CN101657982B - 具有多跳中继站的无线蜂窝网络中的无线电资源管理 - Google Patents

Abstract

用于多跳分组或协议数据单元(PDU)中继的配备有中继站的无线蜂窝网络的无线电资源管理。

Description

具有多跳中继站的无线蜂窝网络中的无线电资源管理

优先权和相关申请

该申请要求于2007年3月9日提交的标题为“Radio resourcemanagement in wireless cellular networks having multihop relaystations”的第60/894,186号美国临时申请的优先权，其作为该申请的说明书的一部分结合于此作为参考。

技术领域

该申请涉及无线通信，包括与除了采用基站外还采用中继站的无线蜂窝网络相关联的通信系统、设备和技术。

背景技术

无线蜂窝网络包括静止或固定基站，其在空间上分布在网络的服务区上以支持网络订户站(例如，移动电话、PDA、膝上型PC等)的通信。所分配的网络信道频率是价值资源(value resource)，并且期望有效地利用这样的资源。重复使用所分配的网络信道频率以增大网络容量是用于有效地使用频率资源的各种技术中一个实例。作为一个实例，通过将一个地理区域划分为多个本地无线电通信服务区或小区并提供允许在某些非相邻小区中复用信道频率的频率复用分配，可以实现复用。固定基站在每个小区的中心处，该固定基站用于控制将协议数据单元(PDU)发送至所分布的订户站以及从订户站接收协议数据单元并且在其小区内漫游。在许多无线网络中，基站可以经由基站下行链路(DL)无线电信号将PDU直接发送至订户站；订户站经由订户站上行链路(UL)无线电信号将PDU直接发送至基站。可以基于动态信道和网络条件来优化DL和UL无线电信号。小区基站通过点对点无线电链路或者通过基于高容量线路的连接(诸如光纤)彼此进行通信。

发明内容

该申请包括配备有用于多跳分组或协议数据单元(PDU)中继的中继站的无线蜂窝网络的无线电资源管理的系统、设备和技术。

一方面，描述了具有中继站的无线蜂窝网络，该无线蜂窝网络包括多个中继站和多个基站，该多个基站构成基站网络以为订户站提供无线的无线电接入来进行无线通信，每个中继站与至少一个基站和另一个中继站进行无线通信以扩大基站网络的无线覆盖范围。每个中继站建立与上级站的链路连接以连接至基站网络，该上级站是不同的中继站或基站。该网络包括无线电资源管理机构，其对每个基站进行操作以提供基站链路质量矩阵，该基站链路质量矩阵表示基站至从属于基站的至少一个或多个中继站与一个或多个订户站之间的链路的质量。链路质量矩阵中的每个元素对应于网络链路，并且对连接至从属于基站的至少一个或多个中继站以及一个或多个订户站的链路的质量进行量化。无线电资源管理机构对基站进行操作，以基于在基站至从属于基站的至少一个或多个中继站与一个或多个订户站之间的链路的质量分配信号传输中的帧元。

另一方面，一种用于在具有中继站的无线蜂窝网络中管理无线电资源的方法包括：对基站进行操作，以提供基站链路质量矩阵，该基站链路质量矩阵表示在基站至从属于基站的至少一个或多个中继站与一个或多个订户站之间的链路的质量。链路质量矩阵中的每个元素对应于一条网络链路，并且对连接至从属于基站的至少一个或多个中继站以及一个或多个订户站的链路的质量进行量化。该方法包括：对基站进行操作，以基于在基站至从属于基站的至少一个或多个中继站与一个或多个订户站之间的链路的质量分配信号传输中的帧元。

在附图、说明书和权利要求书中详细描述了所描述的系统、设备和技术的这些和其他方面。

附图说明

图1示出了具有中继站的无线蜂窝网络的实例。

图2示出了无线电资源复用的基本构思的示例性小区群对。

图3是图1的无线蜂窝网络的图形表示。

图4A示出了用于图1的无线蜂窝网络的链路秩矩阵。

图4B示出了用于图1的无线蜂窝网络的一跳连接矩阵。

图4C示出了用于图1的无线蜂窝网络的5跳连接矩阵。

图5A示出了充分使用的OFDMA TDD帧。

图5B示出了部分使用的OFDMA TDD帧。

图5C示出了根据实施例的经由DL和UL MAP的示例性突发分配。

图6A示出了没有使用帧元复用的单帧中继方法的示例性TDDDL-OFDMA子帧。

图6B示出了没有使用帧元复用的单帧中继方法的示例性TDDUL-OFDMA子帧。

图6C示出了没有使用帧元复用的示例性OFDMA帧。

图7A示出了使用帧元复用的单帧中继方法的示例性OFDMA帧。

图7B示出了在单帧中继方法中的示例性OFDMA帧元复用。

图8示出了在单帧中继方法中用于OFDMA帧元分配、传输和复用的流程图的实例。

图9示出了用于计算m跳链路连接矩阵的流程图。

图10A示出了多帧中继方法的示例性的第M个OFDMA帧。

图10B示出了多帧中继方法的示例性的第(M+1)个OFDMA帧。

图10C示出了在多帧中继方法中的示例性OFDMA帧元复用。

图11示出了在多帧中继方法中用于OFDMA帧元分配、传输和复用的流程图的实例。

具体实施方式

无线蜂窝网络的性能可能受各种因素影响。例如，无线蜂窝网络的容量和数据吞吐量可能在诸如不可利用或拥塞的网络频谱和差的信号质量的网络条件下降低。由于有意和无意的电磁发射的扩散，所分配的谱带越来越多地拥塞有有用和无用信号。拥塞的频谱导致接收机的天线或天线阵列同时观察到低功率信号和高功率信号的结合。由于被埋没在较强的的干扰信号群中，因此有用信号可能变得模糊并且检测不到。由于相邻小区干扰以及低DL和UL信号功率信号质量易于在小区边缘处变差。由于基站和订户站使它们的信号(调制和编码)适合于信道和网络条件，所以低功率DL和UL信号导致吞吐量减小。其他因素也可能使网络性能降低，诸如由于来自各种建筑、结构和树木的遮蔽而导致的服务覆盖漏洞、任何固定基站的无线电信号范围外的订户站、以及订户站的非均匀分布和由于城市热点和郊外地区导致的通信量负荷。

一种减轻这些和其他不利网络条件的方法是增加基站的数量并从而减小基站小区面积。基站是复杂的无线电收发器，并且包括发送和接收电路、控制电路、数字信号处理器和单个天线或天线阵列。基站的设计和部署可以被配置为基于各种因素(诸如信号发送功率、天线高度和天线空间覆盖范围或波束宽度)实现最佳性能。对该方法的一个关注在于基站安装的高成本和对支持其安装的位置的受限接入。实际上，部署蜂窝网络的成本通常取决于基站站点(例如，实际的土地成本、规划、维护、分布式网络、能量等)。

另一种减轻这些和其他不利网络条件的方法是使用与基站一起工作的无线中继站。一个或多个中继站(RS)可以被部署在一些固定的基站之间以在订户站与基站之间中继通信信号，从而扩大覆盖范围并提高基站的通信容量和质量。根据部署诸如中继站的特定条件，中继站可以是固定的收发器或移动收发器站。订户站信号可以在到达服务基站之前跳过一个或多个RS。所提出的IEEE 802.16j提供多跳中继(MR)模式以使用中继站为用户提高覆盖范围和服务。基于IEEE 802.16j的多跳中继无线网络可以包括在多跳中继模式的支持下的MR基站(MR-BS)。

