的移动终端分为一类，将移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率小于设定的信噪比/信号功率门限值的移动终端分为另一类。

进一步地，所述的步骤(c)进一步地是通过下述方法实现的：

(c1)基站按照移动终端的数据多少，调整属于不同初始重用移动终端组的移动终端的数据来填充OFDM子载波；

(c2)当调整后的重用移动终端组的数据所占据的OFDM子载波未能占满所有能使用的OFDM子载波时，基站调度其他重用移动终端组的移动终端的传输数据来占满空闲的子载波。

进一步地，所述的步骤(d)中，基站确定需要采用的预编码方法为用于复用的预编码，当基站和中继站不知道移动终端的信道响应时，所述的预编码中移动终端子载波上导频和数据的加权系数分别为：

$W_{\mathrm{BM}}^P\left(n\right)=W_{\mathrm{BM}}^D\left(n\right)=d,$

$W_{\mathrm{RM}}^P\left(n\right)=b_i,$

其中，W_BM ^P(n)基站到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_BM ^D(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数，

W_RM ^P(n)表示中继站i到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_RM ^D(n)表示中继站i到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数，

d和b_i是根据系统的功率和误比特率设定的。

进一步地，所述的步骤(d)中，基站确定需要采用的预编码方法为用于复用的预编码，当基站和中继站获知移动终端的信道响应且为单移动终端时，所述的预编码中移动终端的子载波上导频和数据的加权系数分别为：

$W_{\mathrm{BM}}^P\left(n\right)=1,$

$W_{\mathrm{RM}}^P\left(n\right)=(\sqrt{K{\left(n\right)}^2+1}-K\left(n\right))\·\exp \left(\mathrm{\ξ}\left(n\right)\right),$

其中：K(n)＝|H_BM(n)|/|H_RM(n)|，H_BM(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的信道响应、H_RM(n)表示中继站到移动终端的第n个子载波上的信道响应、n表示子载波序号，

ξ(n)＝arg(H_BM(n))-arg(H_RM(n))，arg()表示取幅角的值，

W_BM ^P(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_BM ^D(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数，

W_RM ^P(n)表示中继站到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_RM ^D(n)表示中继站到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数；

当基站和中继站获知移动终端的信道响应且为多移动终端时，所述的预编码中移动终端的子载波上导频和数据的加权系数分别为：

$W_{\mathrm{BM}}^P(n,l)=1$

其中：

K(N，l)＝|H_BM(n，l)|/|H_RM(n，l)|，H_BM(n，l)表示基站到移动终端l的第n个子载波上的信道响应、H_RM(n，l)表示中继站到移动终端l的第n个子载波上的信道响应、n，l分别表示子载波序号和移动终端序号；

W_BM ^P(n，l)表示基站到移动终端l的第n个子载波上的导频加权系数，

W_BM ^D(n，l)表示基站到移动终端l的第n个子载波上的数据加权系数，

W_RM ^P(n，l)表示中继站到移动终端l的第n个子载波上的导频加权系数，

W_RM ^D(n，l)表示中继站到移动终端l的第n个子载波上的数据加权系数。

更进一步地，所述的步骤(d)中，基站确定需要采用的预编码方法为用于重用的预编码，所述的用于重用的预编码中移动终端的子载波上导频和数据的加权系数为：

$W_{\mathrm{BM}}^P\left(n\right)=b,$

$W_{\mathrm{RM}}^P\left(n\right)=d_i,$

其中：

$K_i\left(n\right)=\left|H_{\mathrm{BM}}\left(n\right)\right|/\left|H_{\mathrm{RM}}^i\left(n\right)\right|,$

$\mathrm{\ξ}\left(n\right)=\arg \left(H_{\mathrm{BM}}\left(n\right)\right)-\arg \left(H_{\mathrm{RM}}^i\left(n\right)\right),$

H_BM(n)表示基站到移动终端的信道响应，

H_RM ⁱ(n)表示中继站i到移动终端的信道响应，

n表示子载波序号，

arg()表示取幅角的值；

b和d_i是根据系统的功率和误比特率设定的，d_i代表中继站i的取值。

与现有技术相比，本发明在不改变移动终端的情况下，对于系统中基站和多个中继站的位置可以不受距离远近制约任意设置，在各种情况下均不会产生导频碰撞问题，从而提高了移动终端的误比特率性能；且本发明由于采用了对导频和数据同时进行且联合基站和中继站的导频和数据一起设计的预编码方式，能够更加有效地对资源进行复用和重用。

