CN101384077B - 正交频分多址接入系统中的中继站选择和子信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分多址接入系统中的中继站选择和子信道分配方法，旨在实现UT与BS之间的通信连接，候选中继站将测量得到的且满足一定传输速率要求的中继站与用户终端无线链路子信道索引号，及其对应的能够支持的最大调制方式报告给基站；所述基站结合测量得到的基站与所述候选中继站无线链路信道条件，从所述候选中继站中确定一个目标中继站，并完成基站与目标中继站无线链路全部子信道的分配，以及所述目标中继站与用户终端之间无线链路部分子信道的分配。本发明解决了OFDMA中继系统中，实现UT与BS之间通信连接的中继站的选择，完成了中继链路和接入链路中子信道的分配。

Description

正交频分多址接入系统中的中继站选择和子信道分配方法

技术领域

本发明涉及蜂窝移动通信系统领域，尤其涉及一种正交频分多址接入(OFDMA)系统中的中继站选择和子信道分配方法。

背景技术

随着3G系统的商用化开始，具有更高速率、更高频谱效率、更高覆盖和更强业务支撑能力的B3G/4G技术已经进入标准化阶段，国际电信联盟(ITU)已经就B3G频谱规划，主要标准的完成，以及商用试点和大规模商用给出了具体的时间表。B3G/4G要求传输速率能够达到1Gbps，需要的频谱至少是100MHz。对于这样的宽带的频谱需求，很难在现有的频段中找到，因此需要对B3G/4G分配更高的频段，比如5GHz或者6GHz等等。

提高工作频段虽然可以解决B3G/4G的频率分配问题，但是随之也会带来实现上的诸多问题。一方面，操作频段越高，电磁波的衰落越厉害，也就是说基站(BS)发射功率会存在较大衰减。基站发射功率的快速衰落会导致基站的覆盖范围变小，在基站覆盖范围不变的情况下，功率的快速衰落会导致小区边沿的功率控制不够理想。如果要保持基站的覆盖范围不变以及较好的功率控制，则需要进一步加大基站的发射功率，这样会增大电磁波的辐射，而出于健康等原因的考虑，人们希望电磁波对人体的辐射越小越好。另一方面，操作频段越高，电磁波的绕射能力越差，穿透能力也越弱，在这种情况下，电磁波越来越接近直线传播。如果存在建筑物遮挡，就会导致小区中存在很多电磁波无法到达的“阴影”地带。比如一个用户终端(UT)在一个建筑物后面，由于电磁波的绕射能力差，无法绕过建筑物到达该用户终端处，另外，由于电磁波的穿透能力弱，无法穿过建筑物到达该用户终端处，这将导致这个用户终端无法接收到来自基站的信号。

解决上述问题的一种方法就是增加基站的布放数量，以高频段基站能够覆盖的小区范围为基准，重新划分现有的蜂窝状小区结构，在每个小区布放一个高频基站。但是，这样就需要重新采用光纤来连接每个基站，使用起来很不方便，而且投支巨大，特别是当光纤需要经过私人区域或者其他不便设置光纤的区域时更是如此。而且每个基站还需要通过有线(如光纤)实现与骨干网以及基站控制器的连接。不仅如此，在许多国家，现有的蜂窝结构已经能够在90％的地域范围内提供无线业务服务，重新划分小区将会需要巨大的投支。

为此，无线通信领域比如IEEE 802.16j就在IEEE 802.16e的基础上引入了多跳的技术，用于解决上述问题。也就是在基站与用户终端之间布放一个或者多个中继站(Relay station，简称RS)，从而构成基站-中继站-用户终端的通信路径。这个多跳网络中的每个节点，包括上述的基站、RS以及用户终端，只需发射足够的功率就可以达到相邻节点，从而大大降低每个节点的发射功率。此外，多跳网络中的节点发射功率较低，可以使得在网络中不同设备工作在相同的频率，而不会产生干扰，进而提高频谱的复用效率，使得网络的空间容量得到较大提升。

采用无线中继技术能够提高蜂窝系统BS的有效覆盖范围，并可以提升小区边沿用户容量，不过，在OFDMA中继系统中，还需要考虑以下两个基本的问题：一是选择哪个RS来实现UT与BS之间的通信连接？二是在BS与RS之间的无线链路(也即中继链路，以下表示为BSRS链路)，以及RS与UT之间的无线链路(也即接入链路，以下表示为RS

