CN101345675A - 一种协同通信中的中继节点选择方法 - Google Patents

Abstract

一种协同通信中的中继节点选择方法，它涉及一种中继节点的选择方法，以解决现有协同通信中选择中继节点方法存在的当中继申请较多时碰撞严重导致中继用户无法产生的问题。源节点周围的节点向基站转发源节点的协同通信请求，空闲节点忽略该协同通信请求；基站选择通信质量较好的节点作为中继节点，并为中继节点分配中继信道；中继节点将源节点的信息向基站转发；选择符合信号质量要求的节点作为备选中继节点；当中继节点检测到源节点信号质量下降时，更换中继节点；基站根据接收质量决定继续中继或停止中继。本发明选择源节点周围正在与基站进行通信的节点作为中继节点，不需要大量空闲用户发出中继请求，避免了碰撞的产生，使中继过程顺利完成。

Description

一种协同通信中的中继节点选择方法

技术领域

本发明涉及一种中继节点的选择方法，属于无线通信领域中的协同通信技术。

背景技术

在无线环境中，当传输信号经过多个路径到达接收端时，就会产生多径衰落，严重影响信号的正常接收，而分集是对抗衰落的有效技术之一。分集技术包括时间分集、频率分集、空间分集等，协同通信技术属于空间分集技术的一种。协同通信的基本思想是用户间可以共享彼此的天线，以构建一个虚拟的多入多出系统，这样可以使得多用户单入单出(SISO)系统获得多入多出(MIMO)系统的好处，同时避免空间相关性对系统性能的影响。由于无线媒体的广播特性，一个用户所发送的信号，不仅可以被目的终端接收到，也可以被其它用户接收到。这样，与直接和目的终端通信不同，在协同通信中其它用户可以为源用户进行信号的中继转发，以协同方式和目的终端通信。源用户也称为源节点，与源节点进行协同通信的用户也称中继节点。

目前关于协同通信的研究主要集中于协同策略，即中继节点处理并转发源节点发来信号的方法，主要的协同策略有四种，分别是译码前传、放大前传、编码协同、分布式纠错编码。但是任何一种协同策略应用的前提都是首先确定中继节点，而目前并没有提出选择中继节点的相关方法。中继节点的选择主要有以下困难：如果是周围用户检测发起呼叫或者正在传输业务的用户，然后再决定自身是否作为中继用户，可能具备中继条件的用户很多，给基站的中继申请也很多，碰撞严重、导致中继用户无法产生。

发明内容

本发明为解决现有协同通信中选择中继节点方法存在的当中继申请较多时碰撞严重、导致中继用户无法产生的问题，提供一种协同通信中的中继节点选择方法。本发明由以下步骤组成：

步骤一、源节点向基站发出协同通信请求；

步骤二、源节点周围正在与基站通信的节点在同时收到源节点的协同通信请求后，向基站转发源节点的协同通信请求，空闲节点忽略该协同通信请求；

步骤三、基站在发出请求的节点中选择通信质量较好的节点作为中继节点，向该中继节点发出确认信息，并为中继节点分配中继信道；

步骤四、正在与基站通信的节点同时监测其它节点的信号质量，将符合信号质量要求的节点向基站报告为备选中继节点；

步骤五、当中继节点监测到源节点信号质量下降时，向基站发出切换中继节点请求，基站从备选中继节点中为源节点选择新的中继节点；

步骤六、基站通过发出指令停止中继或通过应答中继用户本身的放弃中继的请求而停止中继。

有益效果：本发明的方法选择源节点周围正在与基站进行通信的节点作为中继节点，不需要大量空闲用户发出中继请求，避免了大量资源开销和碰撞的产生，使协同通信中的中继过程顺利完成。

附图说明

图1是时分模式下的中继节点发射机、接收机结构示意图；图2是时分双工模式下的系统时隙分配示意图；图3是蜂窝小区用户分布示意图；图4是频分模式下的中继节点发射机、接收机结构示意图；图5是频分双工模式下的系统频段分配示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1～图5，本实施方式由以下步骤组成：