中继站通常比规则的基站尺寸更小并且复杂性更简单。因此，中继站的使用可以比利用规则的基站扩展无线电覆盖范围成本更低，并且提供了网络容量、数据吞吐量和服务区覆盖范围的改善。概念上，中继站可以作为订户站的基站以及作为基站的订户站。中继站可以由基站管理，但是它们还可以在蜂窝网络的它们的小区内具有中继功能的一些本地控制。可以部署一个或多个中继站以在订户站与基站之间中继或转发信号。订户站和基站PDU可以在到达期望的目的地之前跳过一个或多个中继站。

图1示例性的示出了无线多跳中继通信系统的一部分。该系统包括多跳中继基站(MS-BS)和中继站(例如，RS1、RS2和RS3)，以提供用于服务一个或多个订户站(例如，SS1至SS8)的无线电覆盖。这些基站构成了基站网络以为无线通信提供无线的无线电接入。每个中继站都与至少一个基站和另一个中继站进行无线通信，以扩大基站网络的无线覆盖范围。每个中继站建立与上级站的无线链路连接以连接至基站网络，该上级站是不同的中继站或基站。

例如，所示出的图1中的BS具有扩展BS的服务覆盖范围的三个中继站RS1、RS2和RS3。中继站RS1、RS2和RS3从属于BS，因为BS连接至网络并且是中继站RS1、RS2和RS3连接至网络的剩余部分的网关。因此，BS是中继站RS1、RS2和RS3的上级。另外，中继站RS1、RS2和RS3在上级BS的控制下可以彼此具有上级和下级关系。例如，因为RS3通过RS2与BS进行通信，中继站RS3从属于中继站RS2。因此，中继站RS2是中继站RS3的上级。在这种情况下，图1中的系统中的BS和相关站(relation station)可以基于其相对关系而被分类为上级基站和下级基站。相应地，图1中的BS是所有中继站的上级基站，并且中继站RS2是BS的下级基站，而是中继站RS3的上级基站。在图1中，所示出的两个订户站SS3和SS4在RS1的覆盖范围内。所示出的两个订户站SS5和SS6和一个中继站RS3在RS2的覆盖范围内。订户站SS7和SS8由RS3提供服务。中继站(RS)被引入MR基站(MR-BS)与一个或多个订户站(SS)(例如，移动订户站)或一个或多个附加的下级中继站之间。

图1中所示的中继站部署可以用于在各种系统的实施中实现一些优点。例如，可以通过用多个高速率、可靠的链路替代低速率、不可靠的链路来提高吞吐量；可以将无线电覆盖范围扩大到孤立的网络服务区域；可以降低功耗以提高移动订户站的电池寿命；以及由于网络站的空间分布，可以实施有效的无线电资源使用和复用。其他优点包括增加的网络容量和改进的网络负荷分担(loadsharing)、由于较少的接入限制而带来的基站和小区站点的灵活布局、以及通过多路径冗余带来的更好的网络容错性和空间分集。

中继站可以被分类为固定的、游牧式的或移动的。固定中继站被永久地安装在一个位置处；游牧式中继站可以移动，但是当进行操作时是固定地。移动中继站可以位于诸如公共汽车、火车或轮船等交通工具上，并且用于在交通工具固定或移动时操作。中继站可以根据其转发策略来分类。中继站转发策略的实例包括：放大-转发，其中放大-转发中继站用作模拟转发器并且放大-转发中继站可能增大信号噪声；解码-转发，其中解码-转发中继站对接收到的PDU进行解码、重新编码并重新发送接收到的PDU；以及解码-重新编码，其中解码-重新编码中继站对接收到的PDU进行解码并构造与源码字不同的码字。解码-重新编码中继站允许智能转发(smartforwarding)，可以利用在不同网络跳上使用不同调制和编码方案的自适应传输，并且可以分担避免和减轻干扰的方案。后两个中继站转发策略可以通过网络路径经历解码误差的传播，这可能导致在目的地的错误决定。

可以实施各种中继站应用方法。在一种实施方式中，中继站被配置并作为信号转发器(其在蜂窝网络内的网络路径中进行操作)进行操作，并且网络路径中的每个中继站仅依赖于通过其直接路径前身发送至其的PDU。这样的中继方法可以用于降低PDU源与其目的地之间的端到端网络路径损耗。在另一种实施方式中，空间分布的中继站被配置并操作以彼此合作来提供空间分集。更具体地，在目的地接收到的中继站传输可以被结合起来以实现空间分集。在基站、订户站或中继站处没有多个天线单元的集成的情况下以及在不需要由天线阵列单元接收到的对于最佳性能信号的非相关信号的情况下，经由在空间分布的中继站之间的合作的该空间分集不同于经由天线阵列实现的空间分集。在不满足用于基于天线阵列的空间分集的这些条件的情况下，可选地，经由空间分布的中继站之间的合作的空间分集通过使天线阵列单元分布在基站、订户站或中继站之间以形成“虚拟”天线阵列。

中继站在当前和未来的蜂窝网络内的部署提出了结合网络中的各种特征(诸如PDU路由、无线电资源管理、高级天线技术的使用、网络管理、网络安全性和空间分集)的许多技术挑战。为了便于中继站的部署，需要新的网络子系统和方法。另外，最理想的是，将中继方法的特征添加到一些蜂窝网络中，对订户站和基站的现有设计作出最少的改变。

在该申请中描述了用于在无线多跳中继通信系统中的无线电资源管理的各种特征。一个实例是涉及蜂窝网络容量问题而不涉及点对点信道容量问题的无线电资源管理(RRM)。RRM涉及设计程序、算法和数据结构，其引导、控制并利于网络基于无线电的通信链路的最优利用。有效的动态RRM方法可以用于以幅度为阶数增加网络容量。RRM可以用在受同信道干扰限制的蜂窝系统中。

其中，用于当前的RRM程序、算法和数据结构的应用实例包括：其中，减轻由于同信道干扰、噪声、信号传播距离、遮蔽、多路径和多普勒频移造成的信号衰减和信号退化；无线电或网络连接许可控制；用于PDU传输的帧元的调度和分配；小区设计、小区分段、和小区到小区切换；功率控制和分配；自适应调制和误差控制编码；固定和动态信道频率选择和分配；以及带宽预留和服务质量保证。还在该申请中描述了用于无线电资源复用的技术。

图2示出了在排列为两个小区群的两组七个六角形小区中的频率复用的实例。在一个群中的每个小区包括由Cell_i表示的基站或中继站，其中，下标i＝0，...，6。在一个群中的每个基站或中继站被允许使用所分配的无线电资源(例如，频率、时隙等)的七个独立子集中的一个。具有相同下脚标i的基站和中继站使用相同的一组无线电资源。无线电资源可以在与第一个至少相隔复用距离的另一小区中被复用，该复用距离是小区之间的干扰不会破坏接收处到某个点的距离，在所述的某个点处，不能从接收到的合成信号中提取有用信号。无线电资源复用概念允许在不同小区群中的基站和中继站同时使用并共享一组无线电资源，从而增大网络容量。

在各种实际的系统部署中，在蜂窝网络内的主要干扰可以被分为同信道干扰(CCI)和邻信道干扰(ACI)。当在邻近的小区群内的发射机在接收机的频率上同时进行发送并且发射机在接收机的接收范围内时，CCI通常由接收机观察。CCI可以通过将发射机的间隔限制为大于复用距离或者通过使用划分无线电之间的发送和接收时间的一些手段来控制，使得一次仅有一个(CCI)是发射机操作的。如果两个发射机在相邻频带内进行操作，则可以导致ACI。ACI导致来自在频率上相邻的信号的频谱分量在某个时候并不完全独立。例如，ACI会由于非理想的调制解调器过滤特性而产生。这可以通过调制方案的明智设计和过滤器设计来最小化。

