CN101479962B - 无线通信系统中的中继 - Google Patents

Abstract

一种通信系统采用通信信号的中继。第一通信单元(105)包括生成从源通信单元(101)接收的信号的时域信号样本的接收前端(201、203)。噪声处理器(205)生成关于该样本的噪声指示并且量化等级处理器(207)确定量化等级，使得与该噪声指示相关的由量化产生的噪声贡献满足准则。量化处理器(209)通过使用该量化等级量化该样本来生成量化信号样本。发射单元(211)将该量化信号样本发射到第二通信单元(103)，该第二通信单元(103)包括用于接收所述量化信号样本的接收机(309)。第二通信单元(103)的接收前端(301、303、305、309)生成来自源通信单元(101)的信号的接收信号样本，并且MIMO接收处理器(311)使用这些样本和来自第一通信单元(105)的量化信号样本执行该信号的多入多出，MIMO，接收。

Description

无线通信系统中的中继

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统中的中继，并且特别地但非排他地，涉及无线蜂窝通信系统和/或无线局域网(WLAN)中的中继。

背景技术

在现代的无线通讯系统中，已提出通过将直接从源接收的信号与从中继单元接收的信号组合，来改善接收质量。

图1说明了蜂窝通信系统的情形，其中通过使用中继站增强了通信质量。蜂窝通信系统可以例如是无线局域网(WLAN)。在该示例中，基站(BS)101发射信号，该信号在移动终端(MT)103处被接收。此外，该信号由中继站(RS)105接收，RS 105将该信号中继到MT 103。MT 103随后可以将来自BS 101和RS 105的信号组合，由此改善接收。

为了使中继系统高效地操作，重要的是针对该中继通信使用高效的方法。

在当前的商用无线网格网络中，使用被称为解码转发(D&F)技术的中继技术。在图1的使用D&F技术的系统的示例中，BS 101向MT 103发射数据分组，该数据分组还由RS105接收。RS 105随后尝试解码该数据分组，并且如果解码成功，则RS 105随后对该分组重新编码并且将其转发到MT。

该方法在许多环境中可以导致可靠的和改善的性能。特别地，如果MT 103处于BS 101和RS 105的范围内，则通过组合来自BS 101和RS 105的发射可以提高容量。

在G.Kramer，M.Gastpar，P.Gupta“Cooperative Strategies andCapacity Theorems for Relay Networks”IEEE Transactions onInformation Theory.Vol 51.No 9.Sep 2005中公开了D&F系统的示例，该文献还证明了在BS-RS链路良好时，该协作D&F工作良好并且可以导致极大的容量提高(即，其容量大大高于BS-MT和RS-MT链路的容量)。这是如果由运营商将RS部署在选定地点的典型情况，由此它们可以例如，受益于定向天线和来自BS的视线传播。

然而，在其他情况中D&F系统并没导致最优的性能。例如，BS 101可能向位于其中数个潜在的中继设备均接收微弱信号的地方的MT 103发射。在该情况中，容量提高显著地降低，并且如上文所参考的文献中说明的，通信容量显著地降低，即使RS105和MT 103很接近。

为了在该情形中改善性能，已提出了其他中继方法。特别地，已提出了被称为放大转发(A&F)的方法。在协作A&F中，RS 105不尝试对接收的数据分组解码。相反地，RS 105对接收信号进行采样(A/D转换)并且直接将采样信号发射到MT 103。MT 103随后可以组合来自RS 105和BS 101的信号，由此有效地实施具有虚拟天线系统的接收机，该虚拟天线系统包括MT 103和RS 105的天线(多个)。

然而，A&F的缺点在于，它使用相当多的资源用于将采样数据从RS 105传递到MT 103，并且由此降低了容量。例如，在时分双工(TDD)系统中，从BS 101到RS 105和MT 101的通信在一个时隙中执行，而第二个时隙用于从RS 105到MT 103的样本通信。因此信号的中继占用了完整的第二个时隙。这显著地降低了系统的容量并且特别地，可能导致仅实现一半的协作容量。

为了解决该缺点，已提出了被称为压缩转发的中继方案。该方法包括在向MT 103发射之前在RS 105中压缩样本。使用非常复杂的和专门的量化技术来执行该压缩，该量化技术被称为利用边信息的Wyner-Ziv信源编码。在A.D.Wyner“The rate-distortion function forsource coding with side information at the decoder—II：General Sources”Information and Control，Vol 38，pp60-80，1978中可以找到Wyner-Ziv信源编码的进一步描述。

