CN101505206A - 联合模拟网络编码的中继方法、基站和用户设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种联合模拟网络编码的中继方法、接收方法、基站和用户设备，用于具有中继站的蜂窝网络系统中。所述中继方法包括以下步骤：从多个基站eNB接收信息信号；对接收到的信号进行采样和模数转化；对承载来自多个基站的信息的模拟信号电平进行模拟网络编码；对模拟网络编码后的符号进行转发；以及接收所转发的符号，将所述符号转换为信息信号。无线中继与模拟网络编码的结合是一种低成本低复杂性的方案，当UE在小区边缘时，所述方案可以改善业务传输性能，并且增加小区覆盖。

Description

联合模拟网络编码的中继方法、基站和用户设备

技术领域

本发明涉及无线蜂窝网络通信，具体地涉及高速率宽带无线通信，例如基于3GPP LTE的OFDM，更具体地涉及一种联合模拟网络编码的中继方法，及其接收和发射方法和设备。

背景技术

网络编码(Network coding)从广义上来讲，是网络中的节点将接收到的信息进行编码后再转发出去的多点传送(Multicast)技术。多点传送(也称组播)是网络中的一种重要的通信方式。当一个或几个节点同时向若干个其他节点发送数据时，往往要借助其他节点的传递。在传统的网络中，作为中继的节点只能对接收到的信号进行复制、放大和转发，这对于网络资源有时候是一种浪费。网络编码技术打破了这种限制，它允许中继节点对接收到的信息进行编码，并将接收到的多个数据包按照某种特定算法重新组合再发送出去。网络编码技术可以显著地提高多点传送的数据率。在一个网络中传递的信息，可以形象的称之为“流”。网络的最大流量即为从源点到收点的最大传输数据率。而广播的最大流量是指源点同时向所有收点发送同样数据时，每个收点能接收到的最大数据传输速率。理论上讲，最大流取决于网络的拓扑结构，即各节点的连接关系和带宽。利用图论中著名的最大流最小割定理可以得到给定网络中某个源点到收点的最大流。网络编码实际上是用节点处理能力换取更高的网络效率。

在蜂窝无线通信网络中，基站具有固定的站点和最大的发射功率。因此覆盖范围是不变的，并且为了改善单元边缘处的用户设备UE的性能，执行了一些无线通信技术，例如CDMA系统中的软切换。但是在通用移动通信系统UMTS Rel5 HSDPA和LTE中，没有采用来自相邻基站的宏分集和功率贡献的软合并，以便实现独立的更快和更灵活自适应调制编码AMC、MAC调度和L1 HARQ。因此，当UE在小区中心时可以实现更高峰值数据传输率。但是当UE远离站点时，例如在小区边缘，没有特别好的技术可以改善服务传输性能以增加谱效率。

在WiMax中已经引入了无线中继概念，但是在蜂窝网络中还没有讨论过无线中继概念。因为本发明在蜂窝网络通信中是新的应用，目前的现有技术中没有解决方法。

图1示出了具有无线中继站的蜂窝网络的配置。作为示例，中继站位于小区边缘的1/3距离处。中继站可以具有基带处理功能，并且可以转发来自eNB的数据。中继站在与eNB所使用相同频率的但是与所述源进行时分复用的源上传送数据。

任务中继站可以起这样的作用，一个是放大和转发数据，另一个是解码和转发数据。具体地，在图2和图3中示出了中继站数据接收和发射的调度。图2示出了在具有无线中继站的通信设备中进行放大和转发时的中继站结构示意图。如图2所示，中继站经由天线从eNB接收模拟数据，并对其进行采样和模数转化ADC；对ADC后的数字信号进行符号化；然后对符号化的数字电平进行放大；最后对放大后的数字电平进行数模转化和整形，经由天线转发整形后的模拟信号。图3示出了在具有无线中继站的通信设备中进行编码和转发时的中继站结构示意图。如图3所示，中继站经由天线从eNB接收模拟数据，并对其进行采样和ADC；将ADC后的数字信号分成两路信号，一路信号进行如图2所示的动作，对符号化的数字电平进行放大，另一路信号经过解调、解码，在解码过后进行循环冗余检验(CRC)检查，同时进行编码和调制；然后如果通过了CRC校验，则对解调、解码、编码和调制的这一路信号进行DAC和整形，而如果没有通过CRC校验，则对通过采样和ACD之后只经过放大的信号进行DAC和整形，最后经由天线转发整形后的模拟信号。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种利用无线中继站联合模拟网编码的蜂窝网络配置，即承载来自多个源的信息的物理信号的网络编码，还公开了发射/接收方案以及发射机/接收机的设计。