在该申请中所描述的系统、设备和方法可以被实施以实现一个或多个优点或益处。例如，中继站的部署可能导致在一些系统中的网络容量减小，这是因为PDU可以被中继多次，并且因此，占据多个帧元。具有中继站的网络的容量基本上可以通过在不同的独立网络链路中复用帧元来提高。RRM方面涉及帧元在配备有中继站的多跳蜂窝网络内的分配、传输和复用。在该申请中所描述的系统、设备和方法可以被实施以提供多跳蜂窝网络内的帧元分配、传输和复用的方法。在一些实施方式中，帧元可以用于更好地支持在基站、中继站和订户站之间发生的中继PDU传输，其中，中继站和订户站可以是固定的、游牧式的和/或移动的。在该申请中所描述的系统、设备和方法还可以被实施以提供增大的网络容量并提高各个中继站传输的频谱效率。例如，在一些实施方式中，可以使用一种所公开的用于帧元分配、传输和复用的方法以使干扰最小化，使得在相同网络小区内没有基站、订户站或中继站可以使用相同的帧元同时进行发送和接收。帧元可以由基站、订户站和中继站空间复用。另外，当可用的带宽和所允许的延迟有限制时，帧元的总数可以被保持在最小值。

在无线蜂窝网络(诸如图1(示出了具有被添加来支持多跳PDU中继的中继站的示例性无线蜂窝网络C的一部分)中所示的示例性网络)中可以实现所描述的各种特征。该示例性网络包括一个基站(BS)和三个中继站(RS1、RS2和RS3)。基站和中继站一起工作为订户站(SS1至SS8)提供无线电覆盖。圆圈围住BS和RS的覆盖范围。例如，所示的订户站SS3和SS4在RS1的覆盖范围或小区内且在BS小区的外部边缘。

在图1中，订户站SS1和SS2直接由基站提供服务，而不跳过任何中继站。基站经由RS2与SS5和SS6进行通信，所以来自基站的下行链路PDU首先被发送至RS2，RS2接着将PDU发送至SS5和SS6。用于SS7和SS8的基站下行链路PDU经由RS2和RS3通过两个跳。基站经由RS1与SS3和SS4进行通信，因此，DL PDU首先被从BS发送至RS1，RS1接着将PDU发送至SS3和SS4。

图3示出了图1的示例性网络的图表结构。图3的网络图表由三元组C＝(N，L，R)限定，其中，N、L和R被如下限定。集合N是网络由基站、订户站和中继站组成的M元节点集合：

N＝{n₁，n₂，n₃，n₄，n₅，n₆，...，n₁₂}

＝{BS，RS1，RS2，RS3，SS1，SS2，...，SS8}

集合L是由节点对组成的网络链路集；每对表示在网络内的一条链路连接，即，

L＝{(BS，SS1)，(BS，SS2)，(BS，RS1)，...，(RS3，SS7)，(RS3，SS8)}

矩阵R包含链路秩或权值；R中的每个元素对应于链路L。

图4A示出了用于图1的无线蜂窝网络的链路秩矩阵R。对于图3的网络，在秩矩阵R内的零值表示在网络节点对之间不存在链路。非零链路秩可以是任何无线电资源测量值或表示网络链路质量的组合。例如，值BS-RS1(R中的第1行第2列)可以包含四位链路质量值，诸如：

SINR(BS-RS1)表示信号功率与网络链路BS-RS1的干扰加噪声之比的估计，以及α_i，i＝1，2，3指定SINR确定区域边界。

从源节点到汇节点(sink node)的跳跃长度(hop-length)P的网络路径是P条链路的序列。在C内的网络路径基本上意味着在一条路径上的所有节点仅被遍历一次。在C内的网络路径不包括圆圈意味着路径上的初始节点和最终节点是不同的。网络路径的秩被限定为其链路秩的总和。

假设N_subnet是N的子集。C的子网络C_subnet是从集合差N-N_subnet得到的。具体地，C_subnet是通过去除与N_subnet相关联的所有节点和链路而得到的。例如，图3示出了从集合差得到的子网络

N-N_subnet＝

＝N-{BS，RS1，RS2，SS1，SS2，SS3，SS4，SS5，SS6}

用于多跳连接线识别的示例性方法

图4B示出了用于图1的无线蜂窝网络的一跳连接矩阵。图4C示出了用于图1的无线蜂窝网络的5跳连接矩阵。

用于任意M节点网络C＝(N，L，R)的1跳网络连接矩阵C⁽¹⁾被限定为M*M矩阵 $C^{\left(1\right)}={\left\{c_{\mathrm{ij}}^{\left(1\right)}\right\}}_{i,j=1}^M,$ 其中

C⁽¹⁾可以通过将特定1位量化映射应用于R的元素而从图4A的秩矩阵R获得。图4B示出了用于图1的示例性网络的一跳网络连接矩阵C⁽¹⁾。

更普遍地，网络C的m跳连接矩阵由M*M矩阵 $C^{\left(M\right)}={\left\{c_{\mathrm{ij}}^{\left(M\right)}\right\}}_{i,j=1}^M$ 限定，其中

元素c_ij ^(m)是使用迭代方程计算得到的

$c_{\mathrm{ij}}^{\left(m\right)}=c_{\mathrm{ij}}^{(m-1)}+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{ij}}^{\left(m\right)},m\≥2$

其中，

当i≠j且 $c_{\mathrm{ij}}^{(m-1)}=0$ 时

图4C示出了用于图1和图2的示例性网络的5跳网络连接矩阵C⁽⁵⁾。图10示出了用于计算5跳网络连接矩阵C^(m)一个示例性方法的流程图。

示例性蜂窝网络物理层

所描述的各种特征可以应用于正交频分复用(OFDM)、正交频分多址(OFDMA)、和时分双工(TDD)。以下将描述用于这些技术的物理层的实例。

OFDM是用于多载波数据传输的技术，其对于多个无线网络物理层已被标准化。在OFDM中，所分配的信道被分成多个正交子信道。每个子信道具有相等的带宽，并且以子载波信号的唯一频率为中心。由于任意两个子载波的内积等于零，子载波信号是正交的。正交子载波信号的频率以相等且最小距离相隔，所以子载波信号的数据调制实现了最佳带宽效率。相比较，用于多载波数据传输的频分复用利用非正交子载波信号，因此，浪费了所分配信道带宽的很多分段以隔离子载波信号频谱。

OFDMA是OFDM的多用户版本。通过将正交子载波的多个子集分配给各个订户站来在OFDMA中实现多址。OFDMA可以被描述为频域和时域多址的结合，其中，在时频空间上划分无线电资源，并且沿着OFDM符号索引以及OFDM子载波索引分配网络用户数据突发。在蜂窝网络内增加中继站考虑到利用时域、频域和空间域多址的OFDMA。可能发生在几个订户站、基站或中继站之间的同时数据传输，如果它们在空间上被分散并且它们彼此的干扰在特定阈值以下。

OFDMA物理层可以被配置为使用时分双工(TDD)。为了对抗干扰问题，TDD使用全系统(system-wide)同步。在与频分双工(FDD)进行比较时，TDD具有一些优点。例如，TDD有效地支持用于下行链路(DL)和上行链路(UL)信号的非对称带宽；TDD能够使信道交互作用更好支持链路自适应、MIMO和其他信号处理方法；TDD仅将单个信道用于DL和UL信号，从而为各种频谱使用要求提供灵活性；以及用于TDD系统的收发器设计没有FDD复杂。

