CN101389140A - 一种半双工和组播协同中继模式的切换方法及相应的基站 - Google Patents

Abstract

一种半双工和组播协同中继模式的切换方法及相应的基站，基站根据基站－中继站、中继站－移动终端和基站－移动终端这三个链路上的信道质量信息，估算出这三个链路上的信道速率，然后计算出半双工中继模式和组播协同中继模式下基站－中继站－移动终端链路上的有效信道速率，再结合基站－移动终端链路的信道质量和设定的切换策略进行模式切换的判决，在满足切换条件时，进行半双工中继模式和组播协同中继模式之间的切换。相应的基站包括第一发送模块、第二发送模块和中继模式控制模块。本发明可以充分利用中继系统，达到改善网络性能的效果。

Description

一种半双工和组播协同中继模式的切换方法及相应的基站

技术领域

本发明涉及移动通信领域，更具体地说，涉及一种两跳中继系统，以及在该系统中采用的中继模式的切换方法。

背景技术

中继技术作为一种能够提高小区边缘用户吞吐量，进而更好地实现高数据率覆盖的潜在技术方案在各个国际标准化组织中受到广泛地关注。当前，虽然在3GPP LTE_Advanced的讨论中，一些公司提出了某些笼统的中继解决方案，但对在不同层面进行数据处理的中继系统，如，分别在以物理层(层1)放大并转发、媒体接入层(层2)解码并重新编码和网络层(层3)中继模式转发数据的中继站和中继系统中，如何有效地提高系统容量，是个尚待进一步研究的问题。

从国际标准化组织有关中继技术的讨论和公开的技术资料中看到，在上述三种数据转发处理模式的中继站(层1中继站/层2中继站/层3中继站)中，在媒体接入层(即，层2中继)对数据进行处理和转发的思想得到了较多的讨论和分析。层2中继站转发数据的按传输方式可以分为带内中继和带外中继，按双工方式可以分为半双工中继模式和基站与中继站的组播协同中继模式，对于不同的数据中继方式，有不同的系统性能的提升和增益。

现有技术中，均是采用某一种中继模式对某种独立的场景进行部署。但移动通信环境是一个时变系统，采用一种固定的中继模式限制了中继系统的性能，特别是网络中不同的终端所处的信道条件和地理环境不同，采用一种固定的中继模式大大限制了中继系统改善网络性能的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种两跳中继系统中的半双工和组播协同中继模式的切换方法及该系统中的基站，可以充分利用中继系统，达到改善网络性能的效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种半双工和组播协同中继模式的切换方法，应用于具有以半双工中继模式和组播协同中继模式发送下行信号的能力的两跳中继系统，该切换方法包括：

基站根据基站-中继站、中继站-移动终端和基站-移动终端这三个链路上的信道质量信息，估算出这三个链路上的信道速率；

基站根据估算的所述三个链路的信道速率，计算出半双工中继模式和组播协同中继模式下基站-中继站-移动终端链路上的有效信道速率；

基站根据半双工中继模式和组播协同中继模式下的有效信道速率、基站-移动终端链路的信道质量和设定的切换策略进行模式切换的判决，在满足切换条件时，进行半双工中继模式和组播协同中继模式之间的切换。

进一步地，上述切换方法还可具有以下特点，所述切换策略为：

当前工作于半双工中继模式时，如半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于设定的速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道质量高于设定的信道质量门限，则切换到组播协同中继模式；

当前工作于组播协同中继模式时，如半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于设定的速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于设定的信道质量门限，则切换到半双工中继模式。

进一步地，上述切换方法还可具有以下特点，所述三个链路的信道质量信息为信道质量指示符。

进一步地，上述切换方法还可具有以下特点：

基站在初始化时，根据计算出的所述两种中继模式下的有效信道速率和设定的选择策略选择应启用的中继模式，所述选择策略为：

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道质量高于信道质量门限时，选择组播协同中继模式；

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于信道质量门限时，选择半双工中继模式。

进一步地，上述切换方法还可具有以下特点：所述速率比例门限的取值范围为0.7至0.9，所述信道质量门限的取值为0至5dB。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可在半双工和组播协同中继模式间切换的基站，其特征在于，包括第一发送模块、第二发送模块和中继模式控制模块，其中：

