CN101741432A - L1多天线中继站及其功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种L1多天线中继站及其功率控制方法。具体地，根据本发明的中继站包括：接收装置，用于接收来自基站的下行接收信号和来自用户设备的上行接收信号；发射装置，用于向基站发射上行发射信号，以及向用户设备发送下行发射信号；信息获取装置，用于与基站进行下行链路同步，获取基站的相关信息，以及获取基站伺服小区内所有用户设备的控制信息；路由用户设备选择装置，用于基于大尺度衰落准则或信噪比准则，确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合；功率控制装置，用于针对所确定的用户设备的集合内的用户设备，执行功率控制，部分或完全补偿中继站与基站间的大尺度衰落。

Description

L1多天线中继站及其功率控制方法

技术领域

本发明涉及蜂窝移动通信系统，更具体地，涉及一种L1中继站的多天线配置和功率控制方案，适用于使用中继技术的移动通信系统。

背景技术

随着信息技术的发展，移动终端对接入速率的需求越来越高，这使得未来移动通信系统要具有更高的传输速率，由此导致传统蜂窝小区覆盖面积的降低。无线中继的基本功能就是使用中继节点将基站的信号重新处理后再发送出去，扩展小区的覆盖范围，减少通信中的死角地区，同时还可以平衡负载，转移热点地区的业务。引入中继还可以节省终端的发射功率，从而延长电池寿命。在未来移动通信(3GPP、3GPP2)、无线局域网(WLAN)和宽带无线网络(IEEE 802.16j)等标准的制订过程中，都引入了中继的概念并考虑了中继辅助通信中存在的问题。

图1是示出了中继辅助通信系统的示意图。如图1所示，依据功能和协议栈的区别，中继站可以分为三种类型：L1、L2和L3。下面分别介绍这三种中继站所具有的功能和特点。

在这三种类型的中继站中，L1中继站21具有最少的功能，但由此所带来延迟也是最少的。这类中继站21主要是对接收信号放大后进行发射，没有对信号进行解调、译码、再生等基带处理，因此，这种方法不改变发射前后的信噪比，即对噪声和信号进行了等比例放大。因此，L1中继站21所处位置的信噪比将是其覆盖区域内终端(手机32)能够达到的接收信噪比上限。为了增强L1中继站21的功能，L1中继站21可以具有必要的测量与侦听功能，以实现对于信号的选择性放大和发射。

L2中继站21通过对接收数据的调解、译码、编码、发射来实现从信号源到接收端的传递。由于这类中继站21需要进行译码等基带处理，这使得信号经过L2中继时会产生比较大的延迟，同时也是由于中继站21上诸多基带处理的使用，使得中继发射信号的信噪比比基带处理之前有较大的提高。

与此相比，L3中继站22可以看作是一个基站，只不过这类中继站的后台业务需要通过相邻基站的路由来实现与网络侧的通信。L3中继站22同样也会有一些基带的处理，不同的是此时的终端(手机33和34)归属于L3中继站22所形成的小区。与L3中继站22不同的是，L1/L2中继站21不会生成新的小区，经过L1/L2中继21路由的终端(手机32)归属于与L1/L2中继21相连接的基站10所生成的小区。

从复杂度的角度来说，L1中继站实现复杂度最低，时延也最少。本发明提出了一种L1多天线中继站及其功率控制方案。

发明内容

本发明的目的在于提出一种L1多天线中继站及其功率控制方案。

根据本发明的第一方案，提出了一种中继站，包括：接收装置，用于接收来自基站的下行接收信号和来自用户设备的上行接收信号；发射装置，用于向基站发射上行发射信号，以及向用户设备发送下行发射信号；信息获取装置，用于与基站进行下行链路同步，获取基站的相关信息，以及获取基站伺服小区内所有用户设备的控制信息；路由用户设备选择装置，用于基于大尺度衰落准则或信噪比准则，确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合；功率控制装置，用于针对所确定的用户设备的集合内的用户设备，执行功率控制，部分或者且安全补偿中继站与基站间的大尺度衰落。

优选地，所述功率控制装置对于从基站接收到的下行信号和从用户设备接收到的上行信号，采用相同的功率补偿增益。

优选地，所述路由用户设备选择装置利用通过所述信息获取装置所获取的用户设备的控制信息，通过所述接收装置读取与上行链路功率控制参数传输相关的控制信道，估计基站伺服小区内所有用户设备各自的上行发射功率；通过所述接收装置测量基站伺服小区内所有用户设备的上行链路在中继站处的接收功率；利用测量到的接收功率和估计出的上行发射功率，估计每个用户设备到中继站的大尺度衰落；利用估计出的大尺度衰落和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

优选地，所述路由用户设备选择装置通过所述发射装置，在控制信道上，向基站伺服小区内所有用户设备广播中继站的下行发射功率；通过所述接收装置，接收基站伺服小区内所有用户设备估计并反馈的大尺度衰落；利用接收到的大尺度衰落和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

优选地，所述路由用户设备选择装置利用通过所述信息获取装置所获取的用户设备的控制信息，通过所述接收装置获取基站伺服小区内所有用户设备的资源分配信息；通过所述接收装置获取每个用户设备的参考信号的参数，对每个用户设备做中继站处的上行信噪比估计；利用估计出的上行信噪比和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

优选地，所述功率控制装置对于下行链路，利用通过所述信息获取装置所获取的用户设备的控制信息，通过所述接收装置读取所确定的用户设备的集合内的用户设备的控制信道，获取所确定的用户设备的集合内的用户设备的上行和/或下行资源分配信息；针对所确定的用户设备的集合内的每个用户设备，估计中继站处的下行接收功率；利用估计出的下行接收功率和通过所述信息获取装置所获取的基站相关信息中的基站发射功率，估计从基站到中继站的大尺度衰落；估计从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵；计算中继站处的收发机；计算所确定的用户设备的集合内的各用户设备在中继站处的功率分配，由此执行功率控制。

优选地，所述功率控制装置按照下式计算中继站处的收发机F_d：

$F_d=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_1$

其中，β_BR表示从基站到中继站的大尺度衰落，1/β_BR表示下行功率补偿增益，F₁表示中继站的下行接收机。

优选地，中继站的下行接收机F₁为：

F₁＝I

其中，I表示单位矩阵。

优选地，中继站的下行接收机F₁为：

$F_1=U_{\mathrm{BR}}\mathrm{\Λ}{U}_{\mathrm{BR}}^H$

$H_{\mathrm{BR}}=U_{\mathrm{BR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{BR}}{V}_{\mathrm{BR}}^H$

Λ＝I

其中，H_BR表示从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_BR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