示例性帧结构和元素

在此分部中描述了基于示例性OFDMA帧结构的应用。

OFDMA帧包括DL和UL传输。图5A示出了基于TDD的用于物理层的示例性OFDMA帧结构。每个帧被分为DL子帧和UL子帧，其分别被发送转换间隙(TTG)和接收转换间隙(RTG)分隔开。这两个间隙防止了DL和UL传输冲突。每个子帧由多个帧元组成。这些帧元是可以被分配、发送和复用的无线电资源。图5B示出了示例性的部分使用的OFDMA TDD帧。

图5A和图5B示出了用于区带、突发、槽、子信道、子信道组、符号和段的示例性OFDMA帧元。

区带：

OFDMA帧包括一个或多个区带。区带是一个完整的逻辑部分或OFDMA帧的分区(partition)。存在不同类型的DL和UL区带。区带可以使用所有OFDM信号子信道或仅使用一个子集的子信道。使用所有OFDM信号子信道的区带被称为全使用子信道(FUSC)区带；使用一个子集的子信道的区带被称为部分使用子信道(PUSC)区带。参见用于在DL子帧内的示例性PUSC区带的图5B。

突发：

区带包括DL或UL突发。突发是在使用特定数量的子信道(频率)和特定数量的OFDM符号(时隙)的区带内的区域。参见作为实例的图5A和图5B。

槽：

突发包括槽。槽是在基于OFDMA的系统内的最小可能数据分配单位，并且以时间和频率来限定。槽具有一个子信道，并且可以包括多个OFDM符号(取决于区带类型)。参见作为实例的图5A。

子信道：

子信道是在频域内的最小逻辑分配单位，并且具有一个或多个子载波，这一个或多个子载波通常是不相邻的载波并且其顺序在突发内可以随着OFDM符号而改变。图5A和图5B示出了关于多个帧的N个子信道。

子信道组：

子信道组由一个或多个子信道组成。参见作为实例的图5B。

符号：

符号是时域内的最小分配单位。图5A示出了由L个符号和M个符号组成的DL子帧和UL子帧。

段：

段是OFDMA子信道组的集合。图5B示出了DL子帧内的三个段。

OFDMA帧可以具有管理帧元的使用的多个控制字段。在图5C内示出了示例性控制字段。

前导：

前导用于DL同步(帧定时获取、频率偏移估计、符号定时估计)和信道估计，并且是OFDMA帧的第一OFDM符号。作为实例，前导可以是二相相移键控(BPSK)调制的前导或者为其他调制方式。前导是所有网络接收机已知的参考字段。

帧控制报头(FCH)：

FCH在前导字段之后，并且使用四相相移键控(QPSK)速率1/2信道编码和四重重复编码(具有连续逻辑子信道编号的四个子信道)来发送。FCH提供了帧配置信息，诸如以下：在第一DL-PUSC区带上所使用的子信道组和DL-MAP(媒体存取协议)信息。DL-MAP包括所使用的子信道、在DL-MAP中所使用的子信道重复编码、在DL-MAP中所使用的信道编码、和DL-MAP长度。

DL-MAP和UL-MAP：

DL-MAP和UL-MAP分别为DL子帧和UL子帧提供帧元分配和其他控制信息。DL/UL映射以报头信息开始，报头信息之后有一个或多个DL-MAP/UL-MAP信息元(DL-MAP/UL-MAP IE)。

UL测距：

UL测距子信道被分配给订户站或中继站以执行闭环时间、频率、和功率调节以及带宽请求。四种类型的测距被限定：在SS进入网络时的初始测距；在连接被建立之后的周期性测距、切换测距和带宽请求。

UL信道质量指示符信道(CQICH)：

UL CQICH由订户站或中继站使用以反馈信道状态信息。

UL ACK：

UL ACK由订户站或中继站使用以反馈DL混合-ARQ确认。

帧元分配

在一些实施方式中，基站可以用于为了在基站、中继站和订户站之间的所有PDU传输而分配帧元(槽、突发、区带、子信道、子信道组等)。通过基站进行的帧元分配可以基于一个或多个因素：(1)如链路秩矩阵R(图4A)和/或链路连接矩阵(图4B和图4C)的元素表示的链路质量，(2)将发送的PDU的大小，以及(3)RS可以支持并转发至其覆盖范围内的其他基站、订户站和中继站的PDU的类型(由帧控制字段描述)。

基站可以基于基站和中继站和订户站的位置和空间分布分配帧元。每当通信网络站的空间分布使得其彼此的同信道干扰在一定合理水平以下时，基站可以同时使用或复用帧元。例如，图1中的RS1和RS3的小区覆盖范围不会重叠。因此，用于RS1和RS3的帧元可以同时用于进一步提高网络容量和吞吐量。

基站可以被预先配置有网络链路连接信息或者可以被操作以获取网络链路连接信息。这样的网络链路连接信息表示其从属中继站的覆盖区域。使用网络链路连接信息，基站可以将DL子帧元最佳地分配给其从属中继站。例如，假设存在不具有重叠的下行链路覆盖范围的两个或多个中继站(例如，图1或图2的RS1和RS3)，也就是说，它们彼此的同信道干扰在一定的合理水平以下。使用如在链路秩矩阵R和/或连接矩阵中(参见图4A、图4B和图4C)的链路连接信息，基站可以命令中继站RS1和RS3同时使用或复用相同帧元，以将其下行链路PDU传输至其各自覆盖范围内的订户站。

基站可以预先配置有网络链路连接信息或者可以被操作以获取网络链路连接信息。这样的网络链路连接信息表示其从属中继站的覆盖区域。使用网络链路连接信息，基站可以将UL帧元最佳地分配给其从属中继站。例如，假设存在不具有重叠的下行链路覆盖范围的两个或多个中继站(例如，图1或图2的RS1和RS3)，也就是说，它们彼此的同信道干扰在一定的合理水平以下。使用如在链路秩矩阵R和/或连接矩阵中(参见图4A、图4B和图4C)的链路连接信息，基站可以命令中继站RS1和RS3同时使用或复用相同帧元，以将其下行链路PDU传输至其各个覆盖区域内的BS和RS21。

用于单帧中继的帧元传输

基站可以被配置为具有选择单帧中继(SFR)方法的选项。在单帧中继(SFR)方法中，在BS与其从属中继站和订户站之间的DL和UL传输可以使用单个OFDMA帧来进行。在源到汇网络路径上的中继站必须彼此同步，所以PDU在网络路径内快速地从一站跳到另一站。

图6A示出了用于SFR方法的示例性DL子帧结构。图6B示出用于SFR方法的示例性UL子帧结构。

图7A示出了用于可以用于利于帧元复用的SFR方法的示例性子帧。图7B阐明了帧槽由于RS1和RS3的空间分布如何被RS1和RS3复用。使用SFR方法，源到汇PDU传输时间比多帧中继方法(以下描述)少，但可能需要更复杂的硬件，所以具有一条路径的中继站可以处理在特定的时间间隔内接收到的PDU。

用于单帧中继的DL子帧传输

参考图7A、图7B以及图8和图9中的流程图，以下描述了单帧中继方法的用于DL子帧元的分配和传输的步骤。

在步骤92中，基站初始化由三元组C＝(N，L，R)限定的网络图表。集合N是网络的M元节点集合，其由基站、订户站和中继站组成，集合L是由节点对组成的网络链路集合；每对表示在网络内的一条链路连接，矩阵R包括链路秩或权值；R中的每个元素对应于C内的一条链路L。网络C包括所有网络节点，基站为所有网络节点分配帧元以承载PDU传输。