所述第一发送模块用于按半双工中继模式进行下行信号的发送；

所述第二发送模块用于按组播协同中继模式进行下行信号的发送；

所述中继模式控制模块用于根据基站-中继站、中继站-移动终端和基站-移动终端这三个链路当前的信道质量和设定的切换策略进行模式切换的判决，在满足切换条件时，在两种中继模式之间进行切换，输出控制信号启用切换到的模式对应的发送模块并停止原来使用的发送模块。

进一步地，上述基站还可具有以下特点，所述中继模式控制模块进一步包括三个信道速率估计单元、一有效信道速率计算单元和一模式切换判决单元，其中：

所述三个信道速率估计单元分别用于根据基站-中继站、中继站-移动终端和基站-移动终端这三个链路上的信道质量，估算出这三个链路上的信道速率并输出到有效信道速率计算单元；

所述有效信道速率计算单元用于根据估算的所述三个链路的信道速率，计算出半双工中继模式和组播协同中继模式下基站-中继站-移动终端链路上的有效信道速率，并输出到中继模式判决单元；

所述模式切换判决单元用于根据两种中继模式下的有效信道速率、基站-移动终端链路的信道质量和设定的切换策略进行模式切换的判决，在满足切换条件时，进行半双工中继模式和组播协同中继模式之间的切换。

进一步地，上述基站还可具有以下特点，所述模式切换判决单元采用的切换策略为：

当前工作于半双工中继模式时，如半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于设定的速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道质量高于设定的信道质量门限，则切换到组播协同中继模式；

当前工作于组播协同中继模式时，如半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于设定的速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于设定的信道质量门限，则切换到半双工中继模式。

进一步地，上述基站还可具有以下特点：

所述中继模式控制模块还包括一模式选择单元，与所述有效信道速率计算单元相连，用于接收所述两种中继模式下的有效信道速率和基站-移动终端链路的信道质量，按以下选择策略选择应启用的中继模式：

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道速率高于信道质量门限时，选择组播协同中继模式；

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于信道质量门限时，选择半双工中继模式。

进一步地，上述基站还可具有以下特点，所述模式切换判决单元采用的所述速率比例门限的取值范围为0.7至0.9，所述信道质量门限的取值为0至5dB。

与现有技术相比较，按本发明，可以实现中继转发时具有半双工和组播协同两种中继模式下带来的性能增益和容量的提升，可获得明显的系统增益。另外，该系统很容易基于现有的移动通信系统来实现，部署简单、进行功能升级的费用很低。

附图说明

图1A和图1B分别是下行方向半双工中继模式和组播协同中继模式的工作示意图。

图2是本发明实施例两跳中继系统中基站的功能模块图。

图3是图2中的模式控制模块的单元结构图。

图4是另一实施例的模式控制模块的单元结构图。

图5是本发明实施例方法的流程图。

具体实施方式

本发明的基本思想是，在两跳中继系统中同时采用半双工和组播协同中继模式，基站根据当前的信道条件，在满足切换条件时在这两种中继模式间进行切换，以工作于最适合的中继模式。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例的两跳中继系统如图1A和图1B所示，这里只讨论下行的情况。该系统包括：基站101、中继站102和移动终端103。其中基站101可发送数据给中继站102和移动终端103，中继站102在基站101与移动终端103之间转发数据，移动终端103在下行接收来自基站101和中继站102的数据。

目前，在半双工中继模式下，在第一时间段，如约定的某个子帧的时间内，基站101发送数据给中继站102；在第二时间段，如约定的另一个子帧的时间内，中继站102发送数据给移动终端103，此时，基站101在第二时间段处于空闲状态，不占用中继站与移动终端链路的频率资源。

在组播协同中继模式下，基站101在第一时间段发送数据给中继站102和移动终端103，随后，在第二时间段，基站101和中继站102同时发送数据给移动终端103。这里，在第二时间段上，基站101将重新发送在第一时间段时发送的数据块，中继站102则是发送在第一时间段时从基站101接收到的数据块。

相关的一些系统仿真研究显示，组播协同中继模式具有更高的系统容量，但申请人通过研究，认为中继系统在半双工中继模式和组播协同中继模式下均有其优势，这是依据系统容量的提升和信令信道的可靠性两方面综合评估的结果。

为了叙述清晰，使用R_eNB-NodeR，R_NodeR-UE，R_eNB-UE(1)，R_eNB-UE(2)分别表示基站与中继站之间、中继站与移动终端之间、第一时间段内基站与移动终端之间以及第二时间段内基站与移动终端之间链路上的信道速率。