UT链路)中，具体采用哪些子信道资源来实现传输？

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种OFDMA系统中的中继站选择方法，以及在此基础上的子信道分配方法，以实现UT与BS之间的通信连接。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种正交频分多址接入系统中的中继站选择和子信道分配方法，候选中继站将测量得到的且满足一定传输速率要求的中继站与用户终端无线链路子信道索引号，及其对应的能够支持的最大调制方式报告给基站；所述基站结合测量得到的基站与所述候选中继站无线链路信道条件，从所述候选中继站中确定一个目标中继站，并完成基站与目标中继站无线链路全部子信道的分配，以及所述目标中继站与用户终端之间无线链路部分子信道的分配。

根据上述方法，所述基站从所述候选中继站中确定所述目标中继站的过程，可以包括：

(1)所述用户终端广播发送一个带宽请求信号以及信道测量信号，收到所述带宽请求信号以及信道测量信号的候选中继站，估计其本身与用户终端链路在所有可用子信道上的信号干扰噪声比，将所述信号干扰噪声比超过一预设的信号干扰噪声比阈值的子信道索引号计入集合A，估计集合A对应子信道上的最大传输能力R₁；

(2)所述最大传输能力R₁超过用户终端传输速率要求R_UT的候选中继站向基站报告集合A中每个子信道的索引号及其能够支持的最高调制方式，以及所述用户终端传输速率要求R_UT；

(3)所述基站测量其本身与所述每个候选中继站无线链路在每个可用子信道上的信号干扰噪声比，并将所述基站与所述每个候选中继站无线链路中信号干扰噪声比超过所述信号干扰噪声比阈值的子信道索引号计入集合B中，估计集合B对应子信道上的最大传输能力R₂；

(4)所述基站记录所述最大传输能力R₂超过了所述用户终端传输速率要求R_UT的候选中继站对应的子信道集合A和B，以及集合A和B中每个子信道能够支持的最高调制方式，估计所述每个候选中继站对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C，选择所述传输能力R_C最大的候选中继站作为目标中继站。

进一步地，所述基站与目标中继站无线链路和所述目标中继站与用户终端无线链路公共部分子信道的分配，可以包括：

(a)如果所述传输能力R_C超过所述用户终端的传输速率要求R_UT，则转步骤(b)，否则转步骤(c)；

(b)所述基站在所述目标中继站对应子信道集合A和B的交集C中选择一个信号干扰噪声比平均值最大，且满足所述用户终端的传输速率要求R_UT的最小子信道子集E，根据所述子信道子集E为基站与目标中继站的无线链路和目标中继站与用户终端的无线链路分配子信道，结束；

(c)所述基站获得所述用户终端的传输速率要求R_UT与所述传输能力R_C之间的差值Δ后，在所述集合B减去所述集合A的子集合中选择一个传输能力超过所述Δ而且子信道数最少的子信道子集F；

(d)所述基站根据所述子集F和所述交集C，为基站与目标中继站无线链路分配传输子信道；根据所述交集C，为目标中继站与用户终端无线链路分配部分传输子信道，结束。

而且，步骤(1)中所述可用子信道上的信号干扰噪声比，可以包括所述可用子信道对应的所有子载波上信号干扰噪声比的平均值。

而且，步骤(1)中所述最大传输能力R₁，可以表示在数字调制以前所有可用子信道可以承载的最大比特数。

而且，步骤(1)中所述估计集合A对应子信道上的最大传输能力R₁，可以包括：

(11)所述候选中继站依据每个子信道对应的信号干扰噪声比估计其可以支持的最高调制方式；

(12)所述候选中继站估计子信道集合A中最高能够支持各调制方式的子信道数目；

(13)所述候选中继站根据最高能够支持各调制方式的子信道数目，以及一个子信道包含的子载波数目，估计子信道集合A对应的传输能力R₁。

而且，步骤(3)中所述估计集合B对应子信道上的最大传输能力R₂，可以包括：

(31)所述基站依据每个子信道对应的信号干扰噪声比估计其可以支持的最高调制方式；

(32)所述基站估计子信道集合B中最高能够支持各调制方式的子信道数目；

(33)所述基站根据最高能够支持各调制方式的子信道数目，以及一个子信道包含的子载波数目，估计子信道集合B对应的传输能力R₂。

而且，步骤(4)中所述估计所述每个候选中继站对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C，可以包括：