在压缩转发技术中，MT 103充分利用从BS 101接收的信号和从RS 105接收的压缩样本之间的相关性来重新构造中继信号。因此，Wyner-Ziv编码使用该相关性生成压缩样本并且因此系统要求RS 105具有关于BS 101到MT 103链路的信道状态信息，该要求常常是不实际的要求。而且，该方法是非常复杂的并且需要极大的计算资源。

因此，一种改善的中继系统将是有利的并且特别地，一种允许增加的灵活性、减少的复杂度、易化的实施方式、增加的容量和/或改善的性能的系统将是有利的。

发明内容

因此，本发明寻求单独地或以任何组合的方式优选地缓解、减轻或消除一个或多个上文提及的缺点。

根据本发明的第一方面，提供了一种通信系统，包括：第一通信单元，包括：接收前端，用于通过接收从源通信单元发射的第一信号生成第一接收信号样本，第一接收信号样本对应于由第一通信单元的至少一个天线接收的信号的下变频时域信号样本；用于生成关于第一接收信号样本的噪声指示的装置；确定装置，用于确定用于第一接收信号样本的量化等级，使得由使用与噪声指示相关的量化等级量化第一接收信号样本产生的噪声贡献满足准则；用于通过使用所确定的量化等级量化第一接收信号样本来生成量化信号样本的装置；以及用于将量化信号样本发射到第二通信单元的发射装置；和第二通信单元，包括：用于从第一通信单元接收量化信号样本的装置；用于通过接收从源通信单元发射的第一信号生成第二接收信号样本的装置；以及用于响应于第二接收信号样本和量化信号样本来执行第一信号的多入多出，MIMO，接收的接收装置。

本发明可以允许改善的中继通信系统。特别地，可以实现降低的复杂度和/或易化的实施方式。本发明可以允许增加的通信系统容量和/或改善的性能，同时保持低复杂度。特别地，在许多情形中本发明可以允许低复杂度和高效的实施方式，其具有类似可以通过基于非中继的MIMO系统获得的性能。

特别地，与解码转发以及放大转发技术相比较，本发明可以例如，允许改善的通信和/或容量增加。与压缩转发技术相比较，本发明可以例如，允许降低的复杂度。

特别地，第一接收信号样本可以是由接收的天线信号在接收前端滤波、放大和下变频操作之后模数转换生成的样本。特别地，第一接收信号样本可以对应于未对其执行任何数字信号处理的情况下的模数转换的样本。噪声指示和/或噪声贡献可以被确定为信噪比值。

根据本发明的可选特征，准则包括噪声指示超过噪声贡献第一裕量的要求。

这可以允许高效的性能，同时保持低复杂度。噪声分量和/或噪声贡献可以在例如，线性或对数标度上确定、评估和/或比较。例如，该准则可以包括噪声指示超过噪声贡献给定的dB裕量的要求。噪声指示可以对应于第一接收信号样本的噪声能量。

根据本发明的可选特征，该通信系统包括用于响应于关于源通信单元和第二通信单元之间的通信的容量量度来确定第一裕量的装置。

这可以允许改善的性能并且在许多情形中可以导致可实现的容量的显著增加。用于确定第一裕量的装置可以例如，接收关于从源通信单元到第一通信单元的链路、从第一通信单元到第二通信单元的链路和/或从源通信单元到第二通信单元的链路的信道状态信息，并且可以基于该信道状态信息(多个)确定关于第一裕量的不同值的容量量度。该装置随后可以选择导致最高容量的第一裕量值。用于确定第一裕量的装置可以例如被包括在第一通信单元中，或者可以部分地或全部地位于系统中的其他地方。

根据本发明的可选特征，该装备包括用于响应于关于第一通信单元和第二通信单元之间的通信链路的容量量度确定第一裕量的装置。

这可以允许改善的性能并且在许多情形中可以导致容量的显著增加。用于确定第一裕量的装置可以例如确定第一裕量，使得正在被传递的数据量取决于可自由使用的资源。用于确定第一裕量的装置可以例如被包括在第一通信单元中，或者可以部分地或全部地位于系统中的其他地方。

根据本发明的可选特征，噪声贡献包括来自量化噪声的贡献和来自限幅噪声的贡献。

这可以允许改善的性能和/或可以在选择最优量化等级时提供额外的灵活性。

根据本发明的可选特征，第一通信单元被配置用于生成多个量化信号样本集合，每个集合对应于由第一通信单元的多个天线中的不同天线接收的第一信号的时域接收信号样本；并且其中发射装置被配置用于将该多个量化接收样本集合发射到第二通信单元。