附图说明

图1为一个有两个移动终端的通信系统中，两个移动终端的导频和数据子信道子载波分配示意图；

图2为IEEE802.16-2004或者IEEE802.16e网络中，数据传输的示意图；

图3为IEEE802.16j网络中，由一个基站和一个中继站组成的系统中数据传输的示意图；

图4为IEEE802.16j网络中，由两个中继站组成的系统中数据传输的示意图；

图5为现有技术中解决导频碰撞的方法一的示意图；

图6为现有技术中解决导频碰撞的方法二的示意图；

图7为本发明具体实施例中一种数据传输方法的流程图；

图8为本发明具体实施例中一个简化的网络模型示意图；

图9为本发明具体实施例中另外一个简化的网络模型示意图；

图10为本发明具体实施例中初始重用移动终端分组后，其中的三个组(FRF＝5，FRF＝3和FRF＝1)的数据所占据的OFDM子载波示意图；

图11为本发明具体实施例中对重用移动终端分组调整后，其中的三个组(FRF＝5，FRF＝3和FRF＝1)的数据所占据的OFDM子载波示意图；

图12为FRF＝4组与FRF＝5组进行复用时，重用移动端组调整后的OFDM子载波分配示意图；

图13为FRF＝4组与FRF＝5组进行复用时，重用移动端组复用后的OFDM子载波分配示意图；

图14为FRF＝5组和FRF＝1组第一种情况复用时，重用移动端组调整后的OFDM子载波分配示意图；

图15为FRF＝5组和FRF＝1组第一种情况复用时，重用移动端组复用后的OFDM子载波分配示意图；

图16为FRF＝5组和FRF＝1组第二种情况复用时，重用移动端组调整后的OFDM子载波分配示意图；

图17为FRF＝5组和FRF＝1组第二种情况复用时，重用移动端组复用后的OFDM子载波分配示意图；

图18为图3所示的网络中用于复用的预编码实现的子载波复用过程示意图；

图19为另一种数据传输网络；

图20为图19所示的网络中用于复用的预编码实现的子载波复用过程示意图；

图21为本发明应用例一所述的网络示意图；

图22为本发明应用例一中采用本发明所述方法时，映射后的移动终端的子载波资源利用情况图；

图23为本发明应用例一中采用本发明所述方法时，映射后的移动终端的子载波资源利用情况图；

图24为本发明应用例二所述的网络示意图；

图25为本发明应用例二中采用本发明所述方法时，映射后的移动终端的子载波资源利用情况图；

图26为为本发明应用例二中采用Intel所提出的解决导频碰撞的方法二的移动终端的子载波资源利用情况图；

图27为本发明应用例三所述的网络示意图；

图28为本发明应用例三中采用本发明所述方法时，映射后的移动终端的子载波资源利用情况图；

图29为本发明应用例三中采用Intel所提出的解决导频碰撞的方法二的移动终端的子载波资源利用情况图；

图30为本发明仿真例中存在导频碰撞和无导频碰撞时移动终端的误比特率性能图；

图31为本发明仿真例中采用预编码和协作传输方案时移动终端的误比特率性能图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地介绍，但不作为对本发明的限定。

参考图7所示，为一种数据传输的方法的流程图，该方法包括下述步骤：

步骤101，基站根据移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率，在不同的基站/中继站发送的情况下，对移动终端进行分类，也就是：将受到导频碰撞影响的移动终端和不受导频碰撞的移动终端进行区分。

首先对各种移动终端作出如下定义：

MS_inner，只能够接收到一个信号或者能够接收到多个信号、但其中一个信号的信噪比/功率远远大于其他信号信噪比/功率的移动终端；对于MS_inner还可以按照其信噪比的大小再细分为MS_{inner_near}和MS_{inner_far}，进行这种细分时，首先确定一个具体的信噪比门限值，当移动终端的信噪比大于门限值时，该移动终端定义为MS_{inner_near}，反之，定义为MS_{inner_far}。具体的信噪比门限值的设定与实际系统中采用的传输方式，如编码方式、调整方式等是相关的，可以根据实际系统中采用的传输方式来确定，例如，对于未编码的系统，可以取信噪比支持64QAM，16QAM的移动终端为MS_{inner_near}，也可以取信噪比支持QPSK，BPSK的移动终端为MS_{inner_far}；对于具体信噪比门限值的确定为本领域人员所公知的技术，在此只作一说明，不再赘述。因为MS_{inner_near}比MS_{inner_far}能抵抗更强的干扰，所以在后面资源的复用、重用中应优先调度MS_{inner_near}

MS_middle，能够收到多个信噪比/信号功率近似相等信号的移动终端；

需要指出一点：在区分MS_inner和MS_middle时，需要说明该移动终端是处于哪个基站/中继站和哪个基站/中继站之间。

在后面的叙述中，我们还做了如下定义：

MS_inner ^RS _i ^-RS _k，属于RS_i、且为RS_i和RS_k之间的MS_inner；

MS_middle ^RS _i ^-RS _k，属于RS_i、且为RS_i和RS_k之间的MS_middle。

在图8所示的简化网络模型中，共存在7种不同的基站/中继站发送数据情况，具体为：

(a)基站BS、中继站RS1和中继站RS2一起发送数据；

(b)基站BS和中继站RS1一起发送数据；

(c)基站BS和中继站RS2一起发送数据；

(d)中继站RS1和中继站RS2一起发送数据；

(e)基站BS发送数据；

(f)中继站RS1发送数据；

(g)中继站RS2发送数据；

对移动终端进行分类是根据这7种情况分别确定的，然后将同一类型的移动终端归为一组。其中基站BS和两个中继站RS1和RS2都发送数据时，移动终端进行分类的状况在图8中给出了说明。

如图9所示为另一个简化的网络模型，其中：基站BS和两个中继站RS1和RS2都发送数据时，MS1为MS_inner ^RS ₁ ^-RS ₂同时又为MS_middle ^RS ₁ ^-BS，MS2为MS_inner ^RS ₁ ^-BS同时又为MS_middle ^RS ₁ ^-RS ₂。

再补充说明一点：一般来说，对于一个任意配置的网络，假设基站与所有中继站数目之和为K，则共存在2^K-1种不同基站/中继站的发送情况。具体来说有 $C_K^K=1$ 种所有基站/中继站都发送的情况，有C_K ^K-1种K-1个基站/中继站都发送的情况，有C_K ^K-2种K-2个基站/中继站都发送的情况，……，有 $C_K^1=K$ 种单个基站/中继站发送的情况，其中 $C_n^k=n!/k!(n-k)!$ 为组合数记号。

在本步骤101中，基站获取移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率可以采用如下方法：

(i)基站为了进行自动功率控制、自适应调制编码、切换等操作，会以某种方式获取移动终端的信噪比/信号功率，直接利用这些已获取的信噪比/信号功率；

(ii)中继站监测移动终端的ranging信号或导频信号，并向基站汇报移动终端到中继站的信噪比/信号功率，同时基站也直接监测移动终端的ranging信号或导频信号，获取移动终端到基站的信噪比/信号功率，将以上述两个信噪比/信号功率的差值作为移动终端分类的根据。