根据本发明实施例的第一方面，提出了一种联合模拟网络编码的中继方法，用于具有中继站的蜂窝网络系统中，包括以下步骤：从多个基站eNB接收信息信号；对接收到的信号进行采样和模数转化；对承载来自多个基站的信息的模拟信号电平进行模拟网络编码；对模拟网络编码后的符号进行转发；以及接收所转发的符号，将所述符号转换为信息信号。

优选地，所述基站eNB也包括转发数据的在前中继站，对来自所述基站eNB和所述在前中继站的信号进行模拟网络编码。

优选地，所述中继站交替地进行时间分割并且承载模拟网络编码后的信息信号。

优选地，所述模拟网络编码包括物理信号求和。

优选地，所述物理信号求和包括对根据时隙划分的信号块进行加权求和。

根据本发明实施例的第二方面，提出了一种联合模拟网络编码中继的接收方法，用于具有中继站的蜂窝网络系统中，包括以下步骤：

对来自多个基站eNB或中继站的信号进行协作的MIMO操作；

用户设备对通过多输入多输出MIMO操作接收到的信号，通过联合检测技术进行解码。

优选地，所述联合技术包括MIMO空间解复用。

优选地，所述联合技术包括串行干扰抵消SIC。

优选地，所述解码方法是最大概似法ML。

优选地，所述解码方法是迫零算法ZF和最小均方差算法MMSE。

优选地，在UE接收信号之后，使用追赶合并或递增冗余IR合并进行解码。

根据本发明实施例的第三方面，提出了一种基站，包括：采样和ADC单元，对待发送的信号进行采样和模数转化；编码单元，对承载来自多个基站的信息的模拟信号电平进行模拟网络编码；发送单元，对模拟网络编码后的符号进行转发。

优选地，所述编码单元通过物理信号求和实现模拟信号编码。

优选地，所述编码单元通过对根据时隙划分的信号块进行加权求和来实现模拟信号编码。

根据本发明的第四方面，提出了一种用户设备UE，包括：接收单元，用于从基站接收信息；解码单元，通过联合检测技术进行解码；以及发送单元，对解码后的信号进行转发。

优选地，所述联合技术包括MIMO空间解复用。

优选地，所述联合技术包括串行干扰抵消SIC。

优选地，所述解码单元使用最大概似法ML进行解码。

优选地，所述解码单元使用迫零算法ZF和最小均方差算法MMSE进行解码。

优选地，在所述UE接收信号之后，所述解码单元使用追赶合并或递增冗余IR合并进行解码。

根据本发明的第五方面，提出了一种计算机可读介质，其上存储了可执行根据本发明实施例所述方法的计算机可执行程序。

本发明的有益效果在于：根据本发明实施例的中继站进行模拟网络编码，即承载利用在先物理信号编码的当前时隙/块模拟网络的信息的物理信号来发射业务数据。在放大和转发数据时，UE从eNB接收数据并且进行中继，并且通过协作的MIMO解空间复用MUX或串行干扰抵消来检测所述时隙；每次UE只保留一个时隙硬判决，其他的现有软信息用于下一次时隙判决，这改善了UE的接收性能。在解码和转发数据时，UE对从eNB接收到的一个块的软信息进行缓冲，然后在从中继站接收数据之后采用Chase合并或IR合并以获得分集增益。根据通过eNB和中继站联合的虚拟矩阵形式理论中的分析，发现接收机中的联合检测可以至少提供与传统的2*2发射分集类似的性能。此外，在两个符号的中继站中的模拟网络编码获得与3×3MIMO类似的性能。甚至由于从中继站接收到的较大SNR，所述增益更大。本发明与最佳现有技术相比的优势在于：联合模拟网络编码和无线中继是无线通信中的一种新的应用。因为当前的HSDPA和LTE，AMC、MAC调度和L1HARQ技术全部集中在当UE在站点附近时的高峰值数据传输率，无线中继与模拟网络编码的结合是一种低成本低复杂性的方案，当UE在小区边缘时，所述方案可以改善业务传输性能，并且增加小区覆盖。