优选地，所述功率控制装置对于上行链路，利用通过所述信息获取装置所获取的用户设备的控制信息，通过所述接收装置读取所确定的用户设备的集合内的用户设备的控制信道，获取所确定的用户设备的集合内的用户设备的上行和/或下行资源分配信息；针对所确定的用户设备的集合内的每个用户设备，估计中继站处的下行接收功率；利用估计出的下行接收功率和通过所述信息获取装置所获取的基站相关信息中的基站发射功率，估计从基站到中继站的大尺度衰落；估计从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵；计算中继站处的收发机；计算所确定的用户设备的集合内的各用户设备在中继站处的功率分配，由此执行功率控制。

优选地，所述功率控制装置按照下式计算中继站处的收发机F_u：

$F_u=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_2$

其中，β_BR表示从基站到中继站的大尺度衰落，1/β_BR表示上行功率补偿增益，F₂表示中继站的上行接收机。

优选地，中继站的上行接收机F₂为：

F₂＝I

其中，I表示单位矩阵。

优选地，中继站的上行接收机F₂为：

$F_2=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H$

Λ₂＝I

其中，H_UR表示从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_UR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

优选地，所述功率控制装置还通过信道的互逆性，利用从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵H_BR，获取从中继站到基站的上行信道的信道传输矩阵H_RB，

其中：中继站的上行接收机F₂为：

$H_{\mathrm{RB}}=U_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{RB}}{V}_{\mathrm{RB}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H$

$F_2=V_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

Λ₂＝I

其中，H_UR表示从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_RB的奇异值分解，

表示矩阵H_UR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

优选地，所述路由用户设备选择装置动态或半静态地更新所确定的用户设备的集合。

优选地，中继站配置的天线数不少于基站配置的天线数或用户设备配置的天线数。更优选地，在直射径较强的无线环境下，中继站配置分布式天线或双极化天线，而在直射径较弱的信道环境下，中继站配置线阵或圆阵形式的阵列天线。

优选地，用户设备的控制信息包括用户设备的身份标识信息。

优选地，基站的相关信息包括基站发射功率信息。

优选地，所述中继站适用于正交频分复用蜂窝通信系统、时分双工蜂窝通信系统、或频分双工蜂窝通信系统。

根据本发明的第二方案，提出了一种用于中继站的功率控制方法，包括：与基站进行下行链路同步，获取基站的相关信息；获取基站伺服小区内所有用户设备的控制信息；基于大尺度衰落准则或信噪比准则，确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合；针对所确定的用户设备的集合内的用户设备，执行功率控制，部分或者完全补偿中继站与基站间的大尺度衰落。

优选地，在所述功率控制步骤中，对于从基站接收到的下行信号和从用户设备接收到的上行信号，采用相同的功率补偿增益。

优选地，基于大尺度衰落准则确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合的步骤包括：利用用户设备的控制信息，读取与上行链路功率控制参数传输相关的控制信道，估计基站伺服小区内所有用户设备各自的上行发射功率；测量基站伺服小区内所有用户设备的上行链路在中继站处的接收功率；利用测量到的接收功率和估计出的上行发射功率，估计每个用户设备到中继站的大尺度衰落；利用估计出的大尺度衰落和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

优选地，基于大尺度衰落准则确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合的步骤包括：在控制信道上，向基站伺服小区内所有用户设备广播中继站的下行发射功率；接收基站伺服小区内所有用户设备估计并反馈的大尺度衰落；利用接收到的大尺度衰落和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

优选地，基于信噪比准则确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合的步骤包括：利用用户设备的控制信息，获取基站伺服小区内所有用户设备的资源分配信息；获取每个用户设备的参考信号的参数，对每个用户设备做中继站处的上行信噪比估计；利用估计出的上行信噪比和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

优选地，所述功率控制步骤包括：对于下行链路，利用所获取的用户设备的控制信息，读取所确定的用户设备的集合内的用户设备的控制信道，获取所确定的用户设备的集合内的用户设备的上行和/或下行资源分配信息；针对所确定的用户设备的集合内的每个用户设备，估计中继站处的下行接收功率；利用估计出的下行接收功率和所获取的基站相关信息中的基站发射功率，估计从基站到中继站的大尺度衰落；估计从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵；计算中继站处的收发机；计算所确定的用户设备的集合内的各用户设备在中继站处的功率分配，由此执行功率控制。

优选地，按照下式计算中继站处的收发机F_d：

$F_d=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_1$

其中，β_BR表示从基站到中继站的大尺度衰落，1/β_BR表示下行功率补偿增益，F₁表示中继站的下行接收机。

优选地，中继站的下行接收机F₁为：

F₁＝I

其中，I表示单位矩阵。

优选地，中继站的下行接收机F₁为：

$F_1=U_{\mathrm{BR}}\mathrm{\Λ}{U}_{\mathrm{BR}}^H$

$H_{\mathrm{BR}}=U_{\mathrm{BR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{BR}}{V}_{\mathrm{BR}}^H$

Λ＝I

其中，H_BR表示从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵，表示矩阵H_BR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

优选地，所述功率控制步骤包括：对于上行链路，利用所获取的用户设备的控制信息，读取所确定的用户设备的集合内的用户设备的控制信道，获取所确定的用户设备的集合内的用户设备的上行和/或下行资源分配信息；针对所确定的用户设备的集合内的每个用户设备，估计中继站处的下行接收功率；利用估计出的下行接收功率和所获取的基站相关信息中的基站发射功率，估计从基站到中继站的大尺度衰落；估计从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵；计算中继站处的收发机；计算所确定的用户设备的集合内的各用户设备在中继站处的功率分配，由此执行功率控制。

优选地，按照下式计算中继站处的收发机F_u：

$F_u=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_2$

其中，β_BR表示从基站到中继站的大尺度衰落，1/β_BR表示上行功率补偿增益，F₂表示中继站的上行接收机。

优选地，中继站的上行接收机F₂为：

F₂＝I

其中，I表示单位矩阵。

优选地，中继站的上行接收机F₂为：

$F_2=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H$

Λ₂＝I

其中，H_UR表示从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_UR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

优选地，所述用于中继站的功率控制方法还包括：通过信道的互逆性，利用从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵H_BR，获取从中继站到基站的上行信道的信道传输矩阵H_RB，

其中：中继站的上行接收机F₂为：

$H_{\mathrm{RB}}=U_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{RB}}{V}_{\mathrm{RB}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H$

$F_2=V_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

Λ₂＝I

其中，H_UR表示从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_RB的奇异值分解，表示矩阵H_UR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