步骤102，基于步骤101中移动终端的分类，基站根据频率重用因子的大小，依次确定初始重用移动终端组和属于各个初始重用移动终端组的移动终端。

仍以图8所示网络模型为例，基于步骤101得到的7种不同基站/中继站发送情况下的移动终端的分类，我们分别对如何确定初始重用移动终端组和属于它们的移动终端进行说明，如下：

(a)基站BS、中继站RS1和中继站RS2一起发送数据：

此时，基站BS、中继站RS1的和中继站RS2的MS_inner，可以构成一组FRF＝3的重用移动终端组，即：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{BS}}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}1}\∩{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}2}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}1}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{BS}}\∩{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}2}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{BS}}\∩{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}\}\end{array}\right.;$

(b)基站BS和中继站RS1一起发送数据：

此时，基站BS和中继站RS1的MS_inner可以构成一组FRF＝2的重用移动终端组，然而因为部分移动终端已经在MS_FRF＝3 ^BS和MS_FRF＝3 ^RS1中了，所以需要在重用移动终端组中把这些属于MS_FRF＝3 ^BS和MS_FRF＝3 ^RS1的移动终端去掉，即所得重用移动终端组为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}1}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}1}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{BS}}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{BS}}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}1}\}\end{array}\right.;$

(c)基站BS和中继站RS2一起发送数据；

此时，类似于上述(b)，可以得到一组FRF＝2的重用移动终端组，为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}2}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}2}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{BS}}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{BS}}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}2}\}\end{array}\right.;$

(d)中继站RS1和中继站RS2一起发送数据：

此时，类似于上述(b)，可以得到一组FRF＝2的重用移动终端组，为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}1}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}2}\}\end{array}\right.;$

(e)基站BS发送数据：

此时，基站BS所属的所有移动终端可以构成一组FRF＝1的重用移动终端组，然而因为部分移动终端已经在MS_FRF＝3 ^BS，MS_FRF＝2 ^BS-RS1，MS_FRF＝2 ^BS-RS2中了，所以需要在重用移动终端组中把这些移动终端都去掉，即：

${\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=1}^{\mathrm{BS}}=\{{\mathrm{MS}}^{\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}1}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}2}\};$

(f)中继站RS1发送数据：

此时，类似于(e)，可以得到一组FRF＝1的重用移动终端组，为：

${\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=1}^{\mathrm{RS}1}=\{{\mathrm{MS}}^{\mathrm{RS}1}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}1}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}\};$

(g)中继站RS1发送数据：

此时，类似于(e)，可以得到一组FRF＝1的重用移动终端组，为：

${\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=1}^{\mathrm{RS}2}=\{{\mathrm{MS}}^{\mathrm{RS}2}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}2}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}\};$

综上，我们可以得到图8所示网络的所有初始重用移动终端组，共包括一组FRF＝3的重用移动终端组、3组FRF＝2的重用移动终端组和3组FRF＝1的重用移动终端组。

一般来说，对于一个任意配置的网络，假设基站与所有中继站数目之和为K，则共存在2^K-1个初始重用移动终端组。具体来说 $C_K^K=1$ 个频率重用因子为K的重用移动终端组，有C_K ^K-1个频率重用因子为K-1的重用移动终端组，有C_K ^K-2个频率重用因子为K-2的重用移动终端组，……，有 $C_K^1=K$ 个频率重用因子为1的重用移动终端组。特别需要指出的是：在确定属于低频率重用因子的重用移动终端组的移动终端时，需要除去高频率重用因子的重用移动终端组已含有的移动终端。

步骤103，基站对初始重用移动终端组的移动终端进行调整，复用不同的移动终端组并映射到OFDM子载波。

在初始重用移动终端组的基础上，我们还需要根据移动终端的数据长度来对重用移动终端组继续进行一些调整，调整的目的是确定最终构成重用移动终端组的移动终端，目标是获得尽可能大的资源重用率和资源利用率。

本步骤具体地又是通过下述的步骤实现的：

步骤1031，基站按照移动终端的数据多少，调整属于不同重用移动终端组的移动终端，以获得尽可能大的资源重用率和资源利用率；

以下以包括一个基站BS和四个中继站RS1、RS2、RS3和RS4的曼哈顿模型的一个小区为例来说明如何在初始移动终端组的基础上进行调整。假设对该小区中的移动终端进行步骤101和步骤102的处理后，得到初始重用移动终端分组，其中FRF＝5、FRF＝3和FRF＝1的移动终端组的数据所占据的OFDM子载波如图10所示。为使资源的利用率提高，可以将上述FRF＝5组中的中继站RS3的部分移动终端调整到FRF＝4组中，然后将FRF＝1组合并到FRF＝5组中，此时如果图10中所示的FRF＝1组中的移动终端为MS_middle ^RS ₃ ^-RS ₂，可以将该部分的移动终端组同时调整到FRF＝5组中的RS2和RS3中，由此不仅可以大大地提高资源的利用率，还可以提高该部分移动终端的增益，使得该部分移动终端的误比特率性能更低。按照上述方法所调整后的FRF＝5，FRF＝3和FRF＝1的重用移动终端组的数据所占据的OFDM子载波如图11所示。

步骤1032，当重用移动终端组的数据所占据的OFDM子载波未能占满整个OFDM子载波时，调度其他组的、适当的移动终端的传输数据来占满空闲的子载波，从而提高资源的利用率。