附图说明

根据结合附图的以下描述，本发明的优点将变得易于理解，其中：

图1示出了具有无线中继站的蜂窝网络的配置；

图2示出了在具有无线中继站的通信设备中进行放大和转发时的中继站结构示意图；

图3示出了在具有无线中继站的通信设备中进行编码和转发时的中继站结构示意图；

图4示出了在2×2协作MIMO方案中的信道响应矢量；

图5示出了在2×1宏分集方案中的信道响应矢量；

图6示出了根据本发明实施例的模拟网络编码方法的流程图；

图7示出了UE接收机的物理处理结构，其中是使用协作MIMO解空间复用的L1结构；

图8示出了UE接收机的物理处理结构，其中是使用SIC的L1结构；

图9a和图9b示出了使用模拟网络编码的放大和转发时的数据传输；

图10a和图10b示出了使用模拟网络编码的解码和转发时的数据传输的示意图；

图11示出了利用模拟网络编码在具有无线中继站的通信设备中进行数据放大和转发时的示意图；

图12示出了利用模拟网络编码在具有无线中继站的通信设备中进行编码和转发时的中继站结构示意图；

图13示出了具有两个半双工中继站的中继接收机和发射机系统；

图14示出了一个时隙中继站中使用模拟网络编码的解码和转发时的数据传输的示意图；以及

图15示出了两个时隙中继站的使用模拟网络编码的解码和转发时的数据传输的示意图。

具体实施方式

现在对本发明的实施例提供详细参考。为解释本发明将参考附图描述下述实施例。

在本发明中，提出了一种联合模拟网编码和无线中继配置。两个中继站交替进行时间分割，以与模拟网络编码信息一起发射来自源的流量，即承载具有在先编码的当前时隙的模拟网络的信息的物理信号。在终端接收机中，可以应用串行干扰抵消以及来自基站的在前信息的检测。如果存在多于一根接收机天线，可以应用基站和中继站中的协作MIMO，其中把现有信息作为一个分支。根据在通过eNB和中继站联合的信道矩阵形式的理论分析，发现接收机中的联合检测可以至少提供与传统的2×2发射分集类似的性能。此外，在两个符号的中继站中的模拟网络编码获得了3×3MIMO的类似性能。但是，由于从中继站接收到的较大SNR，实际上增益更大。

在具有中继站的系统中对模拟信号应用模拟网络编码方法，其中所述模拟信号信号承载了来自多个源的信息。所述UE可以应用联合检测技术：基站和中继站中的协作MIMO空间解复用。图4示出了在2×2协作MIMO方案中的信道响应矢量。图5示出了在2×1宏分集方案中的信道响应矢量。

图6示出了根据本发明实施例的联合模拟网络编码的中继方法的流程图。如图6所示，所述方法包括以下步骤：从多个基站eNB接收信息；对接收到的信息进行采样和模数转化；对承载来自多个基站的信息的数字化的模拟信号电平进行模拟网络编码；对网络编码后的符号进行转发；以及接收所转发的符号，将所述符号转换为信息信号。

其中所述模拟网络编码指得是物理信号的求和，也就是说模拟信号层次的信号编码。所述物理信号求和包括对根据时隙划分的信号块进行加权求和。所述基站eNB也可以包括转发数据的在前中继站，对来自所述基站eNB和所述在前中继站的信号进行模拟网络编码。所述中继站交替地进行时间分割并且承载模拟网络编码后的信息信号。

根据本发明的另一个实施例，联合模拟网络编码中继的接收方法，用于具有中继站的蜂窝网络系统中，包括以下步骤：对来自多个基站eNB或中继站的信号进行协作的MIMO操作；用户设备对通过多输入多输出MIMO操作接收到的信号，通过联合检测技术进行解码。其中所述联合技术包括MIMO空间解复用。所述联合技术包括串行干扰抵消SIC。所述解码方法可以是最大概似法ML，也可以是迫零算法ZF和最小均方差算法MMSE。在UE接收信号之后，使用Chase合并或递增冗余IR合并进行解码。

根据本发明的另一个实施例，基站包括：采样和ADC单元，对待发送的信号进行采样和模数转化；编码单元，对承载来自多个基站的信息的模拟信号电平进行模拟网络编码；发送单元，对模拟网络编码后的符号进行转发。其中，所述编码单元通过物理信号求和实现模拟信号编码。所述编码单元通过对根据时隙划分的信号块进行加权求和来实现模拟信号编码。