优选地，所述用于中继站的功率控制方法还包括：动态或半静态地更新所确定的用户设备的集合。

优选地，中继站配置的天线数不少于基站配置的天线数或用户设备配置的天线数。

优选地，在直射径较强的无线环境下，中继站配置分布式天线或双极化天线，而在直射径较弱的信道环境下，中继站配置线阵或圆阵形式的阵列天线。

优选地，用户设备的控制信息包括用户设备的身份标识信息。

优选地，基站的相关信息包括基站发射功率信息。

优选地，所述功率控制方法适用于正交频分复用蜂窝通信系统、时分双工蜂窝通信系统、或频分双工蜂窝通信系统。

中继站上配置多天线能够提高空间自由度，以实现频谱利用率和信号传输可靠性的提高。为了增加空间自由度，不仅中继天线数目需要满足一定的要求，天线形式对于空间自由度的大小也有非常重要的影响。不同信道环境对于中继天线形式也有不同的要求。

对于小区边界的用户而言，由于传输路径的损耗，导致手机接收信号的信噪比较低。同样，为了使基站接收到的用户信号满足一定的信噪比，用户需要较大的发射功率以克服大尺度衰落。对于中继辅助通信的OFDM(正交频分复用)通信系统来说，根据本发明的中继功率控制方案需要选择性地放大接收信号，以部分或者完全补偿中继站和基站之间的大尺度衰落，并传递给目标基站或目标用户设备。中继站选择性地放大和传递信号可以使系统具有更大的覆盖，提高小区边缘终端用户的信号接收质量，同时节省终端的功率消耗，同时，中继站的选择性发射降低了对相邻小区的干扰。此外，为了支持用户的移动性，中继站需要动态或半静态地更新中继站对于用户设备的选择性。

中继站配置的天线数须满足：对于上行和下行链路，都要不少于基站或者用户设备的天线数；中继站在不同的信道环境下应具有不同的天线配置。在直射径较强的无线环境下，采用分布式天线或者双极化天线，而在散射体较多的环境下采用线阵或者圆阵等常规阵列天线；中继站对于用户的选择性路由可以通过中继与用户之间的大尺度衰落大小或者用户上行信号在中继处的信噪比大小来决定；中继对用户的选择性路由应能够支持用户的移动性，即中继站应动态或者半静态地更新被路由用户的集合；中继站功率控制的目的在于部分或者完全补偿中继站与基站之间的大尺度衰落；中继站对于上行和下行接收信号具有相同的功率补偿增益；利用相关的信道状态信息，中继站还可以抑制接收信号中来自其他基站或者其他用户的干扰或者有色噪声。

本发明提出了基于路损补偿的功率控制，不影响原来无中继站辅助通信状态下的终端与基站建立的闭环功率控制机制，且具有易实现、复杂度低、性能好等诸多优点。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图1是示出了中继辅助通信系统的示意图；

图2是示出了中继辅助通信链路的示意图；

图3a～3c示出了中继天线配置形式的示例，其中图3a是圆阵天线配置，图3b是线阵天线配置，而图3c是分布式天线配置；

图4是用于说明中继站的选择性路由的示意图；

图5a～5c是示出了中继用户路由选择方法的流程图；

图6是示出了中继站针对下行链路的选择性功率控制方法的流程图；

图7是示出了中继站针对上行链路的选择性功率控制方法的流程图；以及

图8是示出了根据本发明的L1中继站的具体结构的方框图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

为了清楚详细地阐述本发明的实现步骤，下面给出一些本发明的具体实施例，适用于LTE-A蜂窝通信系统。需要说明的是，本发明不限于实施例中所描述的应用，而是可适用于其他通信系统。

在未来的IMT-Advanced系统中，基站和终端都将会使用更多的天线进行接收和发射。在本说明书中，设定基站采用M＝8根天线发射和接收，而移动终端采用N＝8根天线进行接收，但使用N＝4根天线进行发射。

天线配置

图2是示出了中继辅助通信链路的示意图，以及图3a～3c示出了中继天线配置形式的示例，其中图3a是圆阵天线配置，图3b是线阵天线配置，而图3c是分布式天线配置。

结合图2和图3a～3c，为了支持单用户MIMO和多用户MIMO，中继站101的天线配置必须满足不少于基站100所具有的天线数目或者不少于基站100和用户设备(手机)102两者天线数目的较小值。设基站100侧的天线数为M，用户设备102侧的天线数目为N，中继站101的天线数目为L，则L必须满足：

L≥M或者L≥N

为了使得天线之间具有较低的相关性，要求各天线之间的间距满足一定的条件，以使基站100到中继站101的信道不会缺秩(RankDeficient)。因此，要求中继站101使用分布式天线302或者使用传统的圆阵天线300或线阵天线301且中继天线间距d大于一定距离。这里的天线配置同样适用于其他几种类型的中继站(L2中继站或L3中继站)。根据不同的信道环境，天线配置形式也会有所不同，这主要取决于基站100和中继站101之间的信道202和203是否存在直射径以及是否存在大量的散射体。

依据本发明，对于上行链路201来说，中继站101的天线数目L应满足

L≥N＝4，或者L≥M＝8

对于下行链路200来说，中继站101的天线数目L应满足

L≥N＝8，或者L≥M＝8

因此，综合上行/下行链路两方面的考虑，中继站101的天线数至少为8。本实施例，设定中继L＝8根天线。

图3示出了三种中继站的天线配置形式，它们具有不同的应用场景。对于图3a和图3b所示的这两种天线形式300和301来说，适宜布置在城区且基站100与中继站101之间的信道202和203散射体丰富、不具备直射径的信道环境中。这种情况下，中继天线300/301在衰落上能保持足够的独立性。此外，中继天线300/301中各个天线可以采用相同的极化方向，天线之间的距离d要满足一定的要求，如d≥4λ或者d≥10λ，λ为工作载频的波长。而在使用双极化天线的情况下，两个不同极化方向的天线处于相同的空间位置组成一个天线对，天线对之间的距离也需要满足上述单极化方向下的距离要求。

对于图3c所示的分布式天线302来说，适宜配置在较为空旷或者基站100相对于中继站101周围的建筑高度较高的环境中。在这种情况下，基站100到中继站101的直射径相对较多，因此，使用分布式天线302可以使各天线的信道衰落具有较高的独立性。

这里的中继天线配置(图3a～3c)不仅仅是用于L1中继站，对于L2/L3中继站也同样适用。

用户选择与功率控制

图4是用于说明中继站的选择性路由的示意图，以及图2是示出了中继站辅助通信链路的示意图。

结合图4和图2，为了实现对于移动终端102信号的选择性放大以降低对邻小区001中的用户设备104/基站103的干扰，中继站101需要判断并产生一个终端集合。中继站101仅对来自该终端集合内的移动终端102的信号进行放大和路由。本发明提出了两种挑选用户设备102形成终端集合的方法。