用于执行MIMO接收的接收装置可以包括MIMO接收中的所有量化信号样本集合。该特征可以允许改善的性能并且特别地，可以提供对应于具有数目增加的天线的MIMO系统的性能。

根据本发明的另一方面，提供了一种中继通信单元，包括：接收前端，用于通过接收从源通信单元发射的第一信号生成第一接收信号样本，该第一接收信号样本对应于从至少一个天线接收的信号的下变频时域信号样本；用于生成关于第一接收信号样本的噪声指示的装置；确定装置，用于确定用于第一接收信号样本的量化等级，使得由使用与噪声指示相关的量化等级量化第一接收信号样本产生的噪声贡献满足准则；用于通过使用所确定的量化等级量化第一接收信号样本来生成量化信号样本的装置；以及用于将量化信号样本发射到第二通信单元的发射装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于通信系统的通信方法，该方法包括：第一通信单元执行如下步骤：接收前端通过接收从源通信单元发射的第一信号生成第一接收信号样本，该第一接收信号样本对应于从至少一个天线接收的信号的下变频时域信号样本；生成关于第一接收信号样本的噪声指示；确定用于第一接收信号样本的量化等级，使得由使用与噪声指示相关的量化等级量化第一接收信号样本产生的噪声贡献满足准则；通过使用所确定的量化等级量化第一接收信号样本来生成量化信号样本；以及将该量化信号样本发射到第二通信单元；并且第二通信单元执行如下步骤：从第一通信单元接收量化信号样本；通过接收从源通信单元发射的第一信号生成第二接收信号样本；以及响应于第二接收信号样本和量化信号样本来执行第一信号的多入多出，MIMO，接收。

通过参考下文描述的实施例(多个)进行阐述，本发明的这些和其他方面、特征和优点将是显而易见的。

附图说明

仅通过示例，将参考附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1是无线通信系统的说明；

图2是根据本发明的一些实施例的通信单元的说明；

图3是根据本发明的一些实施例的通信单元的说明；以及

图4是根据本发明的一些实施例的通信方法的说明。

具体实施方式

下文的描述集中于可应用于蜂窝通信系统的本发明的实施例，该蜂窝通信系统包括服务于不同小区中的远程通信单元的基站。该蜂窝通信系统可以是例如宽距离无线局域网，诸如IEEE 802.16e网络。然而，将认识到，本发明并不限于该应用，而是可以应用于允许通信单元之间的信号中继的许多其他通信系统。

所描述的实施例可以在诸如图1中示出的系统中实施，并且将参考该系统进行描述。在特定示例中，BS 101是IEEE 802.16e兼容基站并且MT 103是IEEE 802.16e兼容远程站。相似地，RS 105可以是具有IEEE 802.16e功能的通信单元，其能够从BS 101接收IEEE 802.16e通信。RS 105可以是例如WLAN接入点、个人数字助理、移动电话或者包括适当的通信和处理功能的其他设备。在该示例中，BS 101支持相对大的小区中的通信单元，因为IEEE 802.16e标准是宽距离技术，典型的小区尺寸约为7～10km，尽管高达约50km的范围也是可能的。

因此，所说明的系统是TDD正交频分多工(OFDM)系统，但是将认识到，所描述的原理和方法还可应用于其他调制技术和多路复用技术，诸如例如，频分双工(FDD)。

在该系统中，使用中继方法来提供改善的性能。该方法基于如下假设：目地的通信单元(特别地，图1中的MT 103)接近一个或多个其他无线设备(例如，图1中的RS 105)，该无线设备配备有允许其对在给定带宽中接收的信号进行采样的接收功能。该样本随后通过低复杂度量化过程压缩。该设备随后使用典型地短距离高速率连接(例如，IEEE 802.11n或超宽带通信链路)将压缩样本转发到目地的通信单元。目地的通信单元随后将来自中继设备(多个)的样本与通过多入多出(MIMO)过程在本地生成的接收样本组合。

为了降低通信资源要求，中继设备在将样本转发到目地的之前压缩该样本。特别地，中继设备使用低复杂度的方法量化接收的时域复基带样本。而且，响应于由该量化引起的噪声贡献与接收信号的噪声分量的比较而执行量化，由此允许该量化将样本减少到最低的比特数目，同时确保比特速率的减少的影响不会导致不可接受的性能。