(41)所述基站计算每个候选中继站对应的子信道集合A中最高能够支持各调制方式的子信道索引号集合，以及相应子信道集合B中最高能够支持各调制方式的子信道索引号集合；

(42)获得每个候选中继站能够支持的相同调制方式下子信道集合A和B的交集C；

(43)所述基站根据所述交集C，以及各调制方式下交集C的子信道数目，估计每个候选中继站对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C。

此外，所述步骤(d)可以包括：

(d1)所述基站将分配给基站与目标中继站无线链路的全部子信道索引号、分配给目标中继站与用户终端无线链路的子信道索引号，以及所述差值Δ反馈给所述目标中继站；

(d2)所述目标中继站在所述集合A减去集合B的子集中选择一个传输能力超过所述Δ而且子信道数最少的子信道子集G，将所述子集G分配给所述目标中继站与用户终端无线链路；

(d3)所述目标中继站将所述子集G中子信道索引号反馈给所述基站，根据所述子集G，所述交集C对应的子信道索引号，以及所述子集G和交集C中每个子信道对应的调制方式反馈给所述用户终端。

根据上述方法，所述目标中继站与用户终端无线链路其余所需子信道的分配，可以由所述目标中继站根据所述目标中继站与用户终端无线链路信道条件来完成。

本发明解决了OFDMA中继系统中，实现UT与BS之间通信连接的中继站的选择，完成了中继链路和接入链路中子信道的分配。

附图说明

图1为一种网络拓扑结构示意图；

图2为本发明所述中继站选择方法实施例的流程图；

图3为在本发明所述中继站选择方法基础上的子信道分配方法实施例的流程图；

图4为本发明一应用实例中RS

UT和BS

RS链路子信道交集的传输能力满足UT传输速率要求时子信道分配的流程图；

图5为本发明一应用实例中R_C小于用户终端的传输速率要求R_UT时子信道分配的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

这里所描述的子信道及子信道分配有以下约定：在频域中，OFDMA系统的整个带宽被分解成具有相同带宽的子载波，所有的这些子载波被分成多个子载波组，每个子载波组包含相同数目的相邻子载波，定义一个子载波组为一个子信道。如果整个带宽可以分成C个子载波组，则总共有C个子信道。本发明所述子信道分配是指下行子信道分配，即为了实现RS将BS的数据包中继转发到UT的目的，给所选择的从BS经RS到UT的无线链路(以下表示为BS→RS→UT链路)中的从BS到RS的中继链路(以下表示为BS→RS链路)，以及从RS到UT的接入链路(以下表示为RS→UT链路)中分配哪些子信道资源。

一般而言，用户终端进入网络的时候往往只是根据当时信号强度最强的中继节点来建立连接，随着之后用户终端的移动或者是服务质量的变化，它可以运用切换机制来任意改变链接点。但是，对于中继站而言，因为它只是属于网络基础设施的一部分，当它完成网络进入和初始化之后，它必须对一般用户提供相对稳定的服务质量，因此，针对需要进行中继的用户终端，在选择中继站时候需要经过周密的考虑，不能只是简单地依靠信号强度信息来选择中继站，它要求用户通过中继节点进入网络以后能够保证中继站在网络运行过程中提供比较稳定的信道条件，进而使得整个链路保持一定的稳定性。鉴于以上因素，在OFDMA中继系统中，需要联合考虑中继站的选择以及子信道的分配。

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种OFDMA系统中的中继站选择和分布式子信道分配方法，其核心思想是候选中继站将测量得到的且满足一定传输速率要求的接入链路子信道索引号及其对应的能够支持的最大调制方式报告给基站，基站结合测量得到的中继链路信道条件，集中对中继站进行选择，并完成对中继链路和接入链路公共部分子信道的分配，中继链路和接入链路其余所需子信道由BS和RS根据各自链路信道条件分别来完成分配。本发明所述方法不但适用于TDD系统，而且经过简单的修改也适用于FDD系统。

本发明所述OFDMA系统至少包含一个基站(BS)，一个用户终端(UT)以及多个中继站(RS)。UT处于多个RS覆盖范围之内，但是该UT在BS的覆盖范围之外。所述RS处于BS的覆盖范围之内。UT一次最多只能通过一个中继站的中继才能实现与BS之间的通信连接。