我们仍以上面提及的曼哈顿模型为例来进行说明。假设经过步骤101、步骤102和步骤103的子步骤1031后，确定的最终FRF＝5的重用移动终端组如图12所示，可以看出FRF＝5组中的各个中继站发送的数据并没有填满整个OFDM子载波，我们现在需要复用其他重用移动终端组的数据来填充这些空闲的OFDM子载波，以尽可能的提高资源的利用率，我们可以从如图12所示的FRF＝4组中调度适当的移动终端来填充。图13给出了如何将FRF＝4组与FRF＝5组进行复用的示意图。图14给出又一个调整后的重用移动终端组的两个组(FRF＝5和FRF＝1)的数据所占据的OFDM子载波示意图，我们仍然可以调度FRF＝1组中的适当的MS_middle来对FRF＝5组进行填充，图15为如何将FRF＝5组与FRF＝1组进行复用的示意图；图16还给出了一个调整后的重用移动终端组的两个组(FRF＝5和FRF＝1)的数据所占据的OFDM子载波示意图，我们还可以采用第三种方法对FRF＝5组进行填充，此时可以调度FRF＝1组中的适当MS_middle来进行填充，但此处的MS_middle在填充时是需要两个中继站同时发送数据的填充，如图17所示为如何将FRF＝5组与FRF＝1组进行复用的第三种方法中重用移动终端组的两个组(FRF＝5和FRF＝1)的数据所占据的OFDM子载波示意图。

一般来说，在上述的步骤1031和1032中，因为需要按照移动终端的数据来进行，所以在每一次的具体实现时，情况可能多种多样的。但均是根据本次实现中，不同重用移动终端组的数据多少，适当调整重用移动终端组中的终端并适当复用多个重用移动终端组，以达到尽可能高的资源重用率和资源利用率。

对于判断OFDM子载波是否被填满以及调用哪些移动终端的数据进行填充都是由基站进行的。在IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e标准中，定义了每个OFDM子载波中数据所能使用的子载波数，当调制方式和编码方式确定后，这些所能使用的子载波支持的数据比特数就确定了。如果重用移动终端组中移动终端的数据比特数小于所能使用的子载波支持的数据比特数，说明OFDM子载波未被填满，基站就需要调用其他重用移动终端组中移动终端的数据进行填充以提高资源的利用率。对于调用哪些移动终端的数据来进行填充，需要根据移动终端数据的多少来进行处理，应使得所调度的移动终端的数据尽可能的填满遗留的OFDM子载波。如上步骤1032所示，填充时可以采用多种方式进行填充，以取得尽可能高的资源利用率和尽可能低的误比特率性能。

步骤104，基站根据映射到OFDM符号的情况和基站/中继站的发送情况，确定需要采用的预编码方案并优化选取预编码方案中导频和数据的加权系数。

从上述步骤103中，可以看出存在多种不同的重用移动终端组的复用和重用情况，例如对于曼哈顿模型的例子，FRF＝5组可以和FRF＝4组进行复用，也可以和FRF＝1组进行复用。而在和FRF＝1组进行复用时，又可以进行图13、图15和图17所示的三种情况的复用。这些不同的复用和重用方案都需要预编码方案的支持，即需要利用不同的预编码方案来完成上述复用和重用，以避免导频碰撞的发生。

总体来说，预编码方法存在两个目的，一个是完成不同重用移动终端组数据的复用，另一个是完成不同重用移动终端组数据的重用。与传统预编码方法的不同之处在于，此处的预编码是对导频和数据同时进行的且联合基站和中继站的导频和数据一起设计。

对于用于复用的预编码，可采用表1所示的加权系数矩阵。此时的预编码可以在不需要移动终端信道响应的情况下完成。表1所示的预编码加权系数矩阵可以推广到多个基站/中继站的情况，即：预编码中移动终端子载波上导频和数据的加权系数分别为：

$W_{\mathrm{BM}}^P\left(n\right)=W_{\mathrm{BM}}^D\left(n\right)=d,$

$W_{\mathrm{RM}}^P\left(n\right)=b_i,$

其中，W_BM ^P(n)基站到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数；

W_BM ^D(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数；

W_RM ^P(n)表示中继站i到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数；

W_RM ^D(n)表示中继站i到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数；

d和b_i是根据系统的功率和误比特率设定的。

表1：用于复用的预编码系数的加权系数矩阵

在图3所示的网络中，用于复用的预编码实现的子载波复用过程示意图如图18所示。其中：

BS-＞MS2，表示基站BS发送数据和导频给移动终端MS2；

RS-＞MS1，表示中继站RS发送数据和导频给移动终端MS1：

BS-＞MS1、MS2和RS-＞MS1，表示基站BS和中继站RS进行协作发送：基站BS在子载波φ₀上发送加权后的数据给移动终端MS2、基站BS和中继站RS在子载波φ₁上同时发送加权后的数据给移动终端MS1，同时基站BS和中继站RS在导频子载波上同时发送加权后的导频信号。

结合上述的表1中所提及的加权系数矩阵，具体的子载波复用过程如下：

基站BS对导频子载波上的信号、在子载波φ₀上发送给移动终端MS2的数据信号和在子载波φ₁上发送给移动终端MS1的数据信号均采用系数d进行加权。同时中继站RS在导频子载波上的信号和在子载波φ₁上发送给移动终端MS1的数据信号均采用系数b进行加权。中继站RS在子载波φ₀上不发送任何信号。

表1所示的预编码加权系数矩阵是在不知道移动终端的信道响应的情况下采用的，如果基站BS和中继站RS知道到移动终端MS1和MS2的信道响应的话，还可以采用如下的最优预编码加权系数，此时不仅能解决导频碰撞问题实现不同传输复用同一个OFDM子载波，而且可以获得空间分集增益，降低移动终端的误比特率性能。