步骤一、源节点向基站发出协同通信请求；

步骤二、当源节点周围的节点监听到源节点向基站发出协同通信请求后，正在与基站进行通信的节点使用本身业务信道转发源节点的协同请求，空闲节点忽略该协同通信请求；

步骤三、当基站收到源节点发来的协同请求以及其周围正在工作节点转发的请求后，选择通信质量较好的节点作为中继节点，将确认信号发给该中继节点，并在资源(频率资源或时隙资源)分配不冲突的原则下为中继节点分配中继信道(相应频段或时隙)；如果没有收到其他节点转发的协同请求或找不到符合通信质量的中继节点，则不分配新的中继节点，直到新的用户报告可以作为中继节点或中继信号的通信质量满足要求为止；中继节点收到基站的中继确认信号，之后将接收到的源节点信息通过基站指定的中继信道向基站转发，完成中继节点的选择；

步骤四、于正在接受系统服务但没有承担中继任务的用户，在与基站通信的同时继续监测其它时隙或者频点的信号质量，将符合信号质量要求的节点信号报告给基站，成为备选中继节点；

步骤五、在通信过程中，中继节点检测到源节点信号质量下降(可以通过检测用户同步序列的信噪比或判断数据误码率)，将向基站发出请求，更换中继节点，此时基站在所有正在使用系统且没有中继任务的用户的业务信道中下发对指定信道的中继指令，收到这个指令的用户，将对指定的信道进行监测，监测结果报告基站，由基站决定哪个用户作为中继节点，实现中继节点的切换；

步骤六、基站接收到中继用户的信号后，判断接收质量(信噪比或误码率)，通过主动发出指令停止中继或应答中继用户本身的放弃中继的请求，停止中继。

本实施方式提出的方法所针对的正是高用户密度情况下的中继节点选择，具体过程是由源节点发出请求，这个请求不只基站收到，周围其他用户也会收到，但是只有处于工作状态的节点会向基站转发这个请求，空闲节点不会转发(这种方法减小了中继请求的碰撞几率，如果周围所有节点都转发请求的话，碰撞严重，导致正常的中继请求无法发出)，所以在这种情况下，基站会收到源节点直接发来的及其周围一些正在工作节点转发的请求，基站会从这些周围节点中选择中继节点，减少了基站的工作量。对于正常处于稳定状态的系统，可以克服覆盖边缘效应的影响，即：开始阶段处于基站覆盖边缘的通信质量不好的用户，在近距离用户的协同下，可以提高质量，当只有边缘用户存在时，中继可能失败，但是对于一个均匀分布或高斯分布的系统，稳态下不存在这样的问题。在本方法的基础上又给出了在时分和频分系统中的实施例：中继节点的选择、释放、切换的过程，整个方法并不涉及中继节点为源节点转发信息的具体方式，所叙述的内容只有中继节点的选择、释放、切换的过程。

当系统使用时分双工及时分多址的工作模式时，用户发射机和接收机的示意图如图1所示，发射和接收使用不同的时隙，由时隙切换开关进行切换，系统时隙示意图如图2所示，在上行时隙和下行时隙前分配了一个随机时隙，用于源用户的中继请求。

中继节点的确定、释放及切换过程如下说明：假定在一个基站范围内有若干节点，分布如图3所示，A节点向基站发出协同通信请求，此时用户B、C、D、E均能收到此请求，其中C、D处于空闲状态所以忽略此请求，B、E处于工作状态，当B、E在随机时隙内接收到A发出的中继请求后，通过自身的上行业务时隙向基站转发中继请求。此时基站通过判断，B的转发信号通信质量最好(即误码率最低)，则确定B为中继节点并为B分配新的时隙用于中继转发A的信号，完成中继节点的选择过程。若只通过周围用户检测发起呼叫或者正在传输业务的用户，然后再决定自身是否作为中继用户，可能具备中继条件的用户很多，如图3中的分布，若在A发出协同通信请求时，B、C、D、E均空闲，在收到此请求后同时通过随机接入时隙转发给基站，则这些中继申请会产生严重的碰撞，导致基站无法识别有效的中继请求，中继用户无法产生。而采用本专利提出的方法，使现有用户使用当前通信时隙转发中继请求，避免了多个中继请求间的碰撞，可以快速有效地为源节点选择中继节点。当A节点不需要中继时，例如A结束数据传输或基站判断A的信号质量足够好，则基站通过B的下行业务时隙向B下发释放中继信道指令，B停止对用户A的中继，完成中继释放过程。