在步骤94中，基站获得将发送至以上限定的其服务网络C内的节点的一个或多个PDU。

在步骤96中，基站在服务网络C的节点N内根据PDU的目的节点对这些PDU进行分组。

在链路集合L内的所有链路的秩或权值都包含在链路秩矩阵R内。在步骤98中，基站首先更新链路秩矩阵R(参见图4A)。链路秩矩阵R可以容易地根据链路质量估计更新，这些链路质量估计通过中继站和订户站经由其UL信道质量指示符信道被返回至基站。以下，这被描述并在图9中由指向框94的水平箭头示出。使用更新后的R，基站接着更新m跳连接矩阵C^(m)(图4C)。在图9中示出了基于R的更新来更新C^(m)的方法的流程图。该过程可以被实现为由L.E.Miller发布的算法的应用，“Multihop Connectivity of ArbitraryNetworks(任意网络的多跳连接性)”，无线通信技术组，NIST，Tech报告(2001年3月)。

在一个实施例中，网络C可以包含移动和/或游牧式中继站和订户站，所以节点集合N和链路集合L可以改变。因此，使用图9的方法，在不同的时间间隔处获取并更新C^(m)。在另一个实施例中，基站可被预先配置有C^(m)。例如，如果所有网络中继站和订户站处于固定位置，则基站可以被预先配置有固定C^(m)，并且仅需要更新R。

使用在R内更新后的链路秩、更新后的链路连接矩阵C^(m)、以及适合的排序算法，基站接着进行秩评定并选择用于将PDU发送至其目的地的最佳路径。更具体地，多个候选路径可以存在于基站与期望的PDU目的节点之间。使用R和C^(m)，基站可以对所有候选路径进行秩评定，并且选择最佳路径。例如，图3示出了从基站至订户站SS6的两条可行路径，一跳和两跳路径都存在。基站可以将链路秩BS-SS6用于一跳路径以及将链路秩BS-RS2和RS2-SS6的简单总和用于两跳路径来对两跳路径进行秩评定。

使用秩评定算法的输出，基站接着最佳地分配或分派将由在其服务网络C内的中继站和订户站使用的帧元(槽、突发、区带、子信道、子信道组和段)。然后，基站基于最佳的帧元分配来构造DLMAP和UL MAP。

在另一个实施例中，路径分集可以通过接收中继站和订户站来实现。例如，参考图7A，可以看到，帧突发被分配用于如上所述的至SS6的两条路径。一条标明为“直接的BS至SS6路径”，另一跳标明为“中继的BS至SS6路径”。为了简明，在图7A中仅标明了RS2DL突发。BS DL突发是BS-DL区带的BS-RS2突发。在图7A中也以类似的方式标明用于两跳路径的UL突发。基站可以使用两条路径或两条路径中的一条。因此，采用路径分集的信号处理方法可以在订户站SS6中被实施。

在步骤100中，基站构造并发送DL子帧的BS前导。BS前导是图3的示例性网络C内的所有接收机已知的参考信号。其由基站的一跳中继站(RS1，RS2)和其一跳订户站(SS1，SS2，SS3，SS6)用于DL同步(帧定时获取、频率偏移估计、符号定时估计)以及链路或信道质量估计。RS1、RS2、SS1、SS2、SS3和SS6使用BS前导，以获得如在图4A的链路秩矩阵的第一行中所限定的链路质量估计BS-RS1、BS-RS2、BS-SS1、BS-SS2、BS-SS3和BS-SS6。这些链路质量估计可以在UL帧内返回至基站，所以基站可以更新R。

在步骤102和步骤104中，基站构造并发送DL子帧的BS DL区带。如图7A所示，BS DL区带由将由基站发送至其一跳中继站(RS1、RS2)和其一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)的FCH、DL-MAP、UL-MAP和DL突发组成。用于基站DL和UL区带的DL和UL突发分配由BS使用在BS下行链路映射(DL-MAP)和BS上行链路映射(UL-MAP)内的信息元(IE)来指定。图5C示出了DL-MAP和UL-MAP及其在分配突发时的使用的示例性组合。基站的一跳邻居(RS1、RS2、SS1、SS2、SS3、SS6)接收BS DL区带，并基于在其DL-MAP和UL-MAP部分中的帧元使用命令来准备接收DL数据和发送UL数据。根据步骤98，这些MAP由BS得到。

在步骤106中，中继站RS2构造并发送DL子帧的RS2前导。RS2前导是图2的示例性网络C内的所有接收机已知的参考信号。其由中继站RS2的一跳中继站(RS3)和其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)用于DL同步(帧定时获取、频率偏移估计、符号定时估计)以及链路或信道质量估计。RS3、SS5、SS6和SS8使用RS2前导以获得如在图4A的链路秩矩阵的第三行中所限定的链路质量估计RS2-RS3、RS2-SS5、RS2-SS6和RS2-SS8。这些链路质量估计可以在UL帧内被返回至基站，所以基站可以更新R。

在步骤108和步骤110中，中继站RS2构造并发送DL子帧的RS2DL区带。如图7A所示，RS2DL区带由将由RS2发送至其一跳中继站RS3和其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)的FCH、DL-MAP、UL-MAP和DL突发组成。用于RS2DL和UL区带的DL和UL突发分配由RS2使用在RS2下行链路映射(DL-MAP)和RS2上行链路映射(UL-MAP)内的信息元(IE)指定。RS2的一跳邻居(RS3、SS5、SS6、SS8)接收RS2DL区带，并且基于在其DL-MAP和UL-MAP部分内的帧元使用命令准备接收DL数据并发送UL数据。这些MAP最初由BS根据步骤98得到，所以RS2用作BS的MAP转发节点。

在步骤112中，中继站RS1和RS3同时构造并发送DL子帧的RS1前导和RS3前导。RS1前导是由所有网络接收机已知的参考信号。其由SS3和SS4用于DL同步(帧定时获取、频率偏移估计、符号定时估计)和信道估计。SS3和SS4可以使用RS1前导以获得如图4A的链路秩矩阵的第二行中所限定的链路质量估计RS1-SS3和RS1-SS4。RS3前导是所有网络接收机已知的参考信号。其由SS7和SS8用于DL同步(帧定时获取、频率偏移估计、符号定时估计)和信道估计。SS7和SS8可以使用RS3前导来获得如图4A的链路秩矩阵的第四行中所限定的链路质量估计RS3-SS7和RS3-SS8。这些链路质量估计在UL帧内可以被返回至基站，所以基站可以更新R。

在步骤114和步骤116中，中继站RS1和RS3构造DL子帧的RS1 DL区带和RS3 DL区带。由于RS1和RS3的空间分布，使用相同的帧元来同时发送用于RS1和RS3的下行链路区带(为了清楚，参见图7B)。RS1 DL区带由将通过RS1发送至其一跳订户站(SS3、SS4)的FCH、DL-MAP、UL-MAP和DL突发组成。RS3DL区带由将通过RS3发送至其一跳订户站(SS7、SS8)的FCH、DL-MAP、UL-MAP和DL突发组成。为了清楚，在图7A中未示出这些字段。如果示出，它们会具有与用于RS2 DL区带的结构类似的结构。用于RS1 DL和UL区带的DL和UL突发分配由RS1使用在RS1下行链路映射(DL-MAP)和RS1上行链路映射(UL-MAP)内的信息元(IE)来指定。用于RS3 DL和UL区带的DL和UL突发分配由RS3使用在RS3下行链路映射(DL-MAP)和RS3上行链路映射(UL-MAP)内的信息元(IE)指定。RS1的一跳邻居(SS3、SS4)接收RS1 DL区带，并且基于在其DL-MAP和UL-MAP部分内的帧元使用命令来准备接收DL数据和发送UL数据。RS3的一跳邻居(SS7、SS8)接收RS3 DL区带，并且基于在其DL-MAP和UL-MAP部分内的帧元使用命令来准备接收DL数据和发送UL数据。RS1和RS3 MAP最初由BS根据步骤98得到，所以RS1和RS3用作BS的MAP转发节点。