根据本发明的另一个实施例，用户设备UE，包括：接收单元，用于从基站接收信息；解码单元，通过联合检测技术进行解码；以及发送单元，对解码后的信号进行转发。其中所述联合技术包括MIMO空间解复用。所述联合技术包括串行干扰抵消SIC。所述解码单元可以使用最大概似法ML进行解码，也可以使用迫零算法ZF和最小均方差算法MMSE进行解码。在所述UE接收信号之后，所述解码单元使用Chase合并或递增冗余IR合并进行解码。

下面参考图7和图8解释与图4和图5所对应的信道响应矢量在应用了模拟网络编码之后的解码和转发时的UE接收机和检测方法。

图7示出了UE接收机的物理处理结构，其中使用MIMO空间解复用的L1结构，用户设备UE具有两根天线。如图6所示，在解码和转发数据时，中继站对信号样本进行解码，并且进行循环冗余校验CRC检查，然后对数据重新编码并且转发至UE，其中中继站中的发射是比eNB发射晚一个时隙的延迟。接收端的用户设备UE可以对从基站eNB和中继站中接收到的数据信号应用MIMO空间解复用。UE对从eNB接收到的一个块的软信息进行缓冲，然后在从中继站接收所述数据之后采用Chase合并或IR合并，以获得分集增益。

图8示出了UE接收机的物理处理结构，其中是使用SIC的L1结构，用户设备UE具有一根天线。如图7所示，另外，所述接收端的UE可以应用串行干扰抵消(SIB)以及与来自eNB的现有信息的检测。

图9a和图9b示出了使用模拟网络编码的放大和转发时的数据传输。如图9a和图9b所示，以两个中继站为例解释在放大和转发数据时的数据中继。中继站放大所述信号样本，并且将其转发至UE，其中中继站中的发射比从eNB发射的多一个时隙延迟。图9a中，中继站1只放大和转发奇数的数据，中继站2只放大和中继偶数数据，并且中继站对数据进行的延迟时长是一个时隙(slot)。而在图9b中，中继站1按照kS_i+(1-k)S_i+1(i＝0，1，2…)进行编码，中继站2按照kS_i+(1-k)S_i+1(i＝0，1，2…)进行编码，其中，0<k<1是两个编码系统的功率因子；并且在图9b中，中继站对数据进行编码的延迟时长是两个时隙。应该理解的是，编码方法不局限于此，任何模拟网络编码方法均可以应用于在中继站中对数据进行放大和转发中，如系数定义为k1和k2并为复数，或者是超过两个的符号的网络编码。在图9b所示的两个时隙编码中继站可以使用多于一个在前时隙的现有信息(软判决信息)以进行检测。由于eNB和中继站之间的空间复用，UE应该应用联合检测技术。其中所述联合检测方法1是：基站和中继站中的协作MIMO解空间复用和与来自eNB的现有信息的检测；所述联合检测方法2是：串行干扰抵消和与来自eNB的现有信息的检测。

图10a和图10b示出了使用模拟网络编码的解码和转发时的数据传输的示意图。如图10a和图10b所示，以两个中继站为例解释在放大和转发数据时的数据中继。在解码和转发数据时，中继站对所述信号样本解码，并且进行CRC检查，然后对数据重新编码并且转发至UE，其中中继站中发射的数据块比从eNB发射的数据块晚两个数据块的延迟。

同样，接收机可以在基站和中继站中应用MIMO解空间复用。UE接收机对一个块中的软信息进行缓冲，并且在从中继站接收数据之后采用Chase合并或IR合并。另外，接收机可以应用串行干扰抵消以及来自eNB的现有信息的检测。

在该发明中，中继站节点的存在可以不影响eNB的操作，例如AMC、MAC调度和L1 HARQ。eNB不会在意是否存在中继节点，以及不存在从中继站到eNB的上行链路，并且控制信令直接在eNB和UE之间传送。所述中继站只接收业务数据并且将其转发至UE，但可以理解其它方式的控制信令的设计不影响本发明的实施。

图11示出了利用模拟网络编码在具有无线中继站的通信设备中进行数据放大和转发时的示意图。如图11所示，中继站经由天线从eNB接收模拟数据，并对其进行采样和模数转化ADC；对ADC后的数字信号进行符号化；然后对符号化的信号进行放大；对放大后的信号进行模拟网络编码；最后对模拟网络编码的信号进行数模转化和整形，经由天线转发整形后的模拟信号，实现了中继站中的数据放大和转发。