按照相关资料的研究结果，当基站与中继站之间的传输采用带内传输时，在组播协同中继模式下，为与业务信道共享时频资源，基站-中继站-移动终端链路上的有效信道速率可用如下的公式一表述：

$R_{\mathrm{eff}(\mathrm{multicast}-\mathrm{cooperative})}=\frac{R_{\mathrm{eNB}-\mathrm{NodeR}}*(R_{\mathrm{eNB}-\mathrm{UE}\left(2\right)}+R_{\mathrm{NodeR}-\mathrm{UE}})}{(R_{\mathrm{eNB}-\mathrm{UE}\left(2\right)}+R_{\mathrm{NodeR}-\mathrm{UE}})+(R_{\mathrm{eNB}-\mathrm{NodeR}}-R_{\mathrm{eNB}-\mathrm{UE}\left(1\right)})}$ 公式一

而公式二给出了在半双工中继模式下，基站-中继站-移动终端链路上的有效信道速率表述：

$R_{\mathrm{eff}(\mathrm{half}-\mathrm{duplex})}=\frac{R_{\mathrm{eNB}-\mathrm{NodeR}}*R_{\mathrm{NodeR}-\mathrm{UE}}}{R_{\mathrm{eNB}-\mathrm{NodeR}}+R_{\mathrm{NodeR}-\mathrm{UE}}}$ 公式二

一般而言，当基站与移动终端之间的信道条件/环境在第一时间段和第二时间段上没有明显地变化时，R_eNB-UE(1)和R_eNB-UE(2)将不会有大的差异，因此，组播协同中继模式下，相对于半双工中继模式下的增益主要是来自于(R_eNB-UE(2)+R_NodeR-UE)/R_NodeR-UE。

上述列举的公式只是有效信道速率的一种计算方法。其它方法包括经验公式，统计查表等。

但是，在相关的资料中，半双工中继模式下的一个优势没有被认识到，即，在半双工模式下，基站在第二时间段没有发送任何数据，这对减少/降低周围的小区的干扰作出了贡献，换句话说，即提高了系统的吞吐量。同时，半双工中继模式对处于较差环境下的一种终端也是有利的，即，当采用组播协同中继模式传输时，处于较差地理环境下的终端的R_eNB-UE(2)是远低于R_NodeR-UE，以至于组播协同中继模式的增益变得不大和不重要。即使不考虑半双工中继模式对其他小区的干扰降低这个因素，上述场景也是存在的。另外，由于不良的地理环境，下行信令信道(PDCCH)的接收也是非常不可靠的，这时，采用中继站传输那些调度信息给终端是一个更可取的方式，即调度信息采用半双工中继模式来传输比采用组播协同模式来传输更可靠。

在本实施例的两跳中继系统中，中继站和移动终端可以直接使用原有系统中的中继站和移动终端，在此不再赘述。而基站需要做功能上的升级，本实施例中，基站用于和中继站及移动终端进行通信，可工作于半双工中继模式或组播协同中继模式，在满足设定的切换策略时，将从当前的中继模式切换到另一种中继模式。

如图2所示，基站进一步包括：两个发送模块，即第一发送模块和第二发送模块，还包括中继模式控制模块，其中：

第一发送模块用于按半双工中继模式进行下行信号的发送，即在第一时间段发送数据给中继站；在第二时间段处于空闲(idle)状态。

第二发送模块用于按组播协同中继模式进行下行信号的发送，即在第一时间段发送数据给中继站和移动终端，随后，在第二时间段重新发送在第一时间段时发送的数据给移动终端；

中继模式控制模块用于根据基站-中继站、中继站-移动终端和基站-移动终端这三个链路当前的信道质量进行模式切换的判决，在满足设定的切换策略时，在两种中继模式之间进行切换，输出控制信号启用切换到的模式对应的发送模块并停止原来使用的发送模块；

如图3所示，该中继模式控制模块进一步包括三个信道速率估计单元、一有效信道速率计算单元和一模式切换判决单元，其中：

三个信道速率估计单元分别用于根据基站-中继站、中继站-移动终端和基站-移动终端这三个链路上的信道质量指示符(CQI：Channel QualityIndicator)，估算出相应链路上的信道速率R_{基站-中继站}(即R_eNB-NodeR)、R_{中继站-终端}(即R_NodeR-UE)和R_{基站-终端}(包括上述公式中的R_eNB-UE(1)和R_eNB-UE(2))，并输出到有效信道速率计算单元。根据目前移动通信系统的设计，很容易地获得基站与终端、中继站与终端以及基站与中继站之间的信道质量信息。