中继站101的功率控制在于：在中继站101的下行接收信号210与下行发射信号212之间建立联系，以及在中继站101的上行接收信号213与上行发射信号211之间建立联系，以实现对下行链路的大尺度衰落的补偿和对上行链路的大尺度衰落的预补偿。设信道202(或203)和204(或205)的大尺度衰落分别为β_BR和β_RU。根据本发明，通过功率控制来补偿下行链路的大尺度衰落β_BR。对于上行链路来说，功率控制则实现了对大尺度衰落β_BR的预补偿。

下行

$u_d={\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}{H}_{\mathrm{BR}}{s}_d+n_R^d$

x_d＝F_du_d                    (1)

y_d＝H_RUx_d+n_U

上行

$u_u={\mathrm{\β}}_{\mathrm{RU}}{H}_{\mathrm{UR}}{s}_u+n_R^u$

x_u＝F_uu_u                    (2)

y_u＝β_BRH_RBx_u+n_B

其中，s_d和y_u为基站100的下行发射信号208和上行接收信号209，n_R ^u和n_R ^d分别为中继站在上行链路和下行链路上的接收噪声，u_u和u_d分别为中继站101在上行链路和下行链路上的接收信号213和210；x_u和x_d分别为中继站101在上行链路和下行链路上的发射信号211和212；y_d和s_u分别为移动终端102的下行接收信号207和上行发射信号206；H_BR、H_RU、H_UR和H_RB分别是信道202、204、205、203的状态信息(传输矩阵)，其中的位于上标或下标上的小写字母“d”用于表示“下行链路(downlink)”，位于上标或下标上的小写字母“u”用于表示“上行链路(uplink)”，位于上标或下标上的大写字母“R”用于表示“中继站(Relay Station)”，位于上标或下标上的大写字母“B”用于表示“基站(Base Station)”，以及位于上标或下标上的大写字母“U”用于表示“用户设备(User Equipment)”。

设定小区000内的所有用户设备的集合为W＝{UE_i，i＝1，2，…K}，K为小区000内移动终端的总数。小区000内的若干中继站101为{Rl_j，j＝1，2，…R}，对于多用户的中继功率控制来说，就是将中继站101所具有的功率资源分配给由其所路由的移动终端102。下面结合图例，对本发明做进一步的说明。

图5a～5c是示出了中继用户路由选择方法的流程图，以及图6是示出了中继站针对下行链路的选择性功率控制方法的流程图。

参考图6，中继站Rl_j101对下行链路的功率控制过程具体可以描述为：

步骤400：中继站Rl_j101与基站100进行下行链路同步，获取基站100的相关信息，诸如发射功率等，设基站100的发射功率为p_tB；

步骤401：获取集合W内用户设备102的控制信息(如用户标识等)，例如，用户设备102的RNTI等；

步骤402：确定需要中继路由的用户集合W′。对小区000内的用户设备进行归属判别，即：对用户设备是否靠近中继站101进行判别，并将靠近中继站101的用户设备102的接收信号在中继站101上放大和发射，对于其他用户设备不进行放大和发射。路由用户的选择可以采用大尺度衰落准则(图5a和5b)或信噪比准则(图5c)来确定。

选择方案1：

图5a是示出了中继用户路由选择方法的流程图，其中使用大尺度衰落准则进行路由用户的选择。

步骤510：利用用户标识信息(如用户设备的RNTI等)，读取与上行链路功率控制参数传输相关的控制信道，获取必要参数，推算出小区内所有用户设备各自的上行发射功率{q_i，i＝1，2，…K}；

步骤511：测量小区内所有用户设备的上行链路在中继站Rl_j101处的接收功率{p_i ^u，i＝1，2，…K}，利用{p_i ^u}和{q_i}的比值，估算出每个用户设备到中继站101的大尺度衰落{pl_i，i＝1，2，…K}(与p_i ^u/q_i的比值成正比)；

步骤512：将大尺度衰落{pl_i，i＝1，2，…K}与预先设定的阈值PL_threshold比较，以此判断哪些用户设备靠近中继站Rl_j101；

步骤514：将靠近中继站Rl_j101的用户设备(pl_i≥PL_threshold)组成一个终端集合

s_k∈{1，2，…K}，S为中继站Rl_j101需要进行功率控制和路由发射的用户设备总数。

选择方案2：

图5b是示出了中继用户路由选择方法的流程图，其中使用大尺度衰落准则进行路由用户的选择。

步骤520：中继站通过相关的下行控制信道向基站伺服小区内的所有用户设备广播中继站的下行发射功率；

步骤521：中继站读取基站伺服小区内所有用户设备在上行链路上的相关控制信道，获取用户设备对中继站到用户设备的大尺度衰落估计{pl_i，i＝1，2，…K}；

步骤522：将大尺度衰落估计{pl_i，i＝1，2，…K}与预先设定的阈值PL_threshold比较，以此判断哪些用户设备靠近中继站Rl_j101；

步骤524：将靠近中继站Rl_j101的用户设备(pl_i≥PL_threshold)组成一个终端集合

s_k∈{1，2，…K}，

S为中继站Rl_j101需要进行功率控制和路由发射的用户设备总数。

选择方案3：

图5c是示出了中继用户路由选择方法的流程图，其中使用接受信号的信噪比进行路由用户的选择。

步骤500：利用用户标识信息(如用户设备102的RNTI等)，获取用户设备的资源分配信息；

步骤501：获取各用户设备的参考信号的参数，对各用户设备做中继站Rl_j101处的上行信噪比估计{SNR_i ^u，i＝1，2，…K}；

步骤502：将信噪比估计{SNR_i ^u，i＝1，2，…K}与预先设定的阈值SNR_threshold ^u比较，以此判断哪些用户设备靠近中继站Rl_j101；步骤504：将

的用户设备组成一个终端集合

S为中继站Rl_j101需要进行功率控制和路由发射的用户设备总数。

继续参考图6，步骤403：利用已有的用户身份信息，读取集合W′内的用户设备102的控制信道，获取集合W′内的用户设备102的上行和/或下行资源分配信息；

步骤404：估计在中继站101处的下行接收功率P_r，d，利用已知的基站发射功率估计从基站100到中继站101的大尺度衰落β_BR；估计集合W′内的用户设备102各自的信道202的信道传输矩阵H_BR；

步骤405：计算集合W′内的每个用户设备102在中继站101的收发机(Transceiver)F_d；计算集合W′内的各用户设备102在中继站101处的功率分配。

在3GPP LTE系统中，下行参考信号被用来进行信道估计和信道测量工作。

终端用户在系统带宽内进行信道质量的测量并上报给基站。下行链路中，所有被中继路由的用户设备的信号都经过相同的信道202(传输矩阵为H_BR)，中继站101可以通过信道估计获取信道202的传输矩阵H_BR，因此，中继站101对下行接收信号的操作满足：