图12示出了利用模拟网络编码在具有无线中继站的通信设备中进行编码和转发时的中继站结构示意图。如图12所示，中继站经由天线从eNB接收模拟数据，并对其进行采样和ADC；将ADC后的数字信号分成两路信号，一路信号进行放大，另一路信号经过解调、解码，在解码过后进行循环冗余检验(CRC)检查，同时进行编码和调制；然后如果通过了CRC校验，则对解调、解码、编码和调制的这一路信号进行模拟网络编码而如果没有通过CRC校验，则对通过采样和ACD之后只经过放大的信号进行模拟网络编码；然后进行DAC和整形，最后经由天线转发整形后的模拟信号。

图13示出了具有两个半双工中继站的中继接收机和发射机系统。所述系统由基站eNB、半双工中继站1和中继站2、以及用户设备组成。如图13所示，两个半双工中继站随着时间分割依次进行中继以发射来自源的流和模拟网络编码信息。每一个中继站通过空中接口交替地接收和发射所述信号，并且如图13所示的两个中继站在时间-频率资源上连续地承载业务数据。在所述中继站对接收到的信号进行模拟网络编码，然后发送给用户设备。应该理解的是，在图13所示的中继接收机和发射机系统中，不局限于这里所示的两个中继站，可以存在两个以上的中继站，也可以是只有一个中继站。

下面描述根据本发明实施例的放大和转发时的UE接收机和检测方法。在放大和转发数据时，中继站随信号样本进行放大并且将其转发至UE，其中中继站中的发射比从eNB发射的晚一个时隙。下面以UE具有2根接收天线为例对所述UE接收机和检测方法进行描述。

图14示出了一个时隙中继站中使用模拟网络编码的解码和转发时的数据传输的示意图。

首先，UE在第一时隙中从eNB中接收S1信号，令

y₀＝H₀₀s₁+n₀                 (1)

其次，UE从eNB接收S1+S2信号，并且在第二时隙中进行中继，令

y₁＝H₁₁s₂+H₁₂s₁+n₁      (2)

y₂＝H₂₁s₂+H₂₂s₁+n₂

以上等式可以表达为矩阵乘积：

$\left[\begin{array}{c}{y}_0\\ y_1\\ y_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{H}_{00}& 0\\ H_{12}& H_{11}\\ H_{22}& H_{21}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\\ n_2\end{array}\right]---\left(3\right)$

令 $y=\left[\begin{array}{c}{y}_0\\ y_1\\ y_2\end{array}\right],H=\left[\begin{array}{cc}{H}_{00}& 0\\ H_{12}& H_{11}\\ H_{22}& H_{21}\end{array}\right],s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right],n=\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\\ n_2\end{array}\right]---\left(4\right)$

接收机形成的信号矢量y可以表达为：

y＝Hs+n                               (5)

最优的解码方法是ML(最大概似法)，其中所述接收机已经发射的时隙的全部可能组合与所观察到的进行比较：

$\hat{s}=\arg \underset{\hat{s}\&Element;S}{\min }\left|\right|y-H\&times;\hat{s}\left|\right|---\left(6\right)$

次优的解码方法是迫零算法ZF加上最小均方差MMSE。

但是在该时隙中，只有s₁是硬判决。即，只对s₁进行转化为数字信号的硬判决，其他信号不经过判决，合并在一起进行模拟网络编码。

至少，令 $y_0^{\left(1\right)}=w_1(y_1-H_{12}{\hat{s}}_1)+w_2(y_2-H_{22}{\hat{s}}_1)=(w_1{H}_{11}+w_2{H}_{21})s_2+{\tilde{n}}_0---\left(7\right)$

将其用于下一个时隙判决。这里应用最大比合并MRC作为这里使用的接收机制。

图15示出了两个时隙中继站的使用模拟网络编码的解码和转发时的数据传输的示意图。

首先，在第一时隙中，UE从eNB接收S1信号，令

y₀＝H₀₀s₁+n₀                (8)

其次，在第二时隙中，UE从eNB接收S1+S2信号，并且进行中继，令

$y_1=H_{11}^{\left(1\right)}{s}_2+H_{12}^{\left(1\right)}{s}_1+n_1$

$y_2=H_{21}^{\left(1\right)}{s}_2+H_{22}^{\left(1\right)}{s}_1+n_2$                                (9)