图2更加详细地说明了RS 105。

RS 105包括模拟接收前端201，该模拟接收前端201从BS 101接收无线电信号并且继续对该信号进行滤波、放大和下变频，如本领域的技术人员公知的。在该示例中，接收前端201的输出是模拟复基带信号。

接收前端201耦合到模数转换器203，该模数转换器203对模拟复基带信号采样以生成接收信号样本流。模数转换器203是高准确度转换器，其生成每个样本具有固定比特数目。模数转换器203的典型分辨率是每个样本具有8、10或12比特。采样速率取决于接收信号的带宽并且为了满足奈奎斯特准则，典型地被选择为大于信号带宽的两倍。

模数转换器203执行的采样是在时域中执行的。因此，尽管图1的通信系统使用OFDM通信，但是在接收的时域信号上直接执行采样，而没有转换到频域或者没有考虑单独的OFDM载波或子信道。

将认识到，对于复基带信号，模数转换器203可以包括两个并行的模数转换器或者单个模数转换器可以交替地对I和Q信道采样。

模数转换器203耦合到噪声处理器205，向噪声处理器205馈送接收信号样本。噪声处理器205被配置用于生成关于接收信号的噪声指示，该噪声指示指出接收信号样本的噪声能量。特别地，噪声处理器205可以生成关于接收信号的信噪比。作为另一示例，噪声处理器205可以直接生成噪声信号估计，诸如噪声能量或功率估计。

用于从样本流确定信噪比或噪声能量的方法和算法对于本领域的技术人员是公知的并且在不偏离本发明的前提下可以使用任何适当的方法或算法。作为特定示例，在噪声受限情况中，噪声处理器205可以通过测量当前接收的信号的以dBm为单位的接收信号强度，并且减去以dBm为单位的噪声电平，来确定以dB为单位的信噪比。

噪声处理器205耦合到量化等级处理器207，量化等级处理器207确定在将接收信号样本发射到MT 101之前可以被用来量化该接收信号样本的量化等级的集合。在简单的实施例中，量化等级处理器207可以简单地确定对于每个样本使用多少个比特和/或可以确定所发射的样本的最大量值(即，限幅电平)。在其他实施例中，可以确定非全同和非线性量化等级的集合。例如，量化等级处理器可以确定对于样本使用多少个量化等级以及间隔之间的边界。

量化等级处理器207考虑由量化第一接收信号样本产生的噪声贡献，确定量化等级。特别地，量化等级被选择使得与接收信号的噪声指示相关的该噪声贡献满足给定的准则。

作为特定的示例，量化等级可被确定使得接收信号的噪声能量超过来自量化的噪声贡献给定的裕量。该噪声能量和噪声贡献可被表达为信号对噪声值并且因此特别地，量化等级处理器207可以确定用于每个(实)样本的比特数目n_Q，RS，由此接收信号的信噪比比信号对噪声贡献低给定的dB数目。典型值可以是例如5dB。

在该示例中，量化等级处理器207将噪声贡献确定为来自量化噪声和限幅噪声的组合贡献，其中量化噪声是由将接收信号样本量化为较粗的量化等级而引起的，限幅噪声是由量化之后的(潜在地)有限的动态范围导致的失真而引起的。然而，将认识到，在一些实施例中，量化等级处理器207可以仅基于这些量度中的一个来确定噪声贡献。例如，如果针对量化样本使用相同的动态范围，则限幅噪声可以被视为无关紧要的。

量化等级处理器207耦合到量化处理器209，量化处理器209进一步耦合到模数转换器203。量化处理器209从模数转换器203接收所述接收信号样本，并且通过使用由量化等级处理器207确定的量化等级量化这些接收信号样本来继续压缩该样本。

作为简单的示例，量化等级处理器207可以确定，不应引入额外的限幅，并且三个比特足够用于表示接收信号。因此，量化处理器209可以简单地选择接收信号样本的三个最高有效位。

因此，通过确保来自量化的噪声贡献基本上低于接收信号的噪声，可以确保使用所确定的量化等级压缩接收信号样本不会使通信性能显著劣化。因此，在降低的通信资源要求的情况下，可以实现改善的性能。

量化处理器209耦合到发射单元211，从量化处理器209向发射单元211馈送量化信号样本。发射单元211生成包括该量化信号样本的数据分组并且将该数据分组发射到MT 103。

在该示例中，发射单元211被配置为使用不同的通信标准向MT103传递数据分组，所述通信标准随后用于来自BS 101的通信。特别地，发射单元211被配置为使用具有比BS 101的通信技术更短距离的通信技术进行通信。