$W_{\mathrm{BM}}^P\left(n\right)=1,$

$W_{\mathrm{RM}}^P\left(n\right)=(\sqrt{K{\left(n\right)}^2+1}-K\left(n\right))\·\exp \left(\mathrm{\ξ}\left(n\right)\right),$

其中：K(n)＝|H_BM(n)|/|H_RM(n)|，H_BM(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的信道响应、H_RM(n)表示中继站到移动终端的第n个子载波上的信道响应、n表示子载波序号，

ξ(n)＝arg(H_BM(n))-arg(H_RM(n))，arg()表示取幅角的值，

W_BM ^P(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_BM ^D(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数，

W_RM ^P(n)表示中继站到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_RM ^D(n)表示中继站到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数；

具体地说，基站BS对导频子载波上的信号采用W_BM ^P(n)进行加权、对于在子载波φ₀上发送给移动终端MS2的数据信号采用W_BM ^P(n)进行加权、对于在子载波φ₁上发送给移动终端MS1的数据信号采用系数W_BM ^D(n)进行加权。同时中继站RS对导频子载波上的信号采用W_RM ^P(n)进行加权、对于在子载波φ₁上发送给移动终端MS1的数据信号采用系数W_RM ^D(n)进行加权、中继站RS在子载波φ₀上不发送任何信号。

对于传统不采用预编码的传输，如BS到MS2的传输和RS到MS1的传输，是不能复用同一个OFDM符号的，因为如果复用同一个OFDM符号，在MS1处将产生导频碰撞问题。而如果采用了如表1所示的协作预编码或如上公式所示的最优预编码，即基站BS和中继站RS分别对自己需要发送的数据和导频进行特定的加权后再进行发送，就可以避免导频碰撞问题，从而使得不同的传输可以复用同一个OFDM符号，提高资源的利用率。

对于用于重用的预编码，可采用表2所示的加权系数矩阵。此时的预编码需要知道移动终端的信道响应。

表2：用于重用的预编码系统的加权系数矩阵

其中：

$K_i\left(n\right)=\left|H_{\mathrm{BM}}\left(n\right)\right|/\left|H_{\mathrm{RM}}^i\left(n\right)\right|,$

$\mathrm{\ξ}\left(n\right)=\arg \left(H_{\mathrm{BM}}\left(n\right)\right)-\arg \left(H_{\mathrm{RM}}^i\left(n\right)\right),$

在上面公式中H_BM(n)表示基站到移动终端的信道响应、H_RM ⁱ(n)表示中继站i到移动终端的信道响应、n表示子载波序号、arg()表示取幅角的值。利用上面公式就可以计算出表2所示的用预编码的系数。

上述重用的预编码方法也可以推广到多个终端，此时移动终端的子载波上导频和数据的加权系数为：

$W_{\mathrm{BM}}^P(n,l)=b,$

$W_{\mathrm{RM}}^P(n,l)=d_i,$

其中：

$K_i\left(n\right)=\left|H_{\mathrm{BM}}\left(n\right)\right|/\left|H_{\mathrm{RM}}^i\left(n\right)\right|,$

$\mathrm{\ξ}\left(n\right)=\arg \left(H_{\mathrm{BM}}\left(n\right)\right)-\arg \left(H_{\mathrm{RM}}^i\left(n\right)\right),$

H_BM(n)表示基站到移动终端的信道响应，

H_RM ⁱ(n)表示中继站i到移动终端的信道响应，

n表示子载波序号，

arg()表示取幅角的值；

b和d_i是根据系统的功率和误比特率设定的，d_i代表中继站i的取值。

在图19所示的网络中，用于复用的预编码实现的子载波复用过程示意图如图20所示。其中：

BS-＞MS0表示基站BS发送数据和导频给移动终端MS0：

RS1-＞MS1&MS3表示中继站RS1发送数据和导频给移动终端MS1和MS3：

RS2-＞MS2表示中继站RS2发送数据和导频给移动终端MS2：

BS-＞MS0，BS，RS1-＞MS1，BS，RS2-＞MS2和RS1，RS2-＞MS3表示同时进行的四种发送/协作发送，即：基站BS发送数据和导频给MS0、基站BS和中继站RS1进行协作发送数据和导频给移动终端MS1、基站BS和中继站RS2进行协作发送数据和导频给移动终端MS2、中继站RS1和中继站RS2进行协作发送数据和导频给移动终端MS3。

具体地说，基站BS对导频子载波上的信号采用d进行加权、对于在子载波φ₀上发送给移动终端MS0的数据信号采用f₀进行加权、在子载波φ₁上不发送任何信号。同时，中继站RS1对导频子载波上的信号采用d₁进行加权、对于在子载波φ₁上发送给移动终端MS1的数据信号均采用系数f₁进行加权、对于在子载波φ₀上发送给移动终端MS3的数据信号采用d₁进行加权。同时，中继站RS2对导频子载波上的信号采用d₂进行加权、对于在子载波φ₁上发送给移动终端MS2的数据信号均采用系数f₂进行加权、对于在子载波φ₀上发送给移动终端MS3的数据信号采用d₂进行加权。

在表1和表2的预编码系数中，b，d的取值按照复用和重用中移动终端的具体情况进行，需要根据移动终端的信噪比进行优化选取。优化选取准则为：

(1)满足移动终端的误比特率要求，(2)使得发送功率增加的最少。通过优化选取b，d的取值，可以取得最优的性能和功率的折衷。当b，d值确定后就可以执行表1所示的复用或计算f的值进行表2所示的重用了。