再次，在第三时隙中，UE从eNB接收S1+S2+S3信号，并且进行中继，令

$y_3=H_{11}^{\left(2\right)}{s}_3+H_{12}^{\left(2\right)}{s}_2+n_3$

$y_4=H_{21}^{\left(2\right)}{s}_3+H_{22}^{\left(2\right)}{s}_2+n_4$                          (10)

其中，将功率因子k合并入信道系数H中。以上等式可以表达为矩阵乘积：

$\left[\begin{array}{c}{y}_0\\ y_1\\ y_2\\ y_3\\ y_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{H}_{00}& 0& 0\\ H_{12}^{\left(1\right)}& H_{11}^{\left(1\right)}& 0\\ H_{22}^{\left(1\right)}& H_{21}^{\left(1\right)}& 0\\ & H_{12}^{\left(2\right)}& H_{11}^{\left(2\right)}\\ & H_{22}^{\left(2\right)}& H_{21}^{\left(2\right)}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ s_3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\\ n_2\\ n_3\\ n_4\end{array}\right]---\left(11\right)$

令 $y=\left[\begin{array}{c}{y}_0\\ y_1\\ y_2\\ y_3\\ y_4\end{array}\right],$ $H=\left[\begin{array}{ccc}{H}_{00}& 0& 0\\ H_{12}^{\left(1\right)}& H_{11}^{\left(1\right)}& 0\\ H_{22}^{\left(1\right)}& H_{21}^{\left(1\right)}& 0\\ & H_{12}^{\left(2\right)}& H_{11}^{\left(2\right)}\\ & H_{22}^{\left(2\right)}& H_{21}^{\left(2\right)}\end{array}\right],$ $s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ s_3\end{array}\right],$ $n=\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\\ n_2\\ n_3\\ n_4\end{array}\right]---\left(12\right)$

接收机形成的信号矢量y可以表达为

y＝Hs+n                (13)

最优的解码方法是ML(最大概似法)，其中接收机将可能已经发射的时隙的全部可能组合与所观察到的进行比较：

$\hat{s}=\arg \underset{\hat{s}\&Element;S}{\min }\left|\right|y-H\&CenterDot;\hat{s}\left|\right|---\left(14\right)$

次优的解码方法是迫零算法ZF加上最小均方差MMSE。

但是在该时隙中，只有s₁是硬判决的，包括s₂和s₃的现有信息的其他时隙用于下一次时隙判决。

下面以UE具有一根接收天线为例对所述UE接收机和检测方法进行描述。在这种情况下，UE可以应用联合检测技术1)：对于基站和中继站中的解空间复用的ML检测；或者2)串行干扰抵消(SIC)以及与来自eNB的现有信息的检测。

下面描述具有一根接收天线的UE接收机和检测方法，其中中继时只有一个时隙延迟。

首先，在第一时隙中，UE从eNB接收S1信号，令

y₀＝H₀₀s₁+n₀              (15)

其次，在第二时隙中，UE从eNB接收S1+S2信号，令

y₁＝H1₁s₂+H₁₂s₁+n₁         (16)

以上等式可以表达为矩阵乘积

$\left[\begin{array}{c}{y}_0\\ y_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{H}_{00}& 0\\ H_{12}& H_{11}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\end{array}\right]---\left(17\right)$

令 $y=\left[\begin{array}{c}{y}_0\\ y_1\end{array}\right],$ $H=\left[\begin{array}{cc}{H}_{00}& 0\\ H_{12}& H_{11}\end{array}\right],$ $s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right],$ $n=\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\end{array}\right]---\left(18\right)$

接收机形成的信号矢量y可以表达为：

y＝Hs+n                       (19)

最优解码方法是ML(最大概似法)，其中接收机将可能已经发射的时隙的全部可能组合与所观察到的进行比较：

$\hat{s}=\arg \underset{\hat{s}\&Element;S}{\min }\left|\right|y-H\&CenterDot;\hat{s}\left|\right|---\left(20\right)$

因为信道响应矩阵是下三角矩阵，更简单的解码方法是串行干扰抵消(SIC)和MMSE(例如，另一种是LS或最大概似法ML)，利用MMSE的解码方法的步骤如下：

步骤1： $y_1-\frac{H_{12}}{H_{00}}{y}_0=H_{11}{s}_2+{\tilde{n}}_1---\left(21\right)$

