CN101951660B - 无线通信系统、中继选择方法、无线中继设备和基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信系统、中继选择方法、无线中继设备和基站。该中继选择方法包括：各待选无线中继设备R_i分别获得信道矩阵H_i和信道矩阵G_i；各所述待选无线中继设备R_i将所述信道矩阵H_i和所述信道矩阵G_i映射为信道状态值组Z_i，使得与各所述待选无线中继设备R_i相关联信道的信道状态越好则所述信道状态值组Z_i中各元素的和越大；各所述待选无线中继设备R_i将所述信道状态值组Z_i发送至基站；所述基站根据所接收到的各所述信道状态值组Z_i来确定要选用的中继设备，其中，i大于等于1小于等于待选无线中继设备的数量。相比传统地将全部信道状态信息反馈给基站，本发明能够大大减少系统的信令反馈开销。

Description

无线通信系统、中继选择方法、无线中继设备和基站

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及多中继无线通信领域。具体涉及具有多中继的无线通信系统以及用于多中继无线通信系统的中继选择方法、无线中继设备和基站。

背景技术

在传统的蜂窝网络中，对于处在不利位置（如小区边缘）的用户，由于与基站（下文中，亦称为源节点）之间的信道容易受到噪声及干扰的影响，因此用户信号一般较差，通话困难。对于处在不能和基站通信的一些区域的用户，比如处在被高大建筑物遮挡等接收不到基站信号处的用户，则甚至与基站之间不能通信。如果在原有基站的基础上增加一些新的中继，则可以增大天线的分布密度，拉近天线和用户的距离，从而改善链路质量，降低用户掉话率，提高系统的频谱效率。在用户和基站之间存在多个中继时，还可以有效提高分集增益，同时使得系统容量呈对数型增长。因此，中继技术的研究对新一代无线通信系统具有重要意义。

在中继技术的研究中，根据转发信号的不同，中继可以分为非再生中继和再生中继。非再生中继是简单放大接收信号并将其发送给用户。再生中继是中继设备对接收信号进行解码并重新编码之后发送给用户。但是从实际系统角度出发，再生中继实现复杂度较高。

长久以来，对中继系统的研究多集中在单用户场景，即假设单个或者多个中继节点（下文中，也称为中继设备）协作基站与单个用户进行通信。直到最近，人们的注意力才转移到多用户场景。多用户与单用户的区别主要在于：在多用户中继系统中，多个用户的数据占用相同的时频资源，因此相比于单用户场景，多用户中继系统能够有效提高频谱效率，给系统吞吐量带来可观的增益。

同时，已有的研究证明，通过适当的发射信号形式和接收机设计，多天线技术可以在不显著增加无线通信系统成本的同时提高系统容量。但是由于受终端功耗、体积和复杂度等因素的影响，用户手机一般不能采用多天线。而基站侧可以采用多天线，采用相对复杂的算法等，提高用户的接收信噪比。

在采用中继进行协同通信的小区中，用户与基站之间一般存在多个可用的中继设备，作为候选节点。如何从众多的候选中继节点中选择最佳中继设备，既可获得分集增益，又能够减少系统复杂度，是中继选择需要研究的问题。为了保证无线通信系统的分集度，所选择的中继设备的数量尽量不影响到用户与基站之间信道的自由度。通常，在单用户场景下，选择最优的一个中继为用户服务，而在多用户场景下，选择多个中继进行服务。

已有的中继选择方案大多关注单用户场景。或者基于地理位置信息、网络拓扑结构信息、传播路径损耗信息等进行中继选择，或者基于瞬时信道信息进行中继选择。前者无需传输实时信道信息和信令，对信道变化不敏感，选择结果可以在相对较长的时间内保持不变，后者正好相反。

