CN101394665B - 蜂窝系统协同通信中高速移动用户中继节点的选择方法 - Google Patents

Abstract

蜂窝系统协同通信中高速移动用户中继节点的选择方法，涉及中继节点的选择方法，解决了目前对于高速移动的用户中继节点的选择方法存在中继用户选择成功率低，选择成功后持续时间短，需要频繁切换的问题。它的步骤为：基站对每一个进入小区的节点分组；源节点发出协同通信请求；基站对源节点发出可以通信的确认信息，同时与源节点处于同一组的节点向基站发出可以协同通信的请求和与源节点之间的信道质量；基站选择信道质量最好的节点作为中继节点，并分配中继信道；当中继节点与源节点之间的信道质量或中继节点与基站之间的信道质量低于门限值时，基站重新选择新的中继节点；基站通过发出指令或应答源节点直接通信的请求来停止中继。

Description

蜂窝系统协同通信中高速移动用户中继节点的选择方法

技术领域

本发明涉及中继节点的选择方法，具体涉及无线通信领域中的协同通信技术。

背景技术

在无线通信领域中，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、频率分集和空间分集等，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，既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的理论计算与仿真，而任何一种协同策略应用的前提都是首先确定中继节点，尤其对高速移动的用户来说，如何选择中继节点更加重要。对于高速移动的用户中继节点目前的选择方法存在中继用户选择成功率较低，以及选择成功之后持续时间较短，需要频繁切换中继用户的问题。

发明内容

为了解决目前对于高速移动的用户中继节点的选择方法中继用户选择成功率较低，并且选择成功之后持续时间较短，需要频繁切换中继用户的问题，现提出一种蜂窝系统协同通信中高速移动用户中继节点的选择方法。

本发明所述的高速移动用户中继节点的选择方法步骤为：

步骤一、基站对每一个进入蜂窝小区的节点进行多普勒频移的测量，根据多普勒频移的测量结果把节点分为三个组：正向运动小组L、反向运动小组R和低速小组S，并把分组信息通知给各个节点；

步骤二、源节点同时向基站和各个节点发出协同通信请求；

步骤三、基站对源节点发出可以通信的确认信息，同时源节点周围与源节点处于同一小组的节点收到源节点的协同通信请求之后，向基站发出可以协同通信的请求，并报告与源节点之间的信道质量，与源节点在不同小组的节点忽略源节点发出的协同通信请求；

步骤四、基站在发出请求的节点中选择与源节点之间信道状态最好的节点作为中继节点，向该中继节点发出可以协同通信的确认信息，并为该中继节点分配中继信道；

步骤五、当中继节点监测到与源节点之间的信道质量低于门限值时，向基站发出切换中继节点请求，或者当基站监测到中继节点与基站之间的信道质量低于门限值时，则基站重新选择新的中继节点，进行中继节点的切换；

步骤六、在选择中继节点的过程中，若找不到新的中继节点，则基站通，过发出指令停止中继，直到寻找到新的中继节点之后再进入中继模式；若源节点与基站之间的信道质量连续一段时间内超过门限值，则由源节点提出与基站直接通信的请求，然后基站通过应答源节点提出的请求停止协作通信。

本发明的优点是：选择高速移动的源节点周围与源节点运动方向一致的节点作为中继节点，可以有效地增加高速移动用户中继节点选择的成功率和中继持续的时间，减少切换的概率，使协同通信中的中继过程有效完成。

附图说明

图1是本发明在时分双工和时分多址中的模式下协作通信发起的时隙分配示意图；图2是本发明在时分双工和时分多址中的模式下蜂窝小区内高速移动用户的分布示意图；图3是高速移动的用户采用一般的中继节点选择方法和本发明的中继节点选择方法选择中继节点时，中继用户的持续时间仿真图，其中横坐标表示发起呼叫的用户数，纵坐标表示中继用户的持续时间， 