在该特定示例中，发射单元211被配置为使用IEEE 802.11(例如，IEEE 802.11a、b或n)通信标准或者超宽带，UWB，通信标准与MT 103进行通信。因此，该系统提供了可以利用不同通信标准的单独益处和特性的方法，并且特别地，该方法允许使用短距离通信链路来改善宽距离通信系统的性能。

除了量化样本之外，发射单元111还在数据分组中包括多种信息。特别地，发射单元211可以包括每个量化样本的比特数目和被发射的量化样本数目的指示，以便允许MT 103从数据分组中提取该样本。而且，对于更加复杂的量化，诸如非同质或非线性量化，数据分组可以包括例如，所使用的实际量化等级、所使用的限幅电平等信息。

在一些实施例中，发射单元211还提供接收信号的信噪比的指示。MT 103在对从RS 105接收的信号和在MT 103处直接从BS 101接收的信号进行组合时，可以使用该值。例如，来自RS 105的量化信号样本在MT 103处被组合之前，可以响应于信噪比被加权。

在一些实施例中，发射单元211还被配置用于响应于RS 105和MT 103之间的通信链路的链路质量来选择发射格式。例如，对于低链路质量，可以使用强纠错码，并且对于高链路质量，可以使用弱纠错码。

图3更加详细地说明了MT 103。

MT 103包括宽距离接收前端301，该宽距离接收前端301从BS101接收无线电信号并且继续对该信号进行滤波、放大和下变频，如本领域的技术人员公知的。在该示例中，宽距离接收前端301的输出是模拟复基带信号。

宽距离接收前端301耦合到模数转换器303，该模数转换器303对模拟复基带信号采样以生成接收信号样本流。模数转换器303是高准确度转换器，其生成每个样本具有固定的比特数目。模数转换器303的典型分辨率是每个样本具有8、10或12比特。采样速率取决于接收信号的带宽并且为了满足奈奎斯特准则，典型地被选择为大于信号带宽的两倍。

将认识到，对于复基带信号，模数转换器303可以包括两个并行的模数转换器或者单个模数转换器可以交替地对I和Q信道采样。

因此，MT 103和RS 105包括相似的(或者功能上基本相同的)接收前端，该接收前端生成时域复基带样本。

而且，在该示例中，MT包括具有相关联的宽距离接收前端305的第二天线和模数转换器307，用于生成第二时域复基带样本流。

MT 103还包括短距离接收机309，该短距离接收机309可以在短距离通信链路上接收来自RS 105的数据分组。特别地，短距离接收机309可以是IEEE 802.11或UWB接收机。而且，短距离接收机309使用来自RS 105的信息解析接收的数据分组，并且从该数据分组中提取量化信号样本。因此，短距离接收机305的输出是对应于由RS 105接收的时域复基带信号样本的量化信号样本。

而且，短距离接收机309和两个模数转换器303、305耦合到MIMO接收处理器307，该MIMO接收处理器使用来自RS 105的量化信号样本和由MT 103自身生成的两个信号样本集合，对从BS 101发射的信号执行多入多出，MIMO，接收。而且，在一些实施例中，MT 103可以被配置用于从多个不同的中继接收信号样本并且MIMO接收处理器307可以被配置为在MIMO接收中包括来自更多或所有信号样本中的接收信号样本。

在MIMO系统中，通信基于多个发射和接收天线。特别地，MIMO技术利用具有用于每个天线的至少部分分离的发射电路的发射机，从而允许从每个天线发射不同的子信号，而不是仅提供来自空间分离的发射天线的差异。接收机可以从多个接收天线接收信号并且可以执行联合检测，该联合检测考虑多个发射天线和接收天线的数目和单独特性。这可以显著地提高蜂窝通信系统的频谱效率。

在MIMO系统中，在发射和接收侧提供了多个天线，以便充分利用单独的发射和接收天线之间的信道中的变化，来提高频谱效率。在该系统中，同时在不同的发射天线上但在相同的频率下发射不同的数据流。因此，不同天线的发射信号将相互干扰。特别地，一个接收天线将不仅接收一个信号，而且将接收由发射机发射的所有并行信号。由接收天线q接收的信号可以表示为：

$x_q\left(t\right)=\underset{p=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{qp}}\left(t\right)s_p\left(t\right)$