在中继链路建立后，当A、B由于相对运动导致A、B间距离增大时，B可能无法从接收信号中准确恢复出A的信息，也就无法进行中继工作，此时，基站将采用步骤八，停止用户B的中继功能，并根据用户A的信号质量放弃或者重新寻找中继节点，完成中继切换过程。

当系统使用频分双工及频分多址的工作模式时，用户发射机和接收机的示意图如图4所示，在发射机部分中用户信号发射机用于发射用户与基站通信的信号，中继信号发射机用于转发来自源节点的信号，在接收机部分中用户信号接收机用于接收用户与基站通信的信号，中继信号接收机用于接收来自源节点的信号。在用户与基站建立连接的初始阶段使用控制信道通信，在连接建立后，基站为用户分配使用的上、下行信道，发射使用上行信道，接收使用下行信道，频分双工模式下系统频段分配示意图如图5所示。

中继节点的确定、释放及切换过程如下说明：假定在一个基站范围内有若干节点，分布如图3所示，A节点向基站发出协同通信请求，此时用户B、C、D、E均能收到此请求，其中C、D处于空闲状态所以忽略此请求，B、E处于工作状态，当B、E在下行控制信道内接收到A发出的中继请求后，通过自身的上行业务信道向基站转发中继请求。此时基站通过判断，B的转发信号通信质量最好(即误码率最低)，则确定B为中继节点并为B分配新的上行用于中继转发A的信号，B的中继信号接收机对准A的上行通信信道，接收A的信号，完成中继节点的选择过程。若只通过周围用户检测发起呼叫或者正在传输业务的用户，然后再决定自身是否作为中继用户，可能具备中继条件的用户很多，如图3中的分布，若在A发出协同通信请求时，B、C、D、E均空闲，收到此请求后同时通过上行控制信道转发给基站，则很多的中继申请会产生严重的碰撞，导致基站无法识别有效的中继请求，中继用户无法产生。而采用本专利提出的方法，使现有用户使用当前上行通信信道转发中继请求，避免了多个中继请求间的碰撞，可以快速有效地为源节点选择中继节点。

当A节点不需要中继时，例如A结束数据传输或基站判断A的信号质量足够好，则基站通过B的下行业务信道向B下发释放中继信道指令，B停止对用户A的中继，完成中继释放过程。在中继链路建立后，当A、B由于相对运动导致A、B间距离增大时，B可能无法从接收信号中准确恢复出A的信息，也就无法进行中继工作，此时，基站将采用步骤八，停止用户B的中继功能，并根据用户A的信号质量放弃或者重新寻找中继节点，完成中继切换过程。

Claims (1)

1、一种协同通信中的中继节点选择方法，其特征在于它由以下步骤组成：

步骤一、源节点向基站发出协同通信请求；

步骤二、源节点周围正在与基站通信的节点在同时收到源节点的协同通信请求后，向基站转发源节点的协同通信请求，空闲节点忽略该协同通信请求；

步骤三、基站在发出请求的节点中选择通信质量较好的节点作为中继节点，向该中继节点发出确认信息，并为中继节点分配中继信道；

步骤四、正在与基站通信的节点同时监测其它节点的信号质量，将符合信号质量要求的节点向基站报告为备选中继节点；

步骤五、当中继节点监测到源节点信号质量下降时，向基站发出切换中继节点请求，基站从备选中继节点中为源节点选择新的中继节点；

步骤六、基站通过发出指令停止中继或通过应答中继用户本身的放弃中继的请求而停止中继。

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