表示采用一般的中继节点选择方法，

表示采用本发明的中继节点选择方法。

具体实施方式

具体实施方式一：

步骤一、基站对每一个进入蜂窝小区的节点进行多普勒频移的测量，根 据多普勒频移的测量结果把节点分为三个组：正向运动小组L、反向运动小组R和低速小组S，并把分组信息通知给各个节点；

步骤二、源节点同时向基站和各个节点发出协同通信请求；

步骤三、基站对源节点发出可以通信的确认信息，同时源节点周围与源节点处于同一小组的节点收到源节点的协同通信请求之后，向基站发出可以协同通信的请求，并报告与源节点之间的信道质量，在不同小组的节点忽略源节点发出的协同通信请求；

步骤四、基站在发出请求的节点中选择与源节点之间信道状态最好的节点作为中继节点，向该中继节点发出可以协同通信的确认信息，当没有额外信道资源的情况下，中继节点与基站之间和源节点与基站之间共用一个信道，在有信道资源的情况下，就为该中继节点与基站之间分配一个新的信道；

步骤五、当中继节点监测到与源节点之间的信道质量低于门限值时，向基站发出切换中继节点请求，同时当基站监测到中继节点与基站之间的信道质量低于门限值时，则基站发出一个中继选择的指令，并启动一个计时器，然后源节点周围的节点重新发送一个可以中继的指令，计时器结束后，如果原来的中继节点信号质量仍旧低于门限值，则基站重新选择新的中继节点，进行中继节点的切换；

步骤六、在选择中继节点的过程中，若找不到新的中继节点，则基站通过发出指令停止中继，直到寻找到新的中继节点之后再进入中继模式；若源节点与基站之间的信道质量连续一段时间内超过门限值，则由源节点提出与基站直接通信的请求，然后基站通过应答源节点提出的请求停止协作通信。

本实施方式提出的方法是协同通信中用户高速移动的场景下中继节点选择。用户高速移动的场景，无论是高速公路还是高速铁路，都是狭长的带状区域，用户的高速移动方向只有两个方向，而小区内的非高速移动的用户可以看作相对静止，运动的方向可以很容易的通过多普勒频移测量出来。如果这种场景下仍旧采用一般的中继用户选择方法，不考虑运动的方向和速度，那么由于用户间的相对速度较大，导致中继用户选择失败(基站确认的时候中继用户接收到的源用户的信号质量已经变差，不再适合作为中继)或者频繁的切换中继用户(中继用户工作的持续时间很短)。通过对用户进行分组， 高速移动的用户只从与自己运动方向一致的用户中选择中继用户，这样用户之间的相对速度就会很小，距离变化不是很剧烈，从而有效地增加了中继用户选择成功的可能性，降低中继用户切换的可能性，有效的保障了协作通信的完成。

采用本方法在时分双工和时分多址中的模式下，中继节点的选择、释放和切换的过程为：

假定在一个基站范围内有若干节点，分布示意图如图3所示，图中水平的横线为高速移动的路线。A，B，C，D都是小区内的节点，其中A、B、D都属于高速移动的用户，但是节点A和节点B的运动方向相同，为一个组内的用户，节点D和节点A与节点B的运动方向不同，节点C为非高速移动的用户。如果节点A发起协作通信的请求，只有节点B是节点A周围与节点A在同一小组的用户，所以节点B向基站发出可以协作通信的请求，而节点C和节点D与节点A不是同一小组的用户，所以忽略节点A发出的协同通信请求。由于节点B与节点A的运动方向一致，因而它们的相对速度不大，协作持续的时间也就比较长；而如果选取了节点C或者节点D作为协作通信的中继节点，则节点A与它们的相对运动速度较大，用户间的信道质量很快就要会变差，从而使协作通信中断，导致频繁的切换中继用户。

在选取节点B作为中继节点之后，当没有可用时隙的情况下，节点B与基站之间和节点A与节点B之间共用一个信道，轮流发送，也就是节点A发送信息之后，节点B在下一个时隙将接收到的节点A信息转发给基站；在有可用时隙的情况下，就为节点B与基站之间分配一个新的信道，但分配的这个新的信道和节点B与节点A之间的信道在时隙上要尽可能的分开，从而为节点B留出处理接收到的节点A的信息的时间。