步骤2： ${\hat{s}}_2=\mathrm{MMSE}\left(s_2\right)---\left(22\right)$

步骤3： $z=w_0{y}_0+w_1(y_1-H_{11}{\hat{s}}_2)=(w_0{H}_{00}+w_1{H}_{12})s_1+{\tilde{n}}_0---\left(23\right)$

步骤4： ${\hat{s}}_1=\mathrm{MMSE}\left(s_1\right)---\left(24\right)$

在步骤3中应用最大比合并MRC。在该时隙中，只保留s₁的硬判决。

至少，令 $y_0^{\left(1\right)}=y_1-H_{12}{\hat{s}}_1=H_{11}{s}_2+n_1---\left(25\right)$

将其用于下一次时隙判决。

下面描述具有一根接收天线的UE接收机和检测方法，其中中继时具有两个时隙编码延迟。

首先，在第一时隙中，UE从eNB接收S1信号，令

y0＝H₀₀s₁+n₀              (26)

其次，在第二时隙中，UE从eNB接收S1+S2信号并且对其进行中继，图中S0是常数1，令

$y_1=H_{11}^{\left(1\right)}{s}_2+H_{12}^{\left(1\right)}{s}_1+n_1---\left(27\right)$

再次，在第三时隙中，UE从eNB接收S1+S2+S3信号并且对其进行中继，令

$y_2=H_{11}^{\left(2\right)}{s}_3+H_{12}^{\left(2\right)}{s}_2+n_2---\left(28\right)$

其中将功率因子k合并到信道系数H中。以上等式可以表达为矩阵乘积

$\left[\begin{array}{c}{y}_0\\ y_1\\ y_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{H}_{00}& 0& 0\\ H_{12}^{\left(1\right)}& H_{11}^{\left(1\right)}& 0\\ & H_{12}^{\left(2\right)}& H_{11}^{\left(2\right)}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ s_3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\\ n_2\end{array}\right]---\left(29\right)$

令 $y=\left[\begin{array}{c}{y}_0\\ y_1\\ y_2\end{array}\right],$ $H=\left[\begin{array}{ccc}{H}_{00}& 0& 0\\ H_{12}^{\left(1\right)}& H_{11}^{\left(1\right)}& 0\\ & H_{12}^{\left(2\right)}& H_{11}^{\left(2\right)}\end{array}\right],$ $s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ s_3\end{array}\right],$ $n=\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\\ n_2\end{array}\right]---\left(30\right)$

接收机形成的信号矢量y可以表达为

y＝Hs+n                  (31)

最优解码方法是ML(最大概似法)，其中接收机将可能已经发射的时隙的全部可能组合与所观察到的进行比较：

$\hat{s}=\arg \underset{\hat{s}\&Element;S}{\min }\left|\right|y-H\&CenterDot;\hat{s}\left|\right|$

因为信道响应矩阵是下三角矩阵，更简单的解码方法是串行干扰抵消(SIC)和MMSE(例如，另一种是LS或ML)，利用MMSE的解码方法的步骤如下：

步骤1： $y_1-\frac{H_{12}^{\left(1\right)}}{H_{00}}{y}_0=H_{11}^{\left(1\right)}{s}_2+{\tilde{n}}_1---\left(32\right)$

步骤2： ${\hat{s}}_2=\mathrm{MMSE}\left(s_2\right)---\left(33\right)$

步骤3： $y_2-\frac{H_{12}^{\left(2\right)}}{H_{11}^{\left(1\right)}}(y_1-\frac{H_{12}^{\left(1\right)}}{H_{00}}{y}_0)=H_{11}^{\left(2\right)}{s}_3+{\tilde{n}}_2---\left(34\right)$

步骤4： ${\hat{s}}_3=\mathrm{MMSE}\left(s_3\right)---\left(35\right)$

步骤5： $z=w_0{y}_0+w_1(y_1-H_{11}^{\left(1\right)}{\hat{s}}_2)=(w_0{H}_{00}+w_1{H}_{12}^{\left(1\right)})s_1+{\tilde{n}}_0---\left(36\right)$