$F_d=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_1---\left(3\right)$

这里，F₁为中继站101的下行接收机，具体可以为：

简单的功率放大，不做任何接收机处理；

F₁＝I    (4)

考虑到空间的干扰、有色噪声等因素，还可以选择将接收信号在信号空间上进行正交投影(公式(5))，其他的投影方式还有斜投影等(未示出)。

$F_1=U_{\mathrm{BR}}\mathrm{\Λ}{U}_{\mathrm{BR}}^H$

$H_{\mathrm{BR}}=U_{\mathrm{BR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{BR}}{V}_{\mathrm{BR}}^H---\left(5\right)$

Λ＝I

上述的功率控制策略适用于下行参考信号、业务信道和控制信道等，此外，同样适用于TDD(时分双工)和FDD(频分双工)系统。

返回图6，步骤406：中继站101对集合W′内的用户设备102的接收信号进行放大，并发射。

对接收带宽内所有的控制信道、参考信号、以及集合W′内每个用户设备的带宽内的信号通过各自频带处的F_d进行线性变换与功率放大；在LTE或其演进版本的系统中，需要中继路由的信号包括：下行控制信道(PDCCH)、广播信道(PBCH)、多播信道(PMCH)、控制格式指示信道(PCFICH)、HARQ指示信道(PHICH)、小区内公共参考信号(CommonReference Signal)、同步信号(Synchronization Signal)、以及每个用户设备各自带宽内的下行共享信道(PDSCH)。

此外，根据用户设备的移动特性，可根据需要或周期性地更新小区内的用户信息，更新需要由中继站101进行路由的用户设备的集合W′，返回到上述步骤401。

图7是示出了中继站针对上行链路的选择性功率控制方法的流程图。

参考图7，中继站Rl_j101对上行链路的功率控制过程具体可以描述为：

步骤400：中继站Rl_j101与基站100进行下行链路同步，获取基站100的相关信息，诸如发射功率等，设基站100的发射功率为p_t，B；

步骤401：获取集合W内用户设备102的控制信息(如用户标识等)，例如，用户设备102的RNTI等；

步骤402：确定需要中继路由的用户集合W′。对小区000内的用户设备进行归属判别，即：对设备用户是否靠近中继站101进行判别，并将靠近中继站101的用户设备102的接收信号在中继站101上放大和发射，对于其他用户设备不进行放大和发射。路由用户的选择可以采用大尺度衰落准则(图5a和5b)或信噪比准则(图5c)来确定。为了简明的目的，这里省略了以上已经描述过的大尺度衰落准则(图5a和5b)或信噪比准则(图5c)的具体操作流程。

步骤403：利用已有的用户身份信息，读取集合W′内的用户设备102的控制信道，获取集合W′内的用户设备102的上行和/或下行资源分配信息；

步骤704：估计在中继站101处的下行接收功率p_r，d，利用已知的基站发射功率估计从基站100到中继站101的大尺度衰落β_BR；估计集合W′内的用户设备102各自的信道205的信道状态信息H_UR。对于TDD系统而言，还可以通过信道的互逆性，根据信道202的信道状态信息H_BR，获取信道203的信道状态信息H_RB。

步骤705：计算集合W′内的每个用户设备102在中继站101的收发机(Transceiver)F_u；计算集合W′内的各用户设备102在中继站101处的功率分配。

在3GPP LTE系统中，上行参考信号可以分为：解调参考信号和侦听参考信号。解调参考信号用于数据的检测解调，而侦听参考信号用于对上行信道进行测量，以方便基站对终端的调度。该控制过程在TDD和FDD系统下有不同的实现。同时，依据是否利用相关的信道状态信息，可以有两种选择。

中继站101对上行接收信号的操作满足：

$F_u=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_2---\left(6\right)$

这里，F₂为中继站101的上行接收机，具体可以为：

选择1：中继站101不利用相关的信道状态信息，只进行简单的功率放大，不做任何接收机处理；

F₂＝I    (7)

选择2：中继站101利用相关的信道状态信息。在FDD系统中，如果没有基站100到中继站101的反馈，中继站101无法获取信道203的状态信息H_RB。在上行与下行链路的频谱比较靠近的情况下，上/下行具有近似相同的大尺度衰落。因此，中继站101可以获取中继站101到基站100的大尺度衰落。在FDD系统中，F₂可以表示为：

$F_2=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H---\left(8\right)$

Λ₂＝I

在TDD系统下，中继站101可以通过信道的互逆性，根据信道202的信道状态信息H_BR，获取信道203的信道状态信息H_RB。F₂可以为：

$H_{\mathrm{RB}}=U_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{RB}}{V}_{\mathrm{RB}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H---\left(9\right)$

$F_2=V_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

返回图7，步骤706：中继站对集合W′内的用户设备102的接收信号进行放大，并发射。

对接收带宽内所有的控制信道、参考信号、以及集合W′内每个用户设备的带宽内的信号通过各自频带处的F_u进行线性变换与功率放大；具体来说，在LTE或其演进版本的系统中，需要中继路由的信号包括：上行控制信道(PUCCH)、随机接入信道(PRACH)、每个用户设备各自的上行共享信道(PUSCH)、解调参考信号(Demodulation Reference Signal)、占用系统带宽的侦听参考信号(Sounding Reference Signal)。

此外，根据用户设备的移动特性，可根据需要或周期性地更新小区内用户信息，更新需要由中继站101进行路由的用户设备的集合W′，返回到上述步骤401。

图8是示出了根据本发明的L1中继站的具体结构的方框图。

L1中继站800(101)配置的天线数不少于基站100配置的天线数或用户设备102配置的天线数。在直射径较强的无线环境下，L1中继站800配置分布式天线或双极化天线，而在直射径较弱的信道环境下，L1中继站800配置线阵或圆阵形式的阵列天线。

如图8所示，根据本发明的L1中继站800包括：接收单元810，用于接收来自基站100的下行接收信号和来自用户设备102的上行接收信号；发射单元820，用于向基站100发射上行发射信号，以及向用户设备102发送下行发射信号；控制单元850，用于控制L1中继站800的整体操作，同时可实现以下信息获取功能：通过接收单元810与基站100进行下行链路同步，获取基站100的相关信息(如发射功率p_tB等)，以及获取基站伺服小区000内所有用户设备102的控制信息(如用户标识等，例如，用户设备102的RNTI等)；路由用户设备选择单元840，用于基于大尺度衰落准则(图5a)或信噪比准则(图5b)，确定需要由L1中继站800进行中继路由的用户设备的集合W′；功率控制单元830，用于针对所确定的用户设备的集合W′内的用户设备102，执行功率控制，部分或者完全补偿L1中继站800与基站100间的大尺度衰落。