其中h_qp(t)是发射天线p和接收天线q之间的通信信道的信道传输函数，s_p(t)是在天线p上发射的信号，并且N是发射天线的数目。

因此由接收机接收的总接收信号可以表示为：

X(t)＝H(t)S(t)

其中X(t)表示第q个元素是x_q(t)的矢量，H(t)表示第(q，p)个元素是h_qp(t)的矩阵，并且S(t)表示第p个元素是s_p(t)的矢量。

因此，可以从接收信号和从每个发射天线到每个接收天线的信道的信道估计来估计发射信号。例如，公知的是，MIMO接收机通过使用最小二乘法或者迫零技术(zero forcing technique)来确定发射信号。以这种方式，接收机对从多个发射天线发射的和在多个接收天线上接收的信号执行联合检测。理论和实践研究表明，MIMO技术可以提供重大改善的频谱效率并且可以导致通信系统的容量的显著增加。

在所描述的示例中，BS 101因此包括多个发射天线(图1中示出了四个)，该发射天线可以使用MIMO技术与MT 103进行通信。如果不利用中继，则MIMO通信变为四个发射天线和两个接收天线的一个。然而，利用RS 105，MIMO通信有效地变为四个发射天线和三个接收天线的一个。而且，RS 105的天线可以位于更有利的位置，由此提供了更高的性能改善。

因此，所描述的系统允许改善的性能，同时降低了将样本从RS 105传递到MT 103时的开销和资源要求。而且，样本的压缩是通过相当高效的但是复杂度很低的方法执行的。

在下文中，描述了量化等级处理器207可以如何确定量化等级的特定示例。在该示例中，使用了具有相等大小的量化间隔的均匀量化。

在该示例中，从具有n_Q，RS比特的A/D转换器的信号对量化加限幅噪声的比的表达，确定RS 105处所需用于量化的比特数目n_Q，RS。

应当注意，量化处理器209不仅量化有用的信号，而且还量化热噪声，热噪声在低信噪比的情况下可以变得不可忽略。

在下文中，

表示OFDM信号样本的方差，表示噪声方差。因此接收信号样本的总方差是 ${\mathrm{\σ}}^2={\mathrm{\σ}}_s^2+{\mathrm{\σ}}_n^2.$

如前文所述，关于样本的信噪比的指示

可以被包括在发射到MT 103的数据分组中。

假设OFDM信号和热噪声分别是具有方差

和

的高斯分布，率失真理论规定(参考文献例如，T.Cover，J.A.Thomas“Elements ofInformation Theory”Wiley-Interscience.1991)：

$n_{Q,\mathrm{RS}}=\frac{1}{2}{\log }_2\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{D}$

其中D是量化加限幅噪声方差，即D对应于由量化引起的噪声贡献。

而且，在该示例中，量化等级处理器207使用简单的约束，即关于量化噪声贡献的信噪比应该比接收信号的信噪比高m dB，即：

${10\log }_{10}\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_s^2}{D}\right)=10{\log }_{10}\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_s^2}{{\mathrm{\σ}}_n^2}\right)+m$

这导致了(同时将n_Q，RS约束为整数)：

应当注意，这是乐观的情况，因为其要求量化区域的最优位置。

然而，假设均匀的量化步长，具有[-E；+E]的动态范围，E＝K.σ，其中K是A/D补偿。在该情况中，量化步长大小是：

$q=\frac{2E}{2^{n_{Q,\mathrm{RS}}}}$

这样，量化噪声方差可以表达为：

${\mathrm{\σ}}_q^2=\frac{q^2}{12}\mathrm{erf}\left(\frac{K}{\sqrt{2}}\right)$

限幅噪声可以给出如下：

${\mathrm{\σ}}_c^2={\mathrm{\σ}}^2((1+K^2)\mathrm{erfc}\left(\frac{K}{\sqrt{2}}\right)-\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}\mathrm{Kexp}(-\frac{K^2}{2}))$