在图1所示网络拓扑结构中布放了一个基站、多个用户终端(UT1、UT2、UT3、UT4、UT5、UT6)以及多个中继站(RS1、RS2、RS3、RS4)。假设所有RS、UT1、UT2、UT3以及UT6都位于BS的覆盖范围之内，只有UT4和UT5在BS的覆盖范围之外，而且，其中UT4只位于RS1的覆盖区域之内，UT5位于RS1、RS2和RS3的公共覆盖区域之内。

针对图1中的UT4和UT5，它们只能够通过RS的中继功能才能够实现与BS的通信连接。进一步假设，在本发明中我们考虑一个UT最多只能通过一个中继站的中继来实现其与BS之间的通信连接，而且所有RS之间不能互相通信。在本发明的实施例中，我们只考虑UT5与BS之间的中继通信，要求UT5的传输速率(即每次要求传输的比特数)需要达到一定要求，进而考虑相关的中继站选择以及相应子信道分配的解决方案。

这里所说的中继站选择是指在BS与UT5之间通过哪个RS来实现用户终端与基站之间的链路连接和中继功能，结合图1所示，所谓中继站选择是指在BS

RS1

UT5、BSRS2

UT5以及BS

RS3

UT5共三条链路中选择一条来实现BS与UT5之间的通信。其中BS

RS1

UT5表示，BS经RS1到达UT5的双向链路，BS

RS2

UT5和BS

RS3

UT5的意义与此类似。另外，除了BS→RS表示BS发射RS接收的链路，和RS→UT表示RS发射UT接收的链路之外，用RS→BS表示RS发射BS接收的链路，以及UT→RS表示UT发射RS接收的链路。

假设本发明所述方法适用于时分双工(TDD)通信模式，也就是说，只要获得了UT→RS与RS→BS两个链路的信道条件，则可以通过信道互易性直接获得RS→UT链路以及BS→RS链路的信道信息。

这里所描述的子信道及子信道分配有以下约定：在频域中，OFDMA系统的整个带宽被分解成具有相同带宽的子载波，所有的这些子载波被分成多个子载波组，每个子载波组包含相同数目的相邻子载波，定义一个子载波组为一个子信道。本发明所述子信道分配是指，为了实现RS将BS的数据包中继转发到UT5的目的，给所选择的BS→RS→UT链路中的BS→RS链路以及RS→UT5链路中分配哪些子信道资源。

为了实现上述目的，本发明提供的OFDMA系统中的中继站选择和子信道分配联合处理方法，分为中继站选择和子信道分配这两部分分别进行描述。首先，OFDMA系统中的中继站选择如图2所示，包含以下主要步骤：

步骤201，用户终端广播发送一个带宽请求信号以及信道测量信号；

步骤202，收到所述带宽请求信号以及信道测量信号的每个RS估计其本身与该UT的接入链路在所有可用子信道上的信号干扰噪声比(SINR)，将SINR超过预设阈值SINR_th的子信道索引号计入集合A，并估计集合A对应子信道上的最大传输能力R₁；

步骤203，R₁超过UT传输速率要求R_UT的RS向BS报告集合A中每个子信道的索引号及其能够支持的最高调制方式，以及UT的传输速率要求R_UT，并向BS发送一个带宽请求信号，发起带宽请求；

步骤204，BS测量对应的BS

RS链路在每个可用子信道上的SINR，并将中继链路中SINR超过预设阈值SINR_th的子信道索引号计入集合B中，并估计集合B对应子信道上的最大传输能力R₂；

步骤205，BS记录R₂超过了UT传输速率要求R_UT的RS对应的子信道集合A和B，以及集合A和B中每个子信道能够支持的最高调制方式，估计每个RS对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C，选择传输能力R_C最大的中继站作为目标中继站RS_R。

上述步骤202中，所述可用子信道是指BS可以分配给中继链路和接入链路的子信道资源。

上述步骤202中，所述可用子信道上的SINR是指该子信道对应的所有子载波上SINR的平均值。

上述步骤202中，所述SINR阈值SINR_th是指所有子信道上的SINR参考值，当子信道对应的SINR低于此参考值时，表示此信道条件连最低调制方式要求都无法满足。