当前，中继节点向基站传输（即反馈）实时信道信息和信令。基站根据中继设备所反馈的信息穷举计算每一种中继选择下的信道容量，从中选择使得信道容量最大的一组中继节点。这种方式虽然可以选择最优的中继节点，但是在实际应用中存在诸多缺点。例如，基站要求中继节点向其反馈实时信道信息，需要极大的信令开销；再如，基站需要计算每一种中继选择下的信道容量，带来极大的计算复杂度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出在保证系统容量的同时能够极大地降低网络信令负荷和计算复杂度的无线通信系统、中继选择方法、中继设备和基站。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种中继选择方法。该中继选择方法包括：各待选无线中继设备R_i分别获得信道矩阵H_i和信道矩阵G_i；各所述待选无线中继设备R_i将所述信道矩阵H_i和所述信道矩阵G_i映射为信道状态值组Z_i，使得与各所述待选无线中继设备R_i相关联信道的信道状态越好则所述信道状态值组Z_i中各元素的和越大；各所述待选无线中继设备R_i将所述信道状态值组Z_i发送至基站；所述基站根据所接收到的各所述信道状态值组Z_i来确定要选用的中继设备。其中，各所述信道状态值组Z_i包括一个或一个以上的数值，信道矩阵H_i表示所述基站与第i个待选无线中继设备之间的信道矩阵且

以及

G_ij为信道矩阵，表示第i个待选无线中继设备与第j个目的节点之间信道的信道矩阵，且

表示复数集合，1＜＝i<＝M_R，1<＝j<＝M_D，M_R为所述待选无线中继设备的数量，M_D为所述目的节点的数量，N_Ri为第i个所述待选无线中继设备的天线数量，N_S为所述基站的天线数量，N_Dj为第j个所述目的节点的天线数量，(·)^T表示矩阵的转置，所述信道矩阵G_ij和所述信道矩阵H_i的列矢量均为信道矢量。

本发明还提供了一种无线中继设备，该无线中继设备包括接收单元，所述接收单元从基站接收信道状态反馈指示，该无线中继设备还至少包括：检测单元，在所述接收单元从所述基站接收到信道状态反馈指示后，检测所述无线中继设备与所述基站之间信道的信道状态信息，以获得信道矩阵H_i，以及检测所述无线中继设备与各个目的节点之间信道的信道状态信息，以获得信道矩阵G_i；映射单元，其将所述信道矩阵H_i和所述信道矩阵G_i映射为信道状态值组Z_i，使得与所述无线中继设备相关联信道的信道状态越好则所述信道状态值组Z_i中各元素的和越大；发送单元，其将所述信道状态值组Z_i发送至所述基站。其中各所述信道状态值组Z_i包括一个或一个以上的数值，信道矩阵H_i表示所述基站与第i个待选无线中继设备之间的信道矩阵且

以及G_ij为信道矩阵，表示第i个待选无线中继设备与第j个目的节点之间信道的信道矩阵，且

表示复数集合，1<=i<＝M_R，1<＝j<＝M_D，M_R为所述待选无线中继设备的数量，M_D为所述目的节点的数量，N_Ri为第i个所述待选无线中继设备的天线数量，N_S为所述基站的天线数量，N_Dj为第j个所述目的节点的天线数量，(·)^T表示矩阵的转置，所述信道矩阵G_ij和所述信道矩阵H_i的列矢量均为信道矢量。

本发明还提供了一种基站，该基站至少包括：检测单元，其检测所述基站的服务区内的无线中继设备，并确定待选无线中继设备R_i，以及发送单元，其向各所述待选无线中继设备R_i发送信道状态反馈指示，该基站还包括：接收单元，接收各所述待选无线中继设备R_i发来的信道状态值组Z_i；确定单元，根据所接收到的各信道状态值组Z_i来确定要选用的中继设备，其中，各所述待选无线中继设备R_i将所述信道矩阵H_i和所述信道矩阵G_i映射为信道状态值组Z_i，各所述信道状态值组Z_i包括一个或一个以上的数值，1<=i<＝M_R，M_R为待选无线中继设备数量，信道矩阵H_i表示所述基站与第i个待选无线中继设备之间的信道矩阵且