并且总失真给出如下：

$D={\mathrm{\σ}}_q^2+{\mathrm{\σ}}_c^2$

通过使比

相对于A/D补偿K最大化，可以获得最佳的信号对量化加限幅噪声的值。

下面的表格指出了对于给定的比特数目，可实现的信号加热噪声对量化加限幅噪声的比。

因此对于接收信号的信噪比大约为比如15～20dB，比特数目可以减少到4～6个比特，而不会使性能显著劣化。

将认识到，强加在接收信号噪声和量化噪声贡献之间的裕量是冲突要求之间的权衡。

特别地，裕量越高，由压缩/量化引起的劣化就越低。然而，裕量越低，比特数目就越少，并且因此对RS 105和MT 103之间的通信的资源要求就越低。

因此，在一些实施例中，通信系统可以包括用于依赖于当前条件动态地修改所使用的裕量的功能。

例如，在一些实施例中，响应于关于第一通信单元和第二通信单元之间的通信链路的容量量度来确定裕量。

容量量度可以是例如关于在短距离空中接口上通信的当前可用容量的量度和/或关于用于该通信的空中接口的负载指示。

作为简单的示例，对于低负载指示可以增加裕量，这是因为低负载指示可以指出有更多的资源是可用的并且因此有更多的容量用于传递较大的比特数目。然而，对于高负载指示，可以使用低裕量，其导致传递较少的数据比特但是由数据压缩引起的劣化较高。

在一些实施例中，响应于关于BS 101和MT 103之间的组合通信的容量量度来确定裕量。

特别地，关于BS 101和MT 103之间的通信的容量量度是考虑了从BS 101到MT 103的直接通信以及从BS 101到RS 105和从RS 105到MT 103的通信的组合容量。

特别地，用于从BS 101到MT 103的通信的整体资源使用可以被确定为裕量的函数。该资源使用将包括来自从BS 101到MT 103以及从RS 105到MT 103的通信的贡献。例如，增加信噪比裕量将导致用于来自BS 101的通信的潜在地较低的资源使用(这是因为由于来自中继链路的改善的贡献，需要较少的功率)但是将导致从RS 105到MT103的通信的较高的资源使用。因此，依赖于准确的信道条件，不同的裕量值可以是最优的并且系统可以包括用于考虑当前信道条件计算关于不同裕量的组合资源使用的功能。然后可以使用提供最低整体资源使用的裕量值。

将认识到，裕量的确定可以在任何适当的位置确定，包括在BS101、MT 103和/或RS 105中。例如，MT 103可以从接收信号确定信道条件信息并且将该信道条件信息传递到BS 101，BS 101可以继续来确定裕量值。然后该值可以被传递到RS 105，RS 105可以继续来应用该确定的值。

在上文描述的示例中，RS 105仅包含一个天线，由此提供了MIMO通信从4x2到4x3通信的增加。然而，将认识到，在其他的实施例中，RS 105可以包括多个天线，并且可以使用相同的方法针对每个天线生成分离的量化信号样本流。

在该情况中，用于不同天线的样本被发射到MT 103，其中该样本被包括在MIMO接收中。因此，RS 105处的多个天线的使用可以进一步改善通信。例如，对于RS 105处有两个天线，通信可以有效地比拟典型的4x4 MIMO通信。

在该实施例中，数据分组可以包括RS 105处的天线数目的指示，允许MT 103提取接收数据并且修改MIMO接收以匹配该天线数目。

由于不同的信道条件，关于不同天线的信噪比可能不同，尽管如果对每个天线单独地执行自动增益控制，量化信号自身可能具有相同的变化。因此，数据分组可以包括关于单独的天线的信噪比指示。相似地，可以针对每个天线单独地确定量化等级，由此关于不同天线的量化信号样本可以被不同地量化/压缩。

图4说明了用于通信系统的通信方法的示例。该方法可以应用于上文描述的系统。

该方法开始于步骤401，其中第一通信单元的接收前端通过接收从源通信单元发射的第一信号生成第一接收信号样本。该第一接收信号样本对应于从至少一个天线接收的信号的下变频时域信号样本。

步骤401之后是步骤403，其中生成关于第一接收信号样本的噪声指示。

步骤403之后是步骤405，其中确定用于第一接收信号样本的量化等级，使得由使用与噪声指示相关的量化等级量化第一接收信号样本产生的噪声贡献满足准则。

步骤405之后是步骤407，其中通过使用所确定的量化等级量化第一接收信号样本，来生成量化信号样本。

步骤407之后是步骤409，其中将量化信号样本从第一通信单元发射到第二通信单元。

步骤409之后是步骤411，其中第二通信单元从第一通信单元接收量化信号样本。

步骤411之后是步骤413，其中通过接收从源通信单元发射的第一信号来生成第二接收信号样本。

步骤413之后是步骤415，其中响应于第二接收信号样本和量化信号样本来执行第一信号的多入多出，MIMO，接收。

将认识到，上文的描述出于清楚的目的，通过参考不同的功能单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，显而易见的是，在不偏离本发明的前提下，可以使用不同功能单元或处理器之间的任何适当的功能分布。例如，被说明为由分离的处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器或控制器执行。因此，对特定的功能单元的引用仅被视为对用于提供所描述的功能的适当装置的引用，而非指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明可以以任何适当的形式实施，包括硬件、软件、固件或其任何组合。本发明可选地可以至少部分地被实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的元件和部件可以在物理上、功能上和逻辑上以任何适当的方式实施。事实上，功能可以在单个单元中实施，在多个单元中实施或者作为其他功能单元的一部分实施。同样地，本发明可以在单个单元中实施或者可以在物理上和功能上分布在不同的单元和处理器之间。