功率控制单元830对于从基站100接收到的下行信号和从用户设备102接收到的上行信号，可以采用相同的功率补偿增益1/β_BR，β_BR表示从基站到中继站的大尺度衰落。

根据一个具体实施方式，路由用户设备选择单元840可以基于大尺度衰落准则(图5a)，来确定需要由L1中继站800进行中继路由的用户设备102的集合W′。在这种情况下，路由用户设备选择单元840利用通过控制单元850所获取的用户设备102的控制信息，通过接收单元810读取与上行链路功率控制参数传输相关的控制信道，估计基站伺服小区000内所有用户设备102各自的上行发射功率{q_i，i＝1，2，…K}；通过接收单元810测量基站伺服小区内所有用户设备102的上行链路在中继站处的接收功率{p_i ^u，i＝1，2，…K}；利用测量到的接收功率{p_i ^u}和估计出的上行发射功率{q_i}的比值，估计每个用户设备102到L1中继站800的大尺度衰落{pl_i，i＝1，2，…K}(与p_i ^u/q_i的比值成正比)；利用估计出的大尺度衰落{pl_i，i＝1，2，…K}和预定阈值PL_threshold的比较结果，选择靠近L1中继站800的用户设备102以形成需要由L1中继站800进行中继路由的用户设备的集合

s_k∈{1，2，…K}，

S为L1中继站800需要进行功率控制和路由发射的用户设备总数。

根据另一个具体实施方式，路由用户设备选择单元840可以基于大尺度衰落准则(图5b)，来确定需要由L1中继站800进行中继路由的用户设备102的集合W′。发射单元820在下行发射信号中通过相关的控制信道向基站伺服小区000内的所有用户设备102广播中继站的下行发射功率。在这种情况下，路由用户设备选择单元840利用通过控制单元850所获取的用户设备102的控制信息，获取基站伺服小区000内所有用户设备102各自向中继站800反馈的各自到中继站的大尺度衰落{pl_i，i＝1，2，…K}。利用接收到的大尺度衰落{pl_i，i＝1，2，…K}和预定阈值PL_threshold的比较结果，选择靠近L1中继站800的用户设备102以形成需要由L1中继站800进行中继路由的用户设备的集合

s_k∈{1，2，…K}，S为L1中继站800需要进行功率控制和路由发射的用户设备总数。

根据另一个具体实施方式，路由用户设备选择单元840可以基于信噪比准则(图5c)，来确定需要由L1中继站800进行中继路由的用户设备102的集合W′。在这种情况下，路由用户设备选择单元840利用通过控制单元850所获取的用户设备102的控制信息(如用户设备102的RNTI等)，通过接收单元810获取基站伺服小区000内所有用户设备102的资源分配信息；通过接收单元810获取每个用户设备102的参考信号的参数，对每个用户设备102做L1中继站800处的上行信噪比估计{SNR_i ^u，i＝1，2，…K}；利用估计出的上行信噪比{SNR_i ^u，i＝1，2，…K}和预定阈值SNR_threshold ^u的比较结果，选择靠近L1中继站800的用户设备102以形成需要由L1中继站800进行中继路由的用户设备102的集合

s_k∈{1，2，…K}，

s为L1中继站800需要进行功率控制和路由发射的用户设备总数。

对于下行链路，功率控制单元830利用通过控制单元850所获取的用户设备102的控制信息(如用户设备102的RNTI等)，通过接收单元810读取所确定的用户设备的集合W′内的用户设备102的控制信道，获取所确定的用户设备的集合W′内的用户设备102的上行和/或下行资源分配信息。针对所确定的用户设备的集合W′内的每个用户设备102，功率控制单元830估计L1中继站800处的下行接收功率p_r，d；利用估计出的下行接收功率p_r，d和通过控制单元850所获取的基站发射功率p_tB，估计从基站100到L1中继站800的大尺度衰落β_BR；估计从基站100到L1中继站800的下行信道202的信道传输矩阵H_BR；计算L1中继站800处的收发机F_d；计算所确定的用户设备的集合W′内的各用户设备102在L1中继站800处的功率分配，由此执行功率控制。

功率控制单元830可以按照公式(3)计算L1中继站800处的收发机F_d：

$F_d=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_1---\left(3\right)$

其中，F₁表示L1中继站800的下行接收机。

L1中继站800的下行接收机F₁可以是简单的功率放大，不做任何接收机处理：

F₁＝I    (4)

其中，I表示单位矩阵。

可选地，L1中继站800的下行接收机F₁可以选择将接收信号在信号空间上进行正交投影(公式(5))，其他的投影方式还有斜投影(ObliqueProjection)等(未示出)。

$F_1=U_{\mathrm{BR}}\mathrm{\Λ}{U}_{\mathrm{BR}}^H$

$H_{\mathrm{BR}}=U_{\mathrm{BR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{BR}}{V}_{\mathrm{BR}}^H---\left(5\right)$

Λ＝I

其中，

表示矩阵H_BR的奇异值分解，上角标H表示矩阵的共轭转置。

对于上行链路，功率控制单元830利用通过控制单元850所获取的用户设备102的控制信息(如用户设备102的RNTI等)，通过接收单元810读取所确定的用户设备的集合W′内的用户设备102的控制信道，获取所确定的用户设备的集合W′内的用户设备102的上行和/或下行资源分配信息。针对所确定的用户设备的集合W′内的每个用户设备102，功率控制单元830针对所确定的用户设备的集合W′内的每个用户设备102，估计L1中继站800处的下行接收功率p_r，d；利用估计出的下行接收功率p_r，d和通过控制单元850所获取的基站发射功率p_tB，估计从基站100到L1中继站800的大尺度衰落β_BR；估计从用户设备102到L1中继站800的上行信道205的信道传输矩阵H_UR(对于TDD系统而言，还可以通过信道的互逆性，获取从L1中继站800到基站100的上行信道203的信道状态信息H_RB)；计算L1中继站800处的收发机F_u；计算所确定的用户设备的集合W′内的各用户设备102在L1中继站800处的功率分配，由此执行功率控制。

功率控制单元830以按照公式(6)计算L1中继站800处的收发机F_u：

$F_u=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_2---\left(6\right)$

其中，F₂表示L1中继站800的上行接收机。

L1中继站800的上行接收机F₂可以是简单的功率放大，不做任何接收机处理：

F₂＝I    (7)