有效信道速率计算单元用于根据估算的所述三个链路的信道速率，计算出半双工中继模式和组播协同中继模式下基站-中继站-移动终端链路上的有效信道速率(可按上文中的公式或其他可行的方式计算)，并输出到中继模式判决单元；

模式切换判决单元用于根据两种中继模式下的有效信道速率、基站-移动终端链路的信道质量和设定的切换策略进行模式切换的判决，在满足切换条件时，进行半双工中继模式和组播协同中继模式之间的切换。

本实施例中，设定的切换策略如下：

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道质量(CQI)高于信道质量门限，而且当前工作于半双工模式时，则切换到组播协同中继模式；

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于信道质量门限(二取一)，且当前工作于组播协同中继模式时，则切换到半双工中继模式。

速率比例门限可以选择为0.7至0.9。信道质量门限可结合对PDCCH性能的估计来确定，如可以选择为0至5dB。

此外，中继模式控制模块中还可以增加一个模式选择单元，该模块与有效信道速率计算单元相连，也接收其输出的两种中继模式下的有效信道速率，根据该两个有效信道速率和基站-移动终端链路的信道质量，以及设定的选择策略选择应启用的中继模式。该选择策略可以设置为对两个门限值的同时比较。它们分别是速率比例门限和信道质量门限。即：

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道质量高于信道质量门限时，选择组播协同中继模式；

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于信道质量门限时，选择半双工中继模式。

当然以上的模式切换和选择策略仅仅是一个示例，并不用于限制本发明，在其他实施例中还可以采用其他方式的策略。

在另一实施例中，如图4所示，中继模式控制模块中增加了一个PDCCH性能估计单元，该单元根据基站-终端链路上的CQI估算出基站-移动终端链路中PDCCH的性能参数如PDCCH错误率并输出到模式切换判决单元，而模式切换判决单元在进行模式判决时，将该PDCCH的性能参数作为判决条件中的一个参数。另外，PDCCH的性能参数也可以输出到上述模式选择单元(未示出)，而模式选择单元选择启用的中继模式时，也将该PDCCH的性能参数作为判决条件中的一个参数。PDCCH的性能估计可基于链路仿真结果进行查表而得。

相应地，如图5所示，本发明的两跳中继系统中半双工和组播协同中继模式的切换方法，包括以下步骤：

步骤110，基站根据基站-中继站、中继站-移动终端和基站-移动终端这三个链路上的信道质量指示符，估算出这三个链路上的信道速率；

步骤120，基站根据估算的所述三个链路的信道速率，计算出半双工中继模式下的有效信道速率和组播协同中继模式下基站-中继站-移动终端链路上的有效信道速率；

步骤130，基站根据两种中继模式下的有效信道速率、基站-移动终端链路的信道质量和设定的切换策略进行模式切换的判决，在满足切换条件时，进行半双工中继模式和组播协同中继模式之间的切换。

基站在初始化时，还可以根据该两个有效信道速率及基站-移动终端的信道速率和设定的选择策略选择应启用的中继模式。具体的切换策略和选择策略的示例如上文所示。

可以看出，本发明提出了一种两跳半双工和组播协同中继模式的切换机制。针对移动通信中继系统，在层2的中继模式中，运用了两种数据传输方式，即，基站与中继站、移动终端之间的半双工中继模式，以及基站与中继站、移动终端之间的组播协同中继模式。本发明特别研究了支持上述两种中继模式的必要性，并提出了一种在上述两种中继模式间切换的机制。

在本发明中，半双工中继模式适应于处于非常恶劣的地理环境下的移动终端，此时，下行控制信道(PDCCH)的检测是非常不可靠的，并且中继站带来的性能上的增益主要归功于好的中继站与终端链路质量。另外，半双工中继模式减少了基站对其他小区的干扰，这对提高系统容量有益处。而组播协同中继模式适用于中等地理环境下的移动终端，此时，下行控制信道(PDCCH)的检测是相对较好的，基站与终端之间和中继站与终端之间的信道速率的差别在一个数量级以内。所以，确定选择半双工中继模式或组播协同中继模式还宜增加基站-终端信道质量门限作为第二参考。