尽管结合一些实施例描述了本发明，但是本发明不意欲被限定在此处阐述的特定形式。相反地，本发明的范围仅由附属权利要求限定。此外，尽管可能看起来结合特定的实施例描述了特征，但是本领域的技术人员将认识到，所描述的实施例的多种特征可以根据本发明被组合。在权利要求中，术语包括并不排除其他元件或步骤的存在。

而且，尽管被单独地列出，但是多个装置、元件或方法步骤可以由例如单个单元或处理器实施。此外，尽管单独的特征可以被包括在不同的权利要求中，但是这些特征可以被有利地组合，并且特征包括在不同权利要求中并不意指特征的组合是不可行的和/或不利的。而且，一类权利要求中包括的特征并不意指限于该类权利要求，而是指出该特征在适当的情况下同样可应用于其他权利要求类。而且，权利要求中的特征的顺序并不意指该特征工作必须采用的任何特定顺序，并且特别地，方法权利要求中的单独步骤的顺序并不意指该步骤必须以该顺序执行。相反地，该步骤可以以任何适当的顺序执行。

Claims (9)

1.一种通信系统，包括：

第一通信单元，包括：

接收前端，用于通过接收从源通信单元发射的第一信号来生成第一接收信号样本，所述第一接收信号样本对应于由所述第一通信单元的至少一个天线所接收的信号的下变频时域信号样本，

用于生成所述第一接收信号样本的噪声指示的装置，

确定装置，用于确定所述第一接收信号样本的量化等级，使得从通过使用与所述噪声指示相关的所述量化等级对所述第一接收信号样本进行量化而得到的噪声贡献满足准则，

装置，用于通过使用所述确定的量化等级对所述第一接收信号样本进行量化，来生成量化信号样本，和

发射装置，用于将所述量化信号样本发射到第二通信单元；以及

第二通信单元，包括：

用于从所述第一通信单元接收所述量化信号样本的装置，

装置，用于通过接收从所述源通信单元发射的所述第一信号来生成第二接收信号样本，和

接收装置，用于响应于所述第二接收信号样本和所述量化信号样本来执行所述第一信号的多入多出MIMO接收。

2.如权利要求1所述的通信系统，其中所述准则包括所述噪声指示超过所述噪声贡献且超过的量为第一裕量的要求。

3.如权利要求2所述的通信系统，其中所述通信系统包括：装置，用于响应于所述源通信单元和所述第二通信单元之间的所述通信的容量量度来确定所述第一裕量。

4.如权利要求2所述的通信系统，其中所述通信系统包括：装置，用于响应于所述第一通信单元和所述第二通信单元之间的通信链路的容量量度来确定所述第一裕量。

5.如前面任何权利要求所述的通信系统，其中所述噪声贡献包括来自量化噪声的贡献和来自限幅噪声的贡献。

6.如权利要求1-4中的任何一项所述的通信系统，其中所述第一接收信号样本是复基带样本。

7.如权利要求1-4中的任何一项所述的通信系统，其中所述发射装置被进一步配置用于发射每个量化样本的比特数目的指示。

8.如权利要求1-4中的任何一项所述的通信系统，其中所述发射装置被进一步配置用于发射所发射的量化样本的数目的指示。

9.一种中继通信单元，包括：

接收前端，用于通过接收从源通信单元发射的第一信号来生成第一接收信号样本，所述第一接收信号样本对应于从至少一个天线接收的信号的下变频时域信号样本；

用于生成所述第一接收信号样本的噪声指示的装置；

确定装置，用于确定所述第一接收信号样本的量化等级，使得从通过使用与所述噪声指示相关的所述量化等级对所述第一接收信号样本进行量化而得到的噪声贡献满足准则；

装置，用于通过使用所述确定的量化等级对所述第一接收信号样本进行量化来生成量化信号样本；以及

发射装置，用于将所述量化信号样本发射到第二通信单元。

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