用于单帧中继的UL子帧传输

参考图7A、图7B以及图8和图9中的流程图，以下描述了单帧中继方法的分配和发送UL子帧元的步骤。

在步骤118和步骤120中，中继站RS 1的一跳订户站(SS3、SS4)和RS3的一跳订户站(SS7、SS8)同时构造UL子帧的RS1 UL区带和RS3 UL区带。RS1 UL区带由将从一跳订户站(SS3、SS4)发送至RS1的数据突发组成。RS3 UL区带由将从一跳订户站(SS7、SS8)发送至RS3的数据突发组成。由于RS1和RS3的空间分布，使用相同帧元同时发送RS1和RS3的上行链路区带(为了清楚，参见图7B)。用于RS1和RS3 UL区带的突发分配使用在步骤114中接收到的RS1上行链路映射(UL-MAP)和RS3上行链路映射(UL-MAP)内的信息元来指定。用于RS1的UL-MAP的信息经由从BS至RS1的一跳DL突发从基站获得。用于RS3的UL-MAP的信息经由从BS至RS2至RS3的两跳DL突发从基站获得。

用于RS1和RS3的上行链路区带还包括RS1 UL测距子信道、RS3 UL测距子信道、RS1 UL CQICH(信道质量指示符信道)、RS3UL CQICH、RS1 UL ACK子信道以及RS3 UL ACK子信道。为了清楚，在图7A中未示出这些字段。如果示出，它们会具有与RS2 UL区带中示出的结构类似的结构。

RS1 UL测距子信道由RS1的一跳订户站(SS3、SS4)使用，以执行闭环时间、频率和功率调整以及带宽请求。RS3 UL测距子信道由RS3的一跳订户站(SS7、SS8)使用以执行闭环时间、频率、和功率调节以及带宽请求。

RS1 UL CQICH(信道质量指示符信道)由RS1的一跳订户站(SS3、SS4)使用以将信道状态信息反馈至RS1。具体地，链路质量估计RS1-SS3和RS1-SS4如图4A的链路秩矩阵的第二行中所限定的。基站可以使用这些估计来更新图4A中所示的链路秩矩阵R。

RS3 UL CQICH(信道质量指示符信道)由RS3的一跳订户站(SS7、SS8)使用以将信道状态信息反馈至RS3。具体地，链路质量估计RS3-SS7和RS3-SS8如图4A的链路秩矩阵的第四行中所限定的。基站可以使用这些估计来更新图4A中所示的链路秩矩阵R。

RS1 UL ACK由RS1的一跳订户站(SS3、SS4)使用以将DL混合-ARQ确认反馈至RS1。RS3UL ACK由RS3的一跳订户站(SS7、SS8)使用以将DL混合-ARQ确认反馈至RS3。

在步骤122和步骤124中，中继站RS2的一跳中继站(RS3)和一跳订户站(SS5、SS6、SS8)构造并发送UL子帧的RS2 UL区带。RS2 UL区带由将从RS2的一跳中继站及其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)发送至RS2的数据突发组成。用于RS2 UL区带的突发分配使用RS2上行链路映射(UL-MAP)字段内的信息元来指定。

RS2 UL测距子信道由RS2的一跳中继站(RS3)及其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)使用以执行闭环时间、频率和功率调节以及带宽请求。

RS2 UL CQICH(信道质量指示符信道)由RS2的一跳中继站(RS3)及其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)使用以将信道状态信息反馈至RS1。具体地，链路质量估计RS2-RS3、RS2-SS5、RS2-SS6和RS2-SS8如图4A的链路秩矩阵的第三行中所限定的。基站使用这些估计来更新图4A中所示的链路秩矩阵R。

RS2 UL ACK由RS2的一跳中继站(RS3)及其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)使用以将DL混合-ARQ确认反馈至RS2。

在步骤126和步骤128中，基站BS的一跳中继站(RS1、RS2)和一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)构造并发送UL子帧的BS UL区带。BS UL区带由将从BS的一跳中继站(RS1、RS2)及其一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)发送至BS的数据突发组成。用于BS UL区带的突发分配可以使用在BS上行链路映射(UL-MAP)内的信息元来指定。

BS UL测距子信道由基站的一跳中继站(RS1、RS2)及其一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)使用以执行闭环时间、频率和功率调节以及带宽请求。

BS UL CQICH(信道质量指示符信道)由基站的一跳中继站(RS1、RS2)及其一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)使用以将信道状态信息反馈至BS。具体地，链路质量估计BS-RS1、BS-RS2、BS-SS1、BS-SS2、BS-SS3和BS-SS6如图4A的链路秩矩阵的第一行中所限定的。基站使用这些估计来更新图4A中所示的链路秩矩阵R。

BS UL ACK由基站的一跳中继站(RS1、RS2)及其一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)使用以将DL混合-ARQ确认反馈至BS。

用于多帧中继的帧元传输

在一些实施方式中，基站可以被配置为具有选择多帧中继(MFR)方法的选项。在多帧中继(MFR)方法中，在BS与其从属中继站和订户站之间的DL和UL传输的发生可以使用两个或多个帧。在网络路径中的中继站可以从其父BS或RS接收PDU，并且使用后一帧或一个序列的帧来将PDU转发至其子RS或订户站。图10A和图10B示出用于MFR方法的示例性帧结构。图10C示出了在MFR方法中由于RS1和RS3的空间分布而导致的时隙复用。

使用MRF方法，源到汇PDU传输时间比单帧中继(SFR)方法更长，但通常需要不太复杂的硬件。MFR方法的关键益处是中继站具有更多时间来处理它们接收的PDU。因此，信号处理可以在成本低的软件而不是硬件中实施。如果信号处理在软件而不是专用硬件中实施，则更容易降低中继站大小、重量和功率。由于所增加的PDU处理时间，所以MFR方法还利于如上所述的更复杂的编码和再编码中继站的实施方式。

第M帧传输

图11示出了用于动态帧元分配和复用的方法的流程图。图10A和图10B示出了MFR方法的示例性帧结构。图10C示出了在MFR方法中由于RS1和RS3的空间分布而导致时隙复用。参考图10A、图10C和图11中的流程图，以下描述了MFR方法的用于分配第m帧元的步骤。在该实例中，步骤192、步骤194、步骤196、步骤198、步骤200、步骤202、步骤204、步骤206、步骤208和步骤210被配置为分别执行图8中的步骤92、步骤94、步骤96、步骤98、步骤100、步骤102、步骤104、步骤106、步骤108和步骤110中的相同操作。

在步骤212和步骤214中，基站BS的一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)构造并发送UL子帧的BS UL区带。BS UL区带由将从BS的一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)发送至BS的数据突发组成。用于BS UL区带的突发分配可以使用在BS上行链路映射(UL-MAP)内的信息元来指定。

BS UL测距子信道由基站的一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)使用以执行闭环时间、频率和功率调节以及带宽请求。

BS UL CQICH(信道质量指示符信道)由基站的一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)使用以将信道状态信息反馈至BS。具体地，链路质量估计BS-SS1、BS-SS2、BS-SS3和BS-SS6如图4A的链路秩矩阵的第一行中所限定的。基站使用这些估计来更新图4A中的链路秩矩阵R。