以及G_ij为信道矩阵，表示第i个待选无线中继设备与第j个目的节点之间信道的信道矩阵，且

表示复数集合，1<=i<＝M_R，1<＝j<＝M_D，M_D为所述目的节点的数量，N_Ri为第i个所述待选无线中继设备的天线数量，N_S为所述基站的天线数量，N_Dj为第j个所述目的节点的天线数量，(·)^T表示矩阵的转置，所述信道矩阵G_ij和所述信道矩阵H_i的列矢量均为信道矢量；与各所述待选无线中继设备R_i相关联信道的信道状态越好则所述信道状态值组Z_i中各元素的和越大。

本发明还提供了一种无线通信系统，该无线通信系统至少包括：一个或多个根据本发明第二方面的无线中继设备，以及根据本发明第三方面所述的基站，其中，所述基站根据本发明的任一项中继选择方法来确定要选用的无线中继设备。

本发明提供的技术方案能够提高无线通信系统的性价比。具体而言，本发明的一个实施例至少具有如下技术效果：由于基站无需对大量信道状态信息进行处理，而只需通过比较实数大小即可选择要使用的中继设备，因此可以大大降低基站（源节点）计算复杂度，降低基站成本；以及中继设备通过将信道状态信息映射为一个或多个数值后反馈给基站，尤其是通过采用弗罗贝纽斯(Frobenius)范数来将信道状态信息映射为一个或多个数值并从中选择最大的数值反馈给基站，反馈信息的数量级控制在O(M_R)（其中M_R是中继节点的数量），相比传统地将全部信道状态信息反馈给基站，能够大大减少系统的信令反馈开销。

通过使用本发明的中继节点选择方法，能够获得与传统的中继节点选择方法相比拟的系统容量性能，具有很好的推广应用前景。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一个实施例适用的单源多中继无线通信系统结构的例子。

图2是根据本发明实施例的中继节点选择方法的例子。

图3是本发明一仿真实施例与现有方法的系统容量性能随着平均信噪比变化的比较示意图。

图4是本发明一仿真实施例与现有方法的系统容量性能随着源节点到中继节点信道平均信噪比变化的比较示意图。

图5是本发明一仿真实施例与现有方法的系统容量性能随着中继节点到目的节点信道平均信噪比变化的比较示意图。

图6是根据本发明实施例的中继节点例子的结构图。

图7是根据本发明实施例的源节点例子的结构图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

图1是本发明一个实施例所适用的单源多中继无线通信系统结构的例子。图1中，S表示源节点、

分别表示第1至第M_R个中继节点，

表示M_D个目的节点。源节点和目的节点之间没有直传链路，通过多个中继节点向目的节点传输信息。其中，源节点可以为GSM或CDMA系统的基站、WCDMA的B节点或者LTE的eNode B节点等设备，中继节点可以为无线通信系统（例如，GSM、WCDMA、CDMA2000、LTE等）中的中继站等设备，目的节点可以为手机、智能终端、带有无线通信功能的笔记本电脑、PDA、iPod(注册商标)等设备。注意，本发明所称基站，如在未特殊指明专用于某一种通信协议的基站的情况下，则表示各种无线通信系统中通过空中的无线传输与移动终端相连的各种设备。

但是，图1的系统结构仅为一个例子，本领域技术人员能够明白，本发明同样适用于多个源节点、源节点仅具有单根天线、中继节点和/或目的节点具有多根或单根天线的情况。

为了便于说明，下面以图1的系统结构作为例子来说明本发明中继选择过程。

第一实施例

图2是根据本发明的中继节点选择方法的例子。

如图2所示，首先进入步骤S110，当要与某个目的节点D_j(1＜＝j<＝M_D)连接时，源节点(对应于基站)S通过信令传输，检测该源节点S服务区内的所有无线中继节点(以简称为中继节点)，将所检测到的所有中继节点确定为待选中继节点（对应于待选无线中继设备），并通过信令向各待选中继节点发送信道状态反馈指示，以通知各待选中继节点反馈表示各自（即，各待选中继节点自身）与该源节点S之间以及各自与目的节点D_j之间的信道状态信息。