Claims (10)

1、一种半双工和组播协同中继模式的切换方法，应用于具有以半双工中继模式和组播协同中继模式发送下行信号的能力的两跳中继系统，该切换方法包括:

基站根据基站-中继站、中继站-移动终端和基站-移动终端这三个链路上的信道质量信息，估算出这三个链路上的信道速率；

基站根据估算的所述三个链路的信道速率，计算出半双工中继模式和组播协同中继模式下基站-中继站-移动终端链路上的有效信道速率；

基站根据半双工中继模式和组播协同中继模式下的有效信道速率、基站-移动终端链路的信道质量和设定的切换策略进行模式切换的判决，在满足切换条件时，进行半双工中继模式和组播协同中继模式之间的切换。

2、如权利要求1所述的切换方法，其特征在于，所述切换策略为:

当前工作于半双工中继模式时，如半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于设定的速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道质量高于设定的信道质量门限，则切换到组播协同中继模式；

当前工作于组播协同中继模式时，如半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于设定的速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于设定的信道质量门限，则切换到半双工中继模式。

3、如权利要求1或2所述的切换方法，其特征在于，所述三个链路的信道质量信息为信道质量指示符。

4、如权利要求1所述的切换方法，其特征在于:

基站在初始化时，根据计算出的所述两种中继模式下的有效信道速率和设定的选择策略选择应启用的中继模式，所述选择策略为:

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道质量高于信道质量门限时，选择组播协同中继模式；

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于信道质量门限时，选择半双工中继模式。

5、如权利要求2或4所述的切换方法，其特征在于:

所述速率比例门限的取值范围为0.7至0.9，所述信道质量门限的取值为0至5dB。

6、一种可在半双工和组播协同中继模式间切换的基站，其特征在于，包括第一发送模块、第二发送模块和中继模式控制模块，其中:

所述第一发送模块用于按半双工中继模式进行下行信号的发送；

所述第二发送模块用于按组播协同中继模式进行下行信号的发送；

所述中继模式控制模块用于根据基站-中继站、中继站-移动终端和基站-移动终端这三个链路当前的信道质量和设定的切换策略进行模式切换的判决，在满足切换条件时，在两种中继模式之间进行切换，输出控制信号启用切换到的模式对应的发送模块并停止原来使用的发送模块。

7、如权利要求6所述的基站，其特征在于:

所述中继模式控制模块进一步包括三个信道速率估计单元、一有效信道速率计算单元和一模式切换判决单元，其中:

所述三个信道速率估计单元分别用于根据基站-中继站、中继站-移动终端和基站-移动终端这三个链路上的信道质量，估算出这三个链路上的信道速率并输出到有效信道速率计算单元；

所述有效信道速率计算单元用于根据估算的所述三个链路的信道速率，计算出半双工中继模式和组播协同中继模式下基站-中继站-移动终端链路上的有效信道速率，并输出到中继模式判决单元；

所述模式切换判决单元用于根据两种中继模式下的有效信道速率、基站-移动终端链路的信道质量和设定的切换策略进行模式切换的判决，在满足切换条件时，进行半双工中继模式和组播协同中继模式之间的切换。

8、如权利要求7所述的基站，其特征在于，所述模式切换判决单元采用的切换策略为:

当前工作于半双工中继模式时，如半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于设定的速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道质量高于设定的信道质量门限，则切换到组播协同中继模式；

当前工作于组播协同中继模式时，如半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于设定的速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于设定的信道质量门限，则切换到半双工中继模式。

9、如权利要求7所述的基站，其特征在于:

所述中继模式控制模块还包括一模式选择单元，与所述有效信道速率计算单元相连，用于接收所述两种中继模式下的有效信道速率和基站-移动终端链路的信道质量，按以下选择策略选择应启用的中继模式:

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值低于速率比例门限，且基站-移动终端链路的信道速率高于信道质量门限时，选择组播协同中继模式；

当半双工中继模式的有效信道速率值与组播协同中继模式的有效信道速率值的比值高于速率比例门限或者基站-移动终端链路的信道质量低于信道质量门限时，选择半双工中继模式。

10、如权利要求8或9所述的选择方法，其特征在于:

所述模式切换判决单元采用的所述速率比例门限的取值范围为0.7至0.9，所述信道质量门限的取值为0至5dB。

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