其中，I表示单位矩阵。

可选地，在FDD系统中，L1中继站800的上行接收机F₂可以表示为：

$F_2=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H---\left(8\right)$

Λ₂＝I

其中，

表示矩阵H_UR的奇异值分解，上角标H表示矩阵的共轭转置。

而在TDD系统中，L1中继站800的上行接收机F₂可以表示为：

$H_{\mathrm{RB}}=U_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{RB}}{V}_{\mathrm{RB}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H---\left(9\right)$

$F_2=V_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

其中，

表示矩阵HRB的奇异值分解，

表示矩阵H_UR的奇异值分解，上角标H表示矩阵的共轭转置。

路由用户设备选择单元840可以动态或半静态地更新所确定的用户设备的集合。

根据本发明的L1中继站800可以应用于OFDM蜂窝通信系统、TDD蜂窝通信系统、或FDD蜂窝通信系统。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (40)

1.一种中继站，包括：

接收装置，用于接收来自基站的下行接收信号和来自用户设备的上行接收信号；

发射装置，用于向基站发射上行发射信号，以及向用户设备发送下行发射信号；

信息获取装置，用于与基站进行下行链路同步，获取基站的相关信息，以及获取基站伺服小区内所有用户设备的控制信息；

路由用户设备选择装置，用于基于大尺度衰落准则或信噪比准则，确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合；

功率控制装置，用于针对所确定的用户设备的集合内的用户设备，执行功率控制，部分或者完全补偿中继站与基站间的大尺度衰落。

2.根据权利要求1所述的中继站，其特征在于：

所述功率控制装置对于从基站接收到的下行信号和从用户设备接收到的上行信号，采用相同的功率补偿增益。

3.根据权利要求1所述的中继站，其特征在于：

所述路由用户设备选择装置

利用通过所述信息获取装置所获取的用户设备的控制信息，通过所述接收装置读取与上行链路功率控制参数传输相关的控制信道，估计基站伺服小区内所有用户设备各自的上行发射功率；

通过所述接收装置测量基站伺服小区内所有用户设备的上行链路在中继站处的接收功率；

利用测量到的接收功率和估计出的上行发射功率，估计每个用户设备到中继站的大尺度衰落；

利用估计出的大尺度衰落和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

4.根据权利要求1所述的中继站，其特征在于：

所述路由用户设备选择装置

通过所述发射装置，在控制信道上，向基站伺服小区内所有用户设备广播中继站的下行发射功率；

通过所述接收装置，接收基站伺服小区内所有用户设备估计并反馈的大尺度衰落；

利用接收到的大尺度衰落和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

5.根据权利要求1所述的中继站，其特征在于：

所述路由用户设备选择装置

利用通过所述信息获取装置所获取的用户设备的控制信息，通过所述接收装置获取基站伺服小区内所有用户设备的资源分配信息；

通过所述接收装置获取每个用户设备的参考信号的参数，对每个用户设备做中继站处的上行信噪比估计；

利用估计出的上行信噪比和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

6.根据权利要求1～5之一所述的中继站，其特征在于：

所述功率控制装置

对于下行链路，

利用通过所述信息获取装置所获取的用户设备的控制信息，通过所述接收装置读取所确定的用户设备的集合内的用户设备的控制信道，获取所确定的用户设备的集合内的用户设备的上行和/或下行资源分配信息；

针对所确定的用户设备的集合内的每个用户设备，

估计中继站处的下行接收功率；

利用估计出的下行接收功率和通过所述信息获取装置所获取的基站相关信息中的基站发射功率，估计从基站到中继站的大尺度衰落；

估计从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵；

计算中继站处的收发机；

计算所确定的用户设备的集合内的各用户设备在中继站处的功率分配，由此执行功率控制。

7.根据权利要求6所述的中继站，其特征在于：

所述功率控制装置按照下式计算中继站处的收发机F_d：

$F_d=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_1$

其中，β_BR表示从基站到中继站的大尺度衰落，1/β_BR表示下行功率补偿增益，F₁表示中继站的下行接收机。

8.根据权利要求7所述的中继站，其特征在于：

中继站的下行接收机F₁为：

F₁＝I

其中，I表示单位矩阵。

9.根据权利要求7所述的中继站，其特征在于：

中继站的下行接收机F₁为：

$F_1=U_{\mathrm{BR}}\mathrm{\Λ}{U}_{\mathrm{BR}}^H$

$H_{\mathrm{BR}}=U_{\mathrm{BR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{BR}}{V}_{\mathrm{BR}}^H$

Λ＝I

其中，H_BR表示从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵，表示矩阵H_BR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

10.根据权利要求1～9之一所述的中继站，其特征在于：

所述功率控制装置

对于上行链路，

利用通过所述信息获取装置所获取的用户设备的控制信息，通过所述接收装置读取所确定的用户设备的集合内的用户设备的控制信道，获取所确定的用户设备的集合内的用户设备的上行和/或下行资源分配信息；

针对所确定的用户设备的集合内的每个用户设备，

估计中继站处的下行接收功率；

利用估计出的下行接收功率和通过所述信息获取装置所获取的基站相关信息中的基站发射功率，估计从基站到中继站的大尺度衰落；

估计从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵；

计算中继站处的收发机；

计算所确定的用户设备的集合内的各用户设备在中继站处的功率分配，由此执行功率控制。

11.根据权利要求10所述的中继站，其特征在于：

所述功率控制装置按照下式计算中继站处的收发机F_u：

$F_u=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_2$

其中，β_BR表示从基站到中继站的大尺度衰落，1/β_BR表示上行功率补偿增益，F₂表示中继站的上行接收机。

12.根据权利要求11所述的中继站，其特征在于：

中继站的上行接收机F₂为：

F₂＝I

其中，I表示单位矩阵。

13.根据权利要求11所述的中继站，其特征在于：

中继站的上行接收机F₂为：

$F_2=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H$

Λ₂＝I

其中，H_UR表示从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_UR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

14.根据权利要求11所述的中继站，其特征在于：

所述功率控制装置还通过信道的互逆性，利用从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵H_BR，获取从中继站到基站的上行信道的信道传输矩阵H_RB，

其中：中继站的上行接收机F₂为：

$H_{\mathrm{RB}}=U_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{RB}}{V}_{\mathrm{RB}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H$