当基站和中继站采用了如表1和表2所示的协作预编码对导频和数据进行加权再进行传输后，就能够消除移动终端处的导频碰撞问题，下面我们以下述一个例子来进行说明。

对于传统点到点的传输，首先，作为接收机的移动终端需要根据导频进行信道估计，得到信道响应

其次，利用估计出的信道响应

计算用于数据检测的权重W，然后，移动终端利用权重W对接收到的信号进行检测，得到数据的估计值

最后，对

进行硬判决便可得出估计的发送数据。具体过程如下：

r_P＝HP+N，

r_D＝HD+N，

$\hat{H}=r_p/P\≈H,$

$W=\frac{{\hat{H}}^{*}}{{\left|\hat{H}\right|}^2},$

$\hat{D}=W\·r_D=\frac{{\hat{H}}^{*}}{{\left|\hat{H}\right|}^2}(\mathrm{HD}+N)\≈D+\frac{H^{*}}{{\left|H\right|}^2}N.$

考虑如图3所式的网络结构，如果不进行协作预编码，那么在移动终端MS1处进行的信道估计和数据检测过程如下：

r_P＝H₁P+H₂P+N，

r_D＝H₂D+N，

$\hat{H}=r_p/P\≈H_1+H_2,$

从上述过程可以看出，由于移动终端MS1能够同时接收到基站的导频信号和中继站的导频信号，所以进行信道估计时得到了错误的信道响应H₁+H₂，因而在进行数据检测时多出了一项干扰项，大大增加了估计出数据的误比特率，产生了导频碰撞问题。

如果在基站和中继站进行如表1所示的预编码，则可以解决导频碰撞问题。为了简单起见，我们取b＝1，d＝1，则在移动终端MS1处进行的信道估计和数据检测过程如下：

r_P＝H₁P+H₂P+N，

r_D＝H₁D+H₂D+N，

$\hat{H}=r_p/P\≈H_1+H_2,$

$W=\frac{{\hat{H}}^{*}}{{\left|\hat{H}\right|}^2}=\frac{{(H_1+H_2)}^{*}}{{|H_1+H_2|}^2},$

$\hat{D}=W\·r_D=\frac{{(H_1+H_2)}^{*}}{{|H_1+H_2|}^2}(H_{1}D+H_{2}D+N)=D+\frac{{(H_1+H_2)}^{*}}{{|H_1+H_2|}^2}N.$

从上述过程可以看出，由于基站和中继站的协作预编码传输，在进行数据检测时，并没有多余的干扰项，因此不存在导频碰撞问题，可以进行正常的数据检测。

步骤105：基于所选取的预编码的系数，在基站和中继站进行联合数据和导频的预编码以及协作传输，将数据发送给目标移动终端。

上述的本发明的数据传输方法可以很容易应用于其他任何网络配置的情况，来提高网络的资源使用效率。

以下，再以几个更为具体的应用例来说明上述的传输方法。

在IEEE 802.16j网络中，中继站可以用于两个目的，一个为了扩展覆盖区域，另一个为了提高吞吐量。下面，我们分别对这两种情况进行举例。

应用例一：应用于“覆盖区域扩展”为目的的中继站；

图21所示为中继站用于覆盖区域扩展目的覆盖盲区(Coverage hole)的网络配置示意图，其中，在中继站的覆盖范围内，存在大量的MS_inner ^RS-BS终端。对于Intel所提出的避免导频碰撞的方法，因为基站BS和中继站RS总是在不同时刻进行发送数据，所以这些移动终端MS_inner ^RS-BS所占用的OFDM子载波资源得不到重用。应用本发明所提出的数据传输的方法来进行数据传输显然可以来提高覆盖盲区网络配置下的资源使用效率，具体过程如下：

(a)按照移动终端的信噪比/信号功率对移动终端进行分类：共分为3种情况：(i)基站和中继站同时发送；(ii)基站发送；(iii)中继站发送。

(b)确定初始重用移动终端组：可以得到3个初始重用移动终端组，如下：

一个FRF＝2的组 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{BS}}=\left\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}}\right\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}}=\left\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}-\mathrm{BS}}\right\}\end{array}\right.$

两个FRF＝1的组 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=1}^{\mathrm{BS}}=\{{\mathrm{MS}}^{\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{BS}}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=1}^{\mathrm{RS}}=\{{\mathrm{MS}}^{\mathrm{RS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}}\}\end{array}\right.$

(c)映射到OFDM符号：映射后的情况，如图22所示。首先，对FRF＝2的移动终端终端组中所有移动终端的数据进行子载波重用，其次，对于未占满的OFDM符号进行填充，在这里，采用了MS_middle ^RS-BS和MS_inner ^RS-BS的的数据进行填充。图23为按照现有技术中Intel所提出的方法二进行数据传输时资源利用的情况示意图。从图22和图23的比较可以看出，本发明的方法远远优于现有技术中Intel所提出的方法二进行数据传输的方法，可以有效获得资源的重用和利用，大大提高了资源的使用效率。

(d)确定协作预编码方案：采用如表1和表2所示的预编码系数并根据具体的信道响应优化选取适当的系数值。

(e)基于所选取的预编码的系数，在基站和中继站进行联合数据和导频的预编码以及协作传输，将数据发送给目标移动终端。

应用例二：应用于以“提高吞吐量”为目的的中继站，2个中继站且中继站相距较远的网络

图24为以“提高吞吐量”为目的的中继站，2个中继站且中继站相距较远的网络，应用本发明所提出的数据传输的方法来进行数据传输可以提高此网络配置下的资源使用效率，包括：

(o)对移动终端进行分类。共分为3种情况：a)基站、中继站1和中继站2同时发送。b)中继站1和中继站2同时发送。c)基站发送。对于每种情况，可以对移动终端按照信噪比/信号功率进行分类。