上述步骤202中，所述最大传输能力R₁是指在数字调制以前所有可用子信道可以承载的最大比特数。

上述步骤202中，所述RS估计集合A对应子信道上的最大传输能力R₁，包含以下步骤：

步骤2021，RS依据每个子信道对应的SINR估计其可以支持的最高调制方式；

步骤2022，RS估计子信道集合A中最高能够支持各调制方式的子信道数目；

步骤2023，RS根据最高能够支持各调制方式的子信道数目，以及一个子信道包含的子载波数目，估计子信道集合A对应的传输能力R₁。

上述步骤204中，所述BS估计集合B对应子信道上的最大传输能力R₂，包含以下步骤：

步骤2041，BS依据每个子信道对应的SINR估计其可以支持的最高调制方式；

步骤2042，BS估计子信道集合B中最高能够支持各调制方式的子信道数目；

步骤2043，BS根据最高能够支持各调制方式的子信道数目，以及一个子信道包含的子载波数目，估计子信道集合B对应的传输能力R₂。

上述步骤208中，所述BS估计每个RS对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C，包含以下主要步骤：

步骤2081，BS计算每个RS对应的子信道集合A中最高能够支持各调制方式的子信道索引号集合，以及相应子信道集合B中最高能够支持各调制方式的子信道索引号集合；

步骤2082，获得每个RS能够支持的相同调制方式下子信道集合A和B的交集，此即为每个RS对应的子信道集合A和B中公共子信道的索引号集合；

步骤2083，BS根据每个RS对应子信道集合A和B的交集，以及各调制方式下上述交集的子信道数目，估计每个RS对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C。

上述即为中继站选择方法的主要内容，以此为基础的子信道分配的方法如图3所示，包含以下主要步骤：

步骤301，基站确定了目标中继站RS_R之后，如果目标中继站RS_R对应的R_C超过用户终端的传输速率要求R_UT，则转到步骤302，否则转到步骤305；

步骤302，BS在RS_R对应子信道集合A和B的交集C中选择一个平均SINR最大而且刚刚满足传输速率要求R_UT的最小子信道子集E，将子信道子集E分配给BS

RS_R链路和RS_R

UT链路；

步骤303，BS将子信道集合E中的子信道索引号反馈给目标中继站RS_R；

步骤304，目标中继站RS_R将集合E中的子信道索引号以及其中每个子信道对应的最高调制方式反馈给UT，然后转到步骤308；

步骤305，BS估计R_UT和目标中继站RS_R对应的R_C之间的差值Δ＝R_UT-R_C；

步骤306，BS在BS

RS_R链路对应的子信道集合B减去集合A的子集(也即集合B中不包含目标中继站RS_R对应的A和B的交集的部分)中选择一个传输能力刚刚超过Δ而且子信道数最少的子信道子集F；

步骤30％BS根据目标中继站RS_R对应的子信道子集F和目标中继站RS_R对应子信道集合A和B的交集C，为BS

RS_R链路分配传输子信道，将集合C+F中的子信道分配给BS

RS_R链路，根据目标中继站RS_R对应子信道集合A和B的交集，为RS_R

UT链路分配部分传输子信道，将集合C中的子信道分配给RS_R

UT链路，然后转到步骤308；

步骤308，UT接收到目标中继站RS_R的子信道分配消息以后，准备中继。

上述步骤302中，所述BS在该RS_R对应的子信道集合A和B的交集中选择一个平均SINR最大而且刚刚满足传输速率要求R_UT的最小子信道子集E，包含以下步骤：

步骤3021，RS估计各调制方式下A和B的交集对应的传输能力；

步骤3022，根据对应的传输能力，在子信道集合A和B的交集中选择一个平均SINR最大且刚刚满足UT传输速率要求R_UT的子信道子集E。

上述步骤307，具体包括：

步骤3071，BS将分配给BS

RS_R链路的全部子信道索引号、分配给RS_R

UT链路的子信道索引号，以及目标中继站RS_R对应的R_UT和R_C之间的差值Δ反馈给目标中继站RS_R；

步骤3072，接收到BS的反馈信息以后，目标中继站RS_R在RS_RUT链路对应的子信道集合A减去集合B的子集(也即集合A中不包含目标中继站RS_R对应的A和B的交集的部分)中选择一个传输能力刚刚超过Δ而且子信道数最少的子信道子集G；

步骤3073，目标中继站RS_R将子信道子集G分配给RS_R

UT链路；

步骤3074，目标中继站RS_R将子信道子集G中子信道索引号反馈给BS，将集合G以及目标中继站RS_R对应子信道集合A和B的交集对应的子信道索引号，并加上每个子信道对应的最高调制方式反馈给UT。