中继建立之后，节点B会定时的监测节点A与节点B之间的信道，可以通过导频信号的测量或者CRC校验检测误帧率来检测信道质量，当节点B监测到节点A与节点B的信道质量低于所设定的门限值S₁时，就向基站发出切换中继节点的请求，请求停止作为节点A的协作通信用户；同时，基站也会定时监测节点B与基站之间的信道，当基站监测到中继节点与基站之间的信道质量低于门限值S₂时，则基站发出一个中继选择的指令，并启动一个计时器， 然后源节点周围的节点重新发送一个可以中继的指令，设节点E是新的中继节点，当计时器计时结束后，若节点B的信号质量仍旧低于门限值S₂，则基站选择节点E作为新的中继用户，也就是节点B释放中继信道，节点E使用节点B释放的中继信道为节点A中继。

如果找不到新的中继节点E，则基站通过发出指令停止中继，直到寻找到合适的中继节点之后再进入中继模式。如果节点A与基站之间的信道变得足够好，连续一段时间内超过门限值S₃，则由节点A提出与基站直接通信的请求，然后基站通过应答A提出的请求停止协作通信。

所述的门限值S₁、S₂和S₃是根据不同的系统和实际情况设置的，有时可以动态调整。

当系统使用时分双工及时分多址的工作模式时，节点与基站以及节点与节点之间的发射和接收使用不同的时隙，由时隙切换开关进行切换，协作通信发起的时隙分配示意图如图1所示，图中frame1表示第一帧，frame2表示第二帧，frame3表示第三帧，DL为下行时隙，UL为上行时隙，TTG为上行时隙和下行时隙之间的时间间隔，RTG为两个帧之间的时间间隔。每一帧的上行时隙的初始时刻和下行时隙的初始时刻称为控制时隙，它用于发送指令信息以及用户请求等信息，其中RTS表示协作通信请求，CTS表示基站发出的可以通信的确认信息，RC表示中继节点发出的可以中继的响应，Flag表示基站发出的确认中继的信息。

当小区内有49个高速移动用户，200个相对静止用户，移动速度为200～300公里/小时，从图3中可以看出采用本发明的方法的中继工作持续时间比采用一般的中继节点选择方法的中继工作持续时间长。通过仿真结果得到：采用一般的中继节点选择方法选取的中继工作持续平均时间为0.31分钟，采用发明的方法选取的中继工作持续平均时间为0.43分钟，有着较大的改善。

Claims (1)

1.蜂窝系统协同通信中高速移动用户中继节点的选择方法，其特征在于它的步骤为：

步骤一、基站对每一个进入蜂窝小区的节点进行多普勒频移的测量，根据多普勒频移的测量结果把节点分为三个组：正向运动小组L、反向运动小组R和低速小组S，并把分组信息通知给各个节点；

步骤二、源节点同时向基站和各个节点发出协同通信请求；

步骤三、基站对源节点发出可以通信的确认信息，同时源节点周围与源节点处于同一小组的节点收到源节点的协同通信请求之后，向基站发出可以协同通信的请求，并报告与源节点之间的信道质量，与源节点在不同小组的节点忽略源节点发出的协同通信请求；

步骤四、基站在发出请求的节点中选择与源节点之间信道状态最好的节点作为中继节点，向该中继节点发出可以协同通信的确认信息，并为该中继节点分配中继信道；

步骤五、当中继节点监测到与源节点之间的信道质量低于门限值时，向基站发出切换中继节点请求，或者当基站监测到中继节点与基站之间的信道质量低于门限值时，则基站重新选择新的中继节点，进行中继节点的切换；

步骤六、在选择中继节点的过程中，若找不到新的中继节点，则基站通过发出指令停止中继，直到寻找到新的中继节点之后再进入中继模式；若源节点与基站之间的信道质量连续一段时间内超过门限值，则由源节点提出与基站直接通信的请求，然后基站通过应答源节点提出的请求停止协作通信。

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