BS UL ACK由基站的一跳订户站(SS1、SS2、SS3、SS6)使用以将DL混合-ARQ确认反馈至BS。

第(M+1)帧传输

参考图10B、图10C和图11的流程图，以下描述了MFR方法的用于分配第(m+1)个帧元的步骤。

在步骤216中，中继站RS1和RS3同时构造并发送DL子帧的RS1前导和RS3前导。RS1前导是所有网络接收机已知的参考信号。其由SS3和SS4用于DL同步(帧定时获取、频率偏移估计、符号定时估计)以及信道估计。SS3和SS4可以使用RS1前导来获得如图4A的链路秩矩阵的第二行中所限定的链路质量估计RS1-SS3和RS1-SS4。RS3前导是所有网络接收机已知的参考信号。其由SS7和SS8用于DL同步(帧定时获取、频率偏移估计、符号定时估计)以及信道估计。SS7和SS8可以使用RS3前导来获得如图4A的链路秩矩阵的第四行中所限定的链路质量估计RS3-SS7和RS3-SS8。这些链路质量估计在UL帧中可以被返回至基站，所以基站可以更新R。

在步骤218和步骤220中，中继站RS1和RS3构造DL子帧的RS1 DL区带和RS3 DL区带。由于RS1和RS3的空间分布，使用相同帧元来同时发送用于RS1和RS3的下行链路区带(为了清楚，参见图10C)。RS1 DL区带由将由RS1发送至其一跳订户站(SS3、SS4)的FCH、DL-MAP、UL-MAP和DL突发组成。RS3 DL区带由将由RS3发送至其一跳订户站(SS7、SS8)的FCH、DL-MAP、UL-MAP和DL突发组成。为了清楚，在图10B中未示出这些字段。如果示出，它们具有与图10A的RS2 DL区带的结构类似的结构。用于RS1 DL和UL区带的DL和UL突发分配由RS1使用在RS1下行链路映射(DL-MAP)和RS1上行链路映射(UL-MAP)中的信息元(IE)来指定。用于RS3DL和UL区带的DL和UL突发分配由RS3使用在RS3下行链路映射(DL-MAP)和RS3上行链路映射(UL-MAP)内的信息元(IE)来指定。RS1的一跳邻居(SS3、SS4)接收RS1 DL区带，并且基于在其DL-MAP和UL-MAP部分内的帧元使用命令来准备接收DL数据和发送UL数据。RS3的一跳邻居(SS7、SS8)接收RS3DL区带，并且基于在其DL-MAP和UL-MAP部分内的帧元使用命令来准备接收DL数据和发送UL数据。RS1和RS3 MAP最初由BS根据步骤198得到，所以RS1和RS3用作BS的MAP转发节点。

在步骤222和步骤224中，中继站RS1的一跳订户站(SS3、SS4)和RS3的一跳订户站(SS7、SS8)同时构造UL子帧的RS1 UL区带和RS3 UL区带。RS1 UL区带由将从一跳订户站(SS3、SS4)发送至RS1的数据突发组成。RS3 UL区带由将从一跳订户站(SS7、SS8)发送至RS3的数据突发组成。由于RS1和RS3的空间分布，使用相同帧元同时发送RS1和RS3的上行链路区带(为了清楚，参见图10C)。用于RS1和RS3 UL区带的突发分配使用在步骤218中接收到的RS1上行链路映射(UL-MAP)和RS3上行链路映射(UL-MAP)来指定。用于RS1的UL-MAP的信息是经由从BS至RS1的一跳DL突发从基站获得的。用于RS3的UL-MAP的信息是经由从BS至RS2至RS3的两跳DL突发从基站获得的。

用于RS1和RS3的上行链路区带还包括RS1 UL测距子信道、RS3 UL测距子信道、RS1 UL CQICH(信道质量指示符信道)、RS3UL CQICH、RS1 UL ACK子信道以及RS3 UL ACK子信道。为了清楚，在图10B内未示出这些字段。如果示出，它们具有与RS2 UL区带内所示的结构类似的结构。

RS1 UL测距子信道由RS1的一跳订户站(SS3、SS4)使用以执行闭环时间、频率和功率调节以及带宽请求。RS3 UL测距子信道由RS3的一跳订户站(SS7、SS8)使用以执行闭环时间、频率和功率调节以及带宽请求。

RS1 UL CQICH(信道质量指示符信道)由RS1的一跳订户站(SS3、SS4)使用以将信道状态信息反馈至RS1。具体地，链路质量估计RS1-SS3和RS1-SS4如图4A的链路秩矩阵的第二行中所限定的。基站可以使用这些估计来更新图4A中所示的链路秩矩阵R。

RS3 UL CQICH(信道质量指示符信道)由RS3的一跳订户站(SS7、SS8)使用以将信道状态信息反馈至RS3。具体地，链路质量估计RS3-SS7和RS3-SS8如图4A的链路秩矩阵的第四行中所限定的。基站使用这些估计来更新图4A中所示的链路秩矩阵R。

RS1 UL ACK由RS1的一跳订户站(SS3、SS4)使用以将DL混合-ARQ确认反馈至RS1。RS3 UL ACK由RS3的一跳订户站(SS7、SS8)使用以将DL混合-ARQ确认反馈至RS3。

在步骤226和步骤228中，中继站RS2的一跳中继站(RS3)和一跳订户站(SS5、SS6、SS8)构造并发送UL子帧的RS2 UL区带。RS2 UL区带由将从RS2的一跳中继站及其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)发送至RS2的数据突发组成。用于RS2 UL区带的突发分配是使用RS2上行链路映射(UL-MAP)字段内的信息元来指定的。

RS2UL测距子信道由RS2的一跳中继站(RS3)及其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)使用以执行闭环时间、频率和功率调节以及带宽请求。

RS2 UL CQICH(信道质量指示符信道)由RS2的一跳中继站(RS3)及其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)使用以将信道状态信息反馈至RS1。具体地，链路质量估计RS2-RS3、RS2-SS5、RS2-SS6和RS2-SS8如图4A的链路秩矩阵的第三行中所限定。基站使用这些估计来更新图4A中所示的链路秩矩阵R。

RS2 UL ACK由RS2的一跳中继站(RS3)及其一跳订户站(SS5、SS6、SS8)使用，以将DL混合-ARQ确认发送至RS2。

在步骤230和步骤232中，基站BS的一跳中继站(RS1、RS2)构造并发送UL子帧的BS UL区带。BS UL区带由将从BS的一跳中继站(RS1、RS2)发送至BS的数据突发组成。用于BS UL区带的突发分配可以使用在BS上行链路映射(UL-MAP)内的信息元来指定。

BS UL测距子信道由基站的一跳中继站(RS1、RS2)使用，以执行闭环时间、频率和功率调节以及带宽请求。

BS UL CQICH(信道质量指示符信道)由基站的一跳中继站(RS1、RS2)使用，以将信道状态信息反馈至BS。具体地，链路质量估计BS-RS1和BS-RS2如图4A的链路秩矩阵的第一行中所限定。基站使用这些估计来更新图4A中所示的链路秩矩阵R。

BS UL ACK由基站的一跳中继站(RS1、RS2)使用，以将DL混合-ARQ确认反馈至BS。

因此，一种用于在配备有基站、订户站和用于多跳协议数据单元(PDU)中继的中继站的无线蜂窝网络中进行帧元分配和复用的方法可以包括以下步骤。对基站(BS)进行操作，以获得将发送至该基站的服务网络内的订户站(SS)并基于其目的SS对PDU进行分组；BS根据链路质量度量(metric)对网络链路进行秩评定。还对BS进行操作以基于链路质量度量对所有候选BS到SS网络路径进行秩评定。对BS进行操作以从候选中选择最佳BS到SS网络路径。还对BS进行操作，以最佳地分配或分派将由所选的BS到SS网络路径内的中继站和订户站使用的帧元(槽、突发、区带、子信道、子信道组和段)。在该方法中，对基站进行操作以构造并发送DL MAP和UL MAP，所述的DL MAP和UL MAP指定所选的BS到SS网络路径内的站点所使用的帧元分配。