给出了本发明所述的中继站选择和子信道分配联合处理流程图，其中的调制方式以64QAM、16QAM、QPSK为例。首先UT5广播发送一个带宽请求信号以及信道测量信号，每个相邻的RS估计RS

UT5链路在所有可用子信道上的SINR，其中，可用子信道是指BS可以分配给BS

RS链路和RS

UT5链路的子信道资源，子信道上的SINR是指该子信道对应的所有子载波上SINR的平均值。

该RS将RS

UT5链路中SINR超过阈值SINR_th的子信道索引号计入集合A中，并估计集合A对应子信道上的最大传输能力R₁。这里的阈值SINR_th是指所有子信道上的SINR参考值，当子信道对应的SINR低于此参考值时，表示此信道条件连最低调制方式要求都无法满足。最大传输能力R₁是指在数字调制以前所有可用子信道可以承载的最大比特数。

子信道集合A对应子信道上的最大传输能力R₁按照以下步骤进行估计：首先，RS依据每个子信道对应的SINR估计其可以支持的最高调制方式，这里的调制方式包含64QAM、16QAM、QPSK，假如子信道集合A中最高能够支持64QAM、16QAM和QPSK的子信道数目分别为n₁、n₂和n₃，则子信道集合A对应的传输能力为R₁＝(6n₁+4n₂+2n₃)·K，其中，K是一个子信道中包含的子载波数目。

如果该RS对应的R₁超过UT5传输速率要求R_UT，即R₁大于等于R_UT，则该RS向BS报告其对应子信道集合A及其中每个子信道能够支持的最高调制方式，以及用户终端UT5的传输速率要求R_UT，同时向BS发起带宽请求。

BS接收到向其报告的RS的信号以后，测量BS

RS链路在每个可用子信道上的SINR。然后，BS将BS

RS链路中SINR超过阈值SINR_th的子信道索引号计入集合B中，并估计集合B对应子信道上的最大传输能力R₂。

子信道集合B对应子信道上的最大传输能力R₂按照以下步骤进行估计：首先，BS依据每个子信道对应的SINR估计其可以支持的最高调制方式，假如子信道集合B中最高能够支持64QAM、16QAM和QPSK的子信道数目分别m₁、m₂和m₃，则子信道集合B对应的传输能力为R₂＝(6m₁+4m₂+2m₃)·K。

如果R₂超过了UT5传输速率要求R_UT，即R₂大于等于R_UT，则该BS记录该RS对应的子信道集合A和B以及集合A和B中每个子信道能够支持的最高调制方式。

按照这种方式，BS可能收集到了多个RS对应的子信道集合A和B以及集合A和B中每个子信道能够支持的最高调制方式。BS估计每个RS对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C，选择传输能力R_C最大的中继站作为目标中继站RS_R。每个RS对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C按照以下方法进行估计：BS计算每个RS对应的子信道集合A₆、A₄、A₂、B₆、B₄、B₂、C₆、C₄、C₂，其中A₆、A₄、A₂分别是该RS对应的子信道集合A中最高能够支持64QAM、16QAM和QPSK的子信道索引号集合，B₆、B₄、B₂是相应子信道集合B中最高能够支持64QAM、16QAM和QPSK的子信道索引号集合，C₆是A₆和B₆的交集，C₄是A₄和B₄的交集，C₂是A₂和B₂的交集。假如子信道集合C₆、C₄、C₂的子信道数目分别k₁、k₂和k₃，则子信道集合C₆+C₄+C₂对应的传输能力为R_C＝(6k₁+4k₂+2k₃)·K。得到了每个RS对应的子信道集合C₆+C₄+C₂的传输能力R_C以后，BS选择其中传输能力R_C最大的中继站作为目标中继站RS_R。

确定了目标中继站以后，BS和目标中继站RS_R可以依据RS_R对应的子信道集合A和B以及其R_C联合执行BS

RS_R链路和RS_RUT5链路的子信道分配。BS判断RS_R对应的R_C是否超过用户终端的传输速率要求R_UT，依据该判断结果，这个联合分配过程包含以下两个部分：

第一部分：如果RS_R对应的R_C超过了用户终端的传输速率要求R_UT，则BS在该RS_R对应的集合C₆+C₄+C₂中选择一个平均SINR最大而且刚刚满足传输速率要求R_UT的最小子信道子集E。并且BS将该RS_R对应的子信道集合E分配给BS