(p)确定初始重用移动终端组。共可以得到3个初始重用移动终端组，如下：

一个FRF＝3的组：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{BS}}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}1}\∩{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}2}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}1}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{BS}}\∩{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}2}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{BS}}\∩{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}\}\end{array}\right.$

一个FRF＝2的组：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}=\left\{{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}-\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}1}\right\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}=\left\{{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}-\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}2}\right\}\end{array}\right.$

一个FRF＝1的组

$\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=1}^{\mathrm{BS}}=\{{\mathrm{MS}}^{\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{BS}}\}$

(q)映射到OFDM符号。映射后的情况，如图25所示。图26为Intel所提出的解决导频碰撞的方法二的移动终端的子载波资源利用情况示意图。从图25和图26可以看出，Intel所提出的解决导频碰撞的方法二在此种网络配置情况下有很好资源利用率，但本发明所提出的方法比其还具有更好的性能。因为对于所提出的方案存在FRF＝3的重用，而Intel所提出的解决导频碰撞的方法二最多只存在FRF＝2的重用，所以本发明所提出的方法更优。

(r)确定协作预编码方案。采用如表1和表2所示的预编码系数并根据具体的信道响应优化选取适当的系数值。

(s)基于所选取的预编码的系数，在基站和中继站进行联合数据和导频的预编码以及协作传输，将数据发送给目标移动终端。

应用例三：应用于以“提高吞吐量(Throughput Enhancement)”为目的中继站，2个中继站且中继站相距较近的网络

图27给出了此时的网络配置情况。利用本发明所提出的数据传输方法来进行数据传输能够提高此网络配置下的资源使用效率。

(u)对移动终端进行分类。共分为5种基站/中继站的发送情况：

1基站BS、中继站RS1和中继站RS2一起发送；

2中继站RS1和中继站RS2一起发送；

3基站BS发送；

4中继站RS1发送；

5中继站RS2发送。

分别确定在这5种情况下对移动终端进行分类。

(v)确定初始重用移动终端组，共可以得到5个初始重用移动终端组，如下：

一个频率重用因子为3的组

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{BS}}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}1}\∩{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}2}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}1}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{BS}}\∩{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}2}=\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{BS}}\∩{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}\}\end{array}\right.$

一个频率重用因子为2的组：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}=\left\{{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}-\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}1}\right\}\\ {\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}=\left\{{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{inner}}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}-\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}2}\right\}\end{array}\right.$

三个频率重用因子为1的组：

$\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=1}^{\mathrm{BS}}=\{{\mathrm{MS}}^{\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}1}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{BS}-\mathrm{RS}2}\}$

$\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=1}^{\mathrm{RS}1}=\{{\mathrm{MS}}^{\mathrm{RS}1}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}1}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}1-\mathrm{RS}2}\}$

$\{{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=1}^{\mathrm{RS}2}=\{{\mathrm{MS}}^{\mathrm{RS}2}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=3}^{\mathrm{RS}2}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{BS}}-{\mathrm{MS}}_{\mathrm{FRF}=2}^{\mathrm{RS}2-\mathrm{RS}1}\}$

(w)映射到OFDM符号。映射后的移动终端的子载波资源利用情况如图28所示。图29为Intel所提出的解决导频碰撞的方法二的移动终端的子载波资源利用情况图。从图28和图29可以看出，Intel所提出的解决导频碰撞的方法二在此种网络配置情况下的资源重用会造成导频碰撞问题，因而大大降低移动终端的误比特率性能。而本发明所提出的方案通过联合预编码能解决导频碰撞问题，因此将获得远远优于所提出的解决导频碰撞的方法二的误比特率性能。

(x)确定协作预编码方案。采用如表1和表2所示的预编码系数并根据具体的信道响应优化选取适当的系数值。

(y)基于所选取的预编码的系数，在基站和中继站进行联合数据和导频的预编码以及协作传输，将数据发送给目标移动终端。

为了验证本发明所提出的方法的有效性，对所提出的数据传输中移动终端的误比特率性能进行了仿真，并与现有方案进行了比较。

仿真设置：

(1)传输方式：OFDMA，子载波：512；循环前缀：64样值；导频：梳状导频、共占有64子载波；

(2)调制方式：16QAM；

(3)信道估计算法：LS(Least Square)、线型插值；

(4)信道：采用了20径的多径延迟线模型，信道响应在每个OFDM符号上不变，但在不同OFDM符号上随机变化。

图30为存在导频碰撞和无导频碰撞时移动终端的误比特率性能仿真图。从该图中可以看出，导频碰撞会大大降低系统的性能。当存在导频碰撞问题时，如果不进行如何处理，移动终端的误比特率性能大约在10^-1左右，不能够满足系统的要求。而无导频碰撞时的性能要远远好于存在导频碰撞时的性能。对于Intel所提出的解决导频碰撞的方法二，因为其在资源重用时并没有解决导频碰撞问题，所以其移动终端的性能分为两类，一类是无导频碰撞的性能，一类是存在导频碰撞的性能。对于所提出的算法，所有的MS_inner都具有无导频碰撞时的性能。

图31为采用预编码和协作传输方案时移动终端的误比特率性能仿真图。从图中可以看出，采用预编码和协作传输后，移动终端的性能与无导频碰撞时的性能类似，且当单用户时还存在约3db的性能增益。对于所提出的数据传输方法，所有的MS_middle都具有与无导频碰撞时近似的性能。

此外，从上述的实施例可看出，本发明所提出的数据传输的方法与现有方法相比，不仅能够避免导频碰撞，还能够获得更高的资源重用率和资源利用率。

Claims (8)