基于上述的特征和实例，在各个应用中可以使用一个或多个以下实施方式。在一个实施方式中，可以提供基站链路质量矩阵，其中，链路质量矩阵中的每个元素对应于一条网络链路并且对连接两个BS、RS或SS网络节点的链路的质量进行量化。在链路秩矩阵内的零值表示在网络节点对之间不存在链路；非零链路秩可以是任何无线电资源测量值或表示网络链路的质量的组合。

在另一个实施方式中，链路秩矩阵的矩阵元素从局部链路质量值或由RS和SS执行的估计来更新，并且通过至BS的单跳或多跳UL路径(信道质量指示符信道)返回至基站。

在另一个实施方式中，示例性网络中的所有接收机已知的DL前导或参考信号由中继站和订户站使用，用于DL同步(帧定时获取、频率偏移估计、符号定时估计)以及链路或信道质量估计。

在另一个实施方式中，可以在所描述的技术中使用基于链路秩矩阵内的值的适当的链路和路径秩评定算法。

在又一个实施方式中，m跳链路连接矩阵可以用于基站的服务网络。在链路连接矩阵内的元素量化用于所有网络节点的m及其以下的跳数。

在又一个实施方式中，链路秩矩阵的矩阵元可以用于计算m跳链路连接矩阵，而不取决于其他值。

在又一个实施方式中，基站可以被预先配置有m跳链路连接矩阵。例如，如果所有网络中继站和订户站都固定在某个位置，则基站可以被预先配置有固定的m跳链路连接矩阵。

在又一个实施方式中，基站可以被操作以获取并更新m跳链路连接矩阵。例如，如果网络包括移动和/或游牧式中继站和订户站，则节点和链路连接可以改变。

在又一个实施方式中，所描述的技术可以选择帧元的单帧或多帧分配。在单帧分配中，在BS及其从属中继站和订户站之间的DL和UL传输可以使用单帧来进行。在多帧分配中，BS及其从属中继站和订户站之间的DL和UL传输可以使用两个以上的帧来进行。

在又一个实施方式中，基站帧元分配可以基于一个或多个因素进行：(1)如由链路秩矩阵的元素表示的链路质量，(2)将传输的PDU的大小，以及(3)RS可以支持并转发至其覆盖范围内的其他基站、订户站和中继站的PDU的类型。

在又一个实施方式中，基站可以被操作以基于基站、中继站和订户站的位置以及空间分布来最佳地分配帧元。

在又一个实施方式中，基站可以被操作，以每当通信网络站的空间分布使得其彼此的同信道干扰在特定合理水平以下时，同时使用或复用帧元。

在又一个实施方式中，网络可以被配置为包括移动和/或游牧式中继站和订户站，并且在不同的时间间隔获取并更新m跳连接矩阵。

在又一个实施方式中，路径分集可以通过在复制的帧元被分配至SS和RS的独立路径时接收中继站和订户站来实施。

尽管该说明书包括许多细节，但是这些不应该被解释为对所要求的发明范围的限制，而是作为本发明的具体实施例所特有的特征的描述。在该说明书中根据各个实施例描述的一些特征还可以结合为单个实施例来实施。相反，根据单个实施例描述的各个特征还可以分开在多个实施例中实施或者以任何适合的子组合形式来实施。此外，尽管以上将特征描述为以某些结合起作用，并本身如最初所要求的一样，来自所要求的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中删除，并且所要求的组合可以针对子组合或子组合的变化。

仅公开了一些实施方式。然而，应该理解，可以进行变化和增强。

Claims (16)

1.一种用于在具有中继站的无线蜂窝网络中管理无线电资源的方法，包括：

对基站进行操作以提供基站链路质量矩阵，所述基站链路质量矩阵表示基站至从属于所述基站的至少一个或多个中继站与一个或多个订户站之间的链路的质量，其中，所述链路质量矩阵的每个元素对应于一条网络链路并且量化连接至从属于所述基站的至少一个或多个中继站与一个或多个订户站的链路的质量；以及

对所述基站进行操作，以基于所述基站至从属于所述基站的所述至少一个或多个中继站与所述一个或多个订户站之间的链路的质量分配信号传输中的帧元，

其中，基于所述基站、从属于所述基站的所述至少一个或多个中继站和所述一个或多个订户站的位置和空间分布，进一步分配信号传输中的所述帧元。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

对所述基站进行预先配置，以使基站链路质量矩阵基于在所述基站至从属于所述基站的所述至少一个或多个中继站与所述一个或多个订户站之间的链路的预定质量。

3.根据权利要求2所述的方法，包括：

对所述基站进行操作，以获取关于在所述基站至从属于所述基站的所述至少一个或多个中继站与所述一个或多个订户站之间的链路的网络链路信息；以及

使用所获取的网络链路信息来更新所述基站链路质量矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所获取的用于更新所述基站链路质量矩阵的网络链路信息从所述的从属于所述基站的所述至少一个或多个中继站和所述一个或多个订户站获得。

5.根据权利要求1所述的方法，包括：

对所述基站进行操作，以获取关于在所述基站至从属于所述基站的所述至少一个或多个中继站与所述一个或多个订户站之间的链路的网络链路信息；以及

使用所获取的网络链路信息来构造所述基站链路质量矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，包括：

对所述基站进行操作以继续获取所述网络链路信息；以及

使用所获取的网络链路信息来更新所述基站链路质量矩阵。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所获取的用于更新所述基站链路质量矩阵的网络链路信息是从所述的从属于所述基站的所述至少一个或多个中继站和所述一个或多个订户站获得的。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：

基于以下中的至少一个分配信号传输中的所述帧元：(1)链路质量、(2)将发送的协议数据单元(PDU)的大小、以及(3)从属于所述基站的中继站支持的PDU的类型。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号传输是单帧传输。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号传输是多帧传输。

11.根据权利要求1所述的方法，包括：

使用从属于所述基站的空间分布的中继站来彼此合作，以提供空间分集。

12.一种具有中继站的无线蜂窝网络，包括：

多个基站，构成基站网络以为订户站提供用于无线通信的无线电接入；

多个中继站，每个中继站与至少一个所述基站和另一个中继站进行通信，以扩展所述基站网络的无线覆盖范围，每个中继站建立至上级站的链路连接以连接至所述基站网络，所述上级站是不同的中继站或基站；以及

无线电资源管理机构，对每个基站进行操作以提供基站链路质量矩阵，所述基站链路质量矩阵表示在所述基站至从属于所述基站的至少一个或多个中继站与一个或多个订户站之间的链路的质量，其中，所述链路质量矩阵中的每个元素对应于一条网络链路，并且对连接至从属于所述基站的至少一个或多个中继站和一个或多个订户站的链路的质量进行量化，其中，所述无线电资源管理机构对所述基站进行操作，以基于所述基站至从属于所述基站的所述至少一个或多个中继站与所述一个或多个订户站之间的链路的质量分配信号传输中的帧元，其中，基于所述基站、从属于所述基站的所述至少一个或多个中继站和所述一个或多个订户站的位置和空间分布，进一步分配信号传输中的所述帧元。

13.根据权利要求12所述的网络，其中：

基于以下中的至少一个分配信号传输中的所述帧元：(1)链路质量、(2)将发送的协议数据单元(PDU)的大小、以及(3)从属于所述基站的中继站支持的PDU的类型。

14.根据权利要求12所述的网络，其中，所述信号传输是单帧传输。

15.根据权利要求12所述的网络，其中，所述信号传输是多帧传输。

16.根据权利要求12所述的网络，其中，所述无线电资源管理机构进行操作，以使用从属于所述基站的空间分布的中继站来彼此合作以提供空间分集。

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