步骤6： ${\hat{s}}_1=\mathrm{MMSE}\left(s_1\right)---\left(37\right)$

在步骤5中应用MRC。在该时隙中，只保留s₁的硬判决，将包括s₂和s₃的其他硬判决用于下一个时隙判决。

本发明的商用价值：根据本发明实施例的中继站进行模拟网络编码，即承载利用在先物理信号编码的当前时隙/块模拟网络的信息的物理信号来发射业务数据。在放大和转发数据时，UE从eNB接收数据并且进行中继，并且通过协作的MIMO解空间复用MUX或串行干扰抵消来检测所述时隙；每次UE只保留一个时隙硬判决，其他的现有软信息用于下一次时隙判决，这改善了UE的接收性能。在解码和转发数据时，UE对从eNB接收到的一个块的软信息进行缓冲，然后在从中继站接收数据之后采用Chase合并或IR合并以获得分集增益。根据通过eNB和中继站联合的虚拟矩阵形式理论中的分析，发现接收机中的联合检测可以至少提供与传统的2*2发射分集类似的性能。此外，在两个符号的中继站中的模拟网络编码获得与3×3MIMO类似的性能。甚至由于从中继站接收到的较大SNR，所述增益更大。

本发明与最佳现有技术相比的优势在于：联合模拟网络编码和无线中继是无线通信中的一种新的应用。因为当前的HSDPA和LTE，AMC、MAC调度和L1 HARQ技术全部集中在当UE在站点附近时的高峰值数据传输率，无线中继与模拟网络编码的结合是一种低成本低复杂性的方案，当UE在小区边缘时，所述方案可以改善业务传输性能，并且增加小区覆盖。

尽管已经示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求及其等价物所限定的本发明的原理和范围的情况下，可以在对以上实施例中做出变化。

Claims (21)

1.一种联合模拟网络编码的中继方法，用于具有中继站的蜂窝网络系统中，包括以下步骤：

从多个基站eNB接收信息信号；

对接收到的信号进行采样和模数转化；

对承载来自多个基站的信息的模拟信号电平进行模拟网络编码；

对模拟网络编码后的符号进行转发；以及

接收所转发的符号，将所述符号转换为信息信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基站eNB也包括转发数据的在前中继站，对来自所述基站eNB和所述在前中继站的信号进行模拟网络编码。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述中继站交替地进行时间分割并且承载模拟网络编码后的信息信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述模拟网络编码包括物理信号求和。

5.根据权利要求4所述方法，其中所述物理信号求和包括对根据时隙划分的信号块进行加权求和。

6.一种联合模拟网络编码中继的接收方法，用于具有中继站的蜂窝网络系统中，包括以下步骤：

对来自多个基站eNB或中继站的信号进行协作的MIMO操作；

用户设备对通过多输入多输出MIMO操作接收到的信号，通过联合检测技术进行解码。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述联合技术包括MIMO空间解复用。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述联合技术包括串行干扰抵消SIC。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述解码方法是最大概似法ML。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述解码方法是迫零算法ZF和最小均方差算法MMSE。

11.根据权利要求6所述的方法，其中在UE接收信号之后，使用追赶合并或递增冗余IR合并进行解码。

12.一种基站，包括：

采样和ADC单元，对待发送的信号进行采样和模数转化；

编码单元，对承载来自多个基站的信息的模拟信号电平进行模拟网络编码；

发送单元，对模拟网络编码后的符号进行转发。

13.根据权利要求12所述的基站，其中所述编码单元通过物理信号求和实现模拟信号编码。

14.根据权利要求12所述的基站，其中所述编码单元通过对根据时隙划分的信号块进行加权求和来实现模拟信号编码。

15.一种用户设备UE，包括

接收单元，用于从基站接收信息；

解码单元，通过联合检测技术进行解码；以及

发送单元，对解码后的信号进行转发。

16.根据权利要求15所述的用户设备，其中所述联合技术包括MIMO空间解复用。

17.根据权利要求15所述的设备，其中所述联合技术包括串行干扰抵消SIC。

18.根据权利要求15所述的方法，其中解码单元使用最大概似法ML进行解码。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述解码单元使用迫零算法ZF和最小均方差算法MMSE进行解码。

20.根据权利要求15所述的方法，其中在所述UE接收信号之后，所述解码单元使用追赶合并或递增冗余IR合并进行解码。

21.一种计算机可读介质，其上存储了可执行根据权利要求1至11所述方法的计算机可执行程序。

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