$F_2=V_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

Λ₂＝I

其中，H_UR表示从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_RB的奇异值分解，

表示矩阵H_UR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

15.根据权利要求1～14之一所述的中继站，其特征在于：

所述路由用户设备选择装置动态或半静态地更新所确定的用户设备的集合。

16.根据权利要求1～15之一所述的中继站，其特征在于：

中继站配置的天线数不少于基站配置的天线数或用户设备配置的天线数。

17.根据权利要求16所述的中继站，其特征在于：

在直射径较强的无线环境下，中继站配置分布式天线或双极化天线，而在直射径较弱的信道环境下，中继站配置线阵或圆阵形式的阵列天线。

18.根据权利要求1～17之一所述的中继站，其特征在于：

用户设备的控制信息包括用户设备的身份标识信息。

19.根据权利要求1～18之一所述的中继站，其特征在于：

基站的相关信息包括基站发射功率信息。

20.根据权利要求1～19之一所述的中继站，其特征在于：

所述中继站适用于正交频分复用蜂窝通信系统、时分双工蜂窝通信系统、或频分双工蜂窝通信系统。

21.一种用于中继站的功率控制方法，包括：

与基站进行下行链路同步，获取基站的相关信息；

获取基站伺服小区内所有用户设备的控制信息；

基于大尺度衰落准则或信噪比准则，确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合；

针对所确定的用户设备的集合内的用户设备，执行功率控制，部分或者完全补偿中继站与基站间的大尺度衰落。

22.根据权利要求21所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

在所述功率控制步骤中，对于从基站接收到的下行信号和从用户设备接收到的上行信号，采用相同的功率补偿增益。

23.根据权利要求21所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

基于大尺度衰落准则确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合的步骤包括：

利用用户设备的控制信息，读取与上行链路功率控制参数传输相关的控制信道，估计基站伺服小区内所有用户设备各自的上行发射功率；

测量基站伺服小区内所有用户设备的上行链路在中继站处的接收功率；

利用测量到的接收功率和估计出的上行发射功率，估计每个用户设备到中继站的大尺度衰落；

利用估计出的大尺度衰落和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

24.根据权利要求21所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

基于大尺度衰落准则确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合的步骤包括：

在控制信道上，向基站伺服小区内所有用户设备广播中继站的下行发射功率；

接收基站伺服小区内所有用户设备估计并反馈的大尺度衰落：

利用接收到的大尺度衰落和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

25.根据权利要求21所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

基于信噪比准则确定需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合的步骤包括：

利用用户设备的控制信息，获取基站伺服小区内所有用户设备的资源分配信息；

获取每个用户设备的参考信号的参数，对每个用户设备做中继站处的上行信噪比估计；

利用估计出的上行信噪比和预定阈值的比较结果，选择靠近中继站的用户设备以形成需要由中继站进行中继路由的用户设备的集合。

26.根据权利要求21～25之一所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

所述功率控制步骤包括：

对于下行链路，

利用所获取的用户设备的控制信息，读取所确定的用户设备的集合内的用户设备的控制信道，获取所确定的用户设备的集合内的用户设备的上行和/或下行资源分配信息；

针对所确定的用户设备的集合内的每个用户设备，

估计中继站处的下行接收功率；

利用估计出的下行接收功率和所获取的基站相关信息中的基站发射功率，估计从基站到中继站的大尺度衰落；

估计从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵；

计算中继站处的收发机；

计算所确定的用户设备的集合内的各用户设备在中继站处的功率分配，由此执行功率控制。

27.根据权利要求26所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

按照下式计算中继站处的收发机F_d：

$F_d=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_1$

其中，β_BR表示从基站到中继站的大尺度衰落，1/β_BR表示下行功率补偿增益，F₁表示中继站的下行接收机。

28.根据权利要求27所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

中继站的下行接收机F₁为：

F₁＝I

其中，I表示单位矩阵。

29.根据权利要求27所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

中继站的下行接收机F₁为：

$F_1=U_{\mathrm{BR}}\mathrm{\Λ}{U}_{\mathrm{BR}}^H$

$H_{\mathrm{BR}}=U_{\mathrm{BR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{BR}}{V}_{\mathrm{BR}}^H$

Λ＝I

其中，H_BR表示从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_BR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

30.根据权利要求21～29之一所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

所述功率控制步骤包括：

对于上行链路，

利用所获取的用户设备的控制信息，读取所确定的用户设备的集合内的用户设备的控制信道，获取所确定的用户设备的集合内的用户设备的上行和/或下行资源分配信息；

针对所确定的用户设备的集合内的每个用户设备，

估计中继站处的下行接收功率；

利用估计出的下行接收功率和所获取的基站相关信息中的基站发射功率，估计从基站到中继站的大尺度衰落；

估计从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵；

计算中继站处的收发机；

计算所确定的用户设备的集合内的各用户设备在中继站处的功率分配，由此执行功率控制。

31.根据权利要求30所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

按照下式计算中继站处的收发机F_u：

$F_u=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{BR}}}{F}_2$

其中，β_BR表示从基站到中继站的大尺度衰落，1/β_BR表示上行功率补偿增益，F₂表示中继站的上行接收机。

32.根据权利要求31所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

中继站的上行接收机F₂为：

F₂＝I

其中，I表示单位矩阵。

33.根据权利要求31所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

中继站的上行接收机F₂为：

$F_2=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H$

Λ₂＝I

其中，H_UR表示从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_UR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

34.根据权利要求31所述的用于中继站的功率控制方法，还包括：

通过信道的互逆性，利用从基站到中继站的下行信道的信道传输矩阵H_BR，获取从中继站到基站的上行信道的信道传输矩阵H_RB，

其中：中继站的上行接收机F₂为：

$H_{\mathrm{RB}}=U_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{RB}}{V}_{\mathrm{RB}}^H$

$H_{\mathrm{UR}}=U_{\mathrm{UR}}{\mathrm{\Λ}}_{\mathrm{UR}}{V}_{\mathrm{UR}}^H$

$F_2=V_{\mathrm{RB}}{\mathrm{\Λ}}_2{U}_{\mathrm{UR}}^H$

Λ₂＝I

其中，H_UR表示从用户设备到中继站的上行信道的信道传输矩阵，

表示矩阵H_RB的奇异值分解，

表示矩阵H_UR的奇异值分解，I表示单位矩阵，上角标H表示矩阵的共轭转置。

35.根据权利要求21～34之一所述的用于中继站的功率控制方法，还包括：

动态或半静态地更新所确定的用户设备的集合。

36.根据权利要求21～35之一所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

中继站配置的天线数不少于基站配置的天线数或用户设备配置的天线数。

37.根据权利要求36所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

在直射径较强的无线环境下，中继站配置分布式天线或双极化天线，而在直射径较弱的信道环境下，中继站配置线阵或圆阵形式的阵列天线。

38.根据权利要求21～37之一所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

用户设备的控制信息包括用户设备的身份标识信息。

39.根据权利要求21～38之一所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

基站的相关信息包括基站发射功率信息。

40.根据权利要求21～39之一所述的用于中继站的功率控制方法，其特征在于：

所述功率控制方法适用于正交频分复用蜂窝通信系统、时分双工蜂窝通信系统、或频分双工蜂窝通信系统。

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