RS链路和RS

UT5链路，同时，将子信道集合E对应的调制方式作为BS

RS链路和RS

UT5链路传输时的调制方式。然后BS将子信道集合E中的子信道索引号反馈给目标中继站。目标中继站将集合E中的子信道索引号以及其中每个子信道对应的调制方式反馈给UT5。

其中，BS在RS_R对应的集合C₆+C₄+C₂中选择一个平均SINR最大而且刚刚满足传输速率要求R_UT的最小子信道子集E，具体过程如图4所示，首先，RS估计子信道集合分别与C₆、C₄以及C₂对应的传输能力Q₆、Q₄以及Q₂(步骤401)，如果Q₆大于等于R_UT(步骤402)，则BS在BS

RS_R链路对应的C₆中选择一个平均SINR最小且刚刚满足UT传输速率要求R_UT的子信道子集E(步骤403)；如果Q₆小于R_UT，而Q₆+Q₄大于等于R_UT(步骤404)，则BS在BSRS_R链路对应的C₄中选择一个平均SINR最小且刚刚超过传输速率差值(R_UT-Q₆)的子信道子集W(步骤405)，并令E＝C₆+W(步骤406)；如果Q₆+Q₄小于R_UT，则BS在BS

RS_R链路对应的C₂中选择一个平均SINR最小且刚刚超过传输速率差值(R_UT-Q₆-Q₄)的子信道子集S(步骤407)，并令E＝C₆+C₄+S(步骤408)。

第二部分：如果RS R对应的R_C小于用户终端的传输速率要求R_UT，则按照如图5所示的步骤进行子信道分配：

步骤501，BS估计目标中继站RS_R对应的R_C和R_UT之间的差值Δ＝R_UT-R_C；

步骤502，BS在BSRS_R链路对应的子信道集合B(不包含目标中继站RS_R对应的A和B的交集)中选择一个传输能力刚刚超过Δ而且子信道数最少的子信道子集F，即调制方式最高的一个子信道子集F；

步骤503，BS将目标中继站RS_R对应的子信道子集F+C₆+C₄+C₂分配给BS

RS_R链路作为最终的BS

RS_R链路传输子信道，将RS_R对应的子信道子集C₆+C₄+C₂分配给RS_R

UT5链路作为RS_R

UT5链路的部分传输子信道；

步骤504，BS将分配给BS

RS_R链路的全部子信道索引号、分配给RS_R

UT5链路的子信道索引号以及目标中继站RS_R对应的R_C和R_UT之间的差值Δ＝R_UT-R_C反馈给目标中继站RS_R；

步骤505，接收到BS的反馈信息以后，目标中继站RS_R在RS_R

UT5链路对应的子信道集合A(不包含目标中继站RS_R对应的A和B的交集)中选择一个传输能力刚刚超过Δ而且子信道数最少的子信道子集G，即调制方式最高的一个子信道子集G；

步骤506，目标中继站RS_R将子信道子集G中子信道索引号反馈给BS，将G+C₆+C₄+C₂分对应的子信道索引号及其每个子信道对应的调制方式反馈给UT；

步骤507，UT5接收到来自目标中继站反馈的子信道分配情况以后，准备中继，向目标中继站发送中继命令。

当然，本发明提供的实施例只是为了详尽地说明按照本发明内容提供的在OFDMA中继系统中实现中继站选择和子信道分配联合处理的方法，因而都是示例性的实施方式说明，并不能将它看作是对于本发明的限制，而且，凡是在本发明宗旨之内的显而易见的修改亦应归于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种正交频分多址接入系统中的中继站选择和子信道分配方法，其特征在于，候选中继站将测量得到的且满足一定传输速率要求的中继站与用户终端无线链路子信道索引号，及其对应的能够支持的最大调制方式报告给基站；所述基站结合测量得到的基站与所述候选中继站无线链路信道条件，从所述候选中继站中确定一个目标中继站，并完成基站与目标中继站无线链路全部子信道的分配，以及所述目标中继站与用户终端之间无线链路部分子信道的分配。

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站从所述候选中继站中确定所述目标中继站的过程，包括：

(1)所述用户终端广播发送一个带宽请求信号以及信道测量信号，收到所述带宽请求信号以及信道测量信号的候选中继站，估计其本身与用户终端链路在所有可用子信道上的信号干扰噪声比，将所述信号干扰噪声比超过一预设的信号干扰噪声比阈值的子信道索引号计入集合A，估计集合A对应子信道上的最大传输能力R₁；