1.一种数据传输方法，包括：

(a)基站获取移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率，在不同的基站/中继站发送的情况下，根据上述信噪比/信号功率的大小将移动终端进行分类；

(b)基站根据上述的移动终端分类，确定各个频率重用因子所对应的初始重用移动终端组和属于各个初始重用移动终端组的移动终端；

(c)基站对初始重用移动终端组的移动终端进行调整，复用不同的移动终端组并映射到OFDM子载波符号；

(d)基站根据映射到OFDM符号的情况和基站/中继站的发送情况，确定需要采用的预编码方法中移动终端的子载波上导频和数据的加权系数；

(e)基于所选取的预编码方法中导频和数据的加权的系数，在基站和中继站进行联合数据和导频的预编码以及协作传输，将数据发送给目标移动终端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(a)中，基站获取移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率是这样实现的：

中继站监测移动终端的ranging信号或导频信号，并向基站汇报移动终端到中继站的信噪比/信号功率；

同时基站也直接监测移动终端的ranging信号或导频信号，获取移动终端到基站的信噪比/信号功率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(a)中对移动终端进行分类包括：

将能够接收到一个信号或者能够接收到多个信号、但其中一个信号的功率远大于其他信号功率的移动终端分为一类；

将能够收到多个功率近似相等信号的移动终端分为另一类。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将能够接收到一个信号或者能够接收到多个信号、但其中一个信号的功率远大于其他信号功率的移动终端分为一类进一步地包括：

设定一个信噪比/信号功率门限值；

将移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率大于设定的信噪比/信号功率门限值的移动终端分为一类，将移动终端到基站/中继站的信噪比/信号功率小于设定的信噪比/信号功率门限值的移动终端分为另一类。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(c)进一步地是通过下述方法实现的：

(c1)基站按照移动终端的数据多少，调整属于不同初始重用移动终端组的移动终端的数据来填充OFDM子载波；

(c2)当调整后的重用移动终端组的数据所占据的OFDM子载波未能占满所有能使用的OFDM子载波时，基站调度其他重用移动终端组的移动终端的传输数据来占满空闲的子载波。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(d)中，基站确定需要采用的预编码方法为用于复用的预编码，当基站和中继站不知道移动终端的信道响应时，所述的预编码中移动终端子载波上导频和数据的加权系数分别为：

$W_{\mathrm{BM}}^P\left(n\right)=W_{\mathrm{BM}}^D\left(n\right)=d,$

$W_{\mathrm{RM}}^P\left(n\right)=b_i,$

其中，W_BM ^P(n)基站到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_BM ^D(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数，

W_RM ^P(n)表示中继站i到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_RM ^D(n)表示中继站i到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数，

d和b_i是根据系统的功率和误比特率设定的。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(d)中，基站确定需要采用的预编码方法为用于复用的预编码，当基站和中继站获知移动终端的信道响应且为单移动终端时，所述的预编码中移动终端的子载波上导频和数据的加权系数分别为：

$W_{\mathrm{BM}}^P\left(n\right)=1,$

$W_{\mathrm{RM}}^P\left(n\right)=(\sqrt{K{\left(n\right)}^2+1}-K\left(n\right))\·\exp \left(\mathrm{\ξ}\left(n\right)\right),$

其中：K(n)＝|H_BM(n)|/|H_RM(n)|，H_BM(n))表示基站到移动终端的第n个子载波上的信道响应、H_RM(n)表示中继站到移动终端的第n个子载波上的信道响应、n表示子载波序号，

ξ(n)＝arg(H_BM(n))-arg(H_RM(n))，arg()表示取幅角的值，

W_BM ^P(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_BM ^D(n)表示基站到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数，

W_RM ^P(n)表示中继站到移动终端的第n个子载波上的导频加权系数，

W_RM ^D(n)表示中继站到移动终端的第n个子载波上的数据加权系数；

当基站和中继站获知移动终端的信道响应且为多移动终端时，所述的预编码中移动终端的子载波上导频和数据的加权系数分别为：

$W_{\mathrm{BM}}^P(n,l)=1$

其中：

K(n，l)＝|H_BM(n，l)|/|H_RM(n，l)|，H_BM(n，l)表示基站到移动终端l的第n个子载波上的信道响应、H_RM(n，l)表示中继站到移动终端l的第n个子载波上的信道响应、n，l分别表示子载波序号和移动终端序号；

W_BM ^P(n，l)表示基站到移动终端l的第n个子载波上的导频加权系数，

W_BM ^D(n，l)表示基站到移动终端l的第n个子载波上的数据加权系数，

W_RM ^P(n，l)表示中继站到移动终端l的第n个子载波上的导频加权系数，

W_RM ^D(n，l)表示中继站到移动终端l的第n个子载波上的数据加权系数。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤(d)中，基站确定需要采用的预编码方法为用于重用的预编码，所述的用于重用的预编码中移动终端的子载波上导频和数据的加权系数为：

$W_{\mathrm{BM}}^P\left(n\right)=b,$

$W_{\mathrm{RM}}^P\left(n\right)=d_i,$

其中：

$K_i\left(n\right)=\left|H_{\mathrm{BM}}\left(n\right)\right|/\left|H_{\mathrm{RM}}^i\left(n\right)\right|,$

$\mathrm{\ξ}\left(n\right)=\arg \left(H_{\mathrm{BM}}\left(n\right)\right)-\arg \left(H_{\mathrm{RM}}^i\left(n\right)\right),$

H_BM(n)表示基站到移动终端的信道响应，

H_RM ⁱ(n)表示中继站i到移动终端的信道响应，

n表示子载波序号，

arg()表示取幅角的值；

b和d_i是根据系统的功率和误比特率设定的，下标i代表中继站i的取值。

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