(2)所述最大传输能力R₁超过用户终端传输速率要求R_UT的候选中继站向基站报告集合A中每个子信道的索引号及其能够支持的最高调制方式，以及所述用户终端传输速率要求R_UT；

(3)所述基站测量其本身与所述每个候选中继站无线链路在每个可用子信道上的信号干扰噪声比，并将所述基站与所述每个候选中继站无线链路中信号干扰噪声比超过所述信号干扰噪声比阈值的子信道索引号计入集合B中，估计集合B对应子信道上的最大传输能力R₂；

(4)所述基站记录所述最大传输能力R₂超过了所述用户终端传输速率要求R_UT的候选中继站对应的子信道集合A和B，以及集合A和B中每个子信道能够支持的最高调制方式，估计所述每个候选中继站对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C，选择所述传输能力R_C最大的候选中继站作为目标中继站。

3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基站与目标中继站无线链路和所述目标中继站与用户终端无线链路公共部分子信道的分配，包括：

(a)如果所述传输能力R_C超过所述用户终端的传输速率要求R_UT，则转步骤(b)，否则转步骤(c)；

(b)所述基站在所述目标中继站对应子信道集合A和B的交集C中选择一个信号干扰噪声比平均值最大，且满足所述用户终端的传输速率要求R_UT的最小子信道子集E，根据所述子信道子集E为基站与目标中继站的无线链路和目标中继站与用户终端的无线链路分配子信道，结束；

(c)所述基站获得所述用户终端的传输速率要求R_UT与所述传输能力R_C之间的差值Δ后，在所述集合B减去所述集合A的子集合中选择一个传输能力超过所述Δ而且子信道数最少的子信道子集F；

(d)所述基站根据所述子集F和所述交集C，为基站与目标中继站无线链路分配传输子信道；根据所述交集C，为目标中继站与用户终端无线链路分配部分传输子信道，结束。

4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述可用子信道上的信号干扰噪声比，包括所述可用子信道对应的所有子载波上信号干扰噪声比的平均值。

5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述最大传输能力R₁，表示在数字调制以前所有可用子信道可以承载的最大比特数。

6. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述估计集合A对应子信道上的最大传输能力R₁，包括：

(11)所述候选中继站依据每个子信道对应的信号干扰噪声比估计其可以支持的最高调制方式；

(12)所述候选中继站估计子信道集合A中最高能够支持各调制方式的子信道数目；

(13)所述候选中继站根据最高能够支持各调制方式的子信道数目，以及一个子信道包含的子载波数目，估计子信道集合A对应的传输能力R₁。

7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述估计集合B对应子信道上的最大传输能力R₂，包括：

(31)所述基站依据每个子信道对应的信号干扰噪声比估计其可以支持的最高调制方式；

(32)所述基站估计子信道集合B中最高能够支持各调制方式的子信道数目；

(33)所述基站根据最高能够支持各调制方式的子信道数目，以及一个子信道包含的子载波数目，估计子信道集合B对应的传输能力R₂。

8. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述估计所述每个候选中继站对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C，包括：

(41)所述基站计算每个候选中继站对应的子信道集合A中最高能够支持各调制方式的子信道索引号集合，以及相应子信道集合B中最高能够支持各调制方式的子信道索引号集合；

(42)获得每个候选中继站能够支持的相同调制方式下子信道集合A和B的交集C；

(43)所述基站根据所述交集C，以及各调制方式下交集C的子信道数目，估计每个候选中继站对应的子信道集合A和B中公共子信道的传输能力R_C。

9. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)包括：

(d1)所述基站将分配给基站与目标中继站无线链路的全部子信道索引号、分配给目标中继站与用户终端无线链路的子信道索引号，以及所述差值Δ反馈给所述目标中继站；

(d2)所述目标中继站在所述集合A减去集合B的子集中选择一个传输能力超过所述Δ而且子信道数最少的子信道子集G，将所述子集G分配给所述目标中继站与用户终端无线链路；

(d3)所述目标中继站将所述子集G中子信道索引号反馈给所述基站，根据所述子集G，所述交集C对应的子信道索引号，以及所述子集G和交集C中每个子信道对应的调制方式反馈给所述用户终端。

10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标中继站与用户终端无线链路其余所需子信道的分配，由所述目标中继站根据所述目标中继站与用户终端无线链路信道条件来完成。

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