然后进入步骤S120，各待选中继节点R_i（其中，1<=i<＝M_R）接收到来自源节点S的通知后，检测各自（即，各待选中继节点R_i自身）与源节点S之间信道的信道状态信息，以获得信道矩阵H_i（1<=i<＝M_R），以及检测各自与各个目的节点之间信道的信道状态信息，以获得信道矩阵G_i（1<=i<＝M_R）。其中，信道矩阵

N_Ri为第i个待选无线中继设备的天线数量，N_S为所述基站的天线数量，

表示复数集合，H_i表示基站与第i个待选无线中继设备之间的信道矩阵；以及，

1＜＝j＜＝M_D，M_D为目的节点数量，信道矩阵

N_Dj为第j个目的节点的天线数量，G_ij表示第i个待选无线中继设备与第j个目的节点之间信道的信道矩阵，(·)^T表示矩阵的转置，G_ij和H_i的列矢量均为信道矢量。此外，信道矢量的定义和获取方式请参考中国《通信学报》2003年08期“基于矢量平均的信道估计算法”、中国《电路与系统学报》2003年01期“二维RAKE接收机中一种新的信道矢量估计算法”、中国《通信学报》2003年11期“基于约束最小二乘准则的信道矢量估计算法”、《东南大学学报》(英文版)2003年01期“二维RKE接收机中一种约束最小二乘信道矢量估计算法”(英文)即“Constrained least squares algorithm forchannel vector estimation in 2-D RAKE receiver”等文章，这些文章的内容通过引用包含于此。

然后进入步骤S130，各待选中继节点R_i将各自在步骤S120中所获得的信道矩阵H_i和信道矩阵G_i分别映射为第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i，第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i均作为信道状态值组Z_i的元素，其中，第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i均为正数并使得：与各待选中继节点R_i相关联信道的信道状态越好，则信道状态值组Z_i中各元素的和越大，或者，与各待选中继节点R_i相关联信道的信道状态越好，则第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i的值越大。

例如，可以通过求信道矩阵H_i和信道矩阵G_i的范数来实现该映射。具体地，各待选中继节点R_i计算各自与源节点S之间的信道矩阵H_i的范数，作为第一信道状态值K_i，以及计算各自与各个目的节点D_j之间的信道矩阵G_i的范数，作为第二信道状态值L_i。从而完成从信道矩阵H_i和G_i到第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i的映射。

又如，各待选中继节点R_i从各自与源节点之间的信道矩阵H_i的各信道矢量分量中，选择信道矢量的范数值最大的一组信道矢量分量，并计算由所选择的该组信道矢量分量所构成的矢量矩阵的范数或累加值，作为第一信道状态值K_i，以及各待选中继节点R_i从各自与各个目的节点D_j之间的信道矩阵G_i的各信道矢量分量中，选择值最大的一组信道矢量分量，并计算由所选择的该组信道矢量分量的范数或累加值，作为第二信道状态值L_i,从而完成从信道矩阵H_i和G_i到第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i的映射。

又如，还可将信道矩阵H_i的各信道矢量分量中范数最大的一个或一个以上信道矢量的范数直接作为第一信道状态值K_i，以及将信道矩阵G_i的各信道矢量分量中范数最大的一个或一个以上信道矢量的范数作为第二信道状态值L_i,从而完成从信道矩阵H_i和G_i到第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i的映射。注意在这种情况下，第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i实际分别为由一个以上数值构成的数组。

由此可见，从信道矩阵H_i和信道矩阵G_i分别到第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i的映射方式多种多样，只要能够使得信道状态越好则第一信道状态值K_i和/或第二信道状态值的值L_i越大即可。

将通过映射获得的第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i作为信道状态值组Z_i的元素。

接着进入步骤S140，各待选中继节点R_i将在步骤S130中所获得的信道状态值组Z_i反馈至源节点S。

在步骤S150，源节点S接收各待选中继节点R_i分别发来的信道状态值组Z_i，并根据所接收到的各信道状态值组Z_i来确定要选用的中继节点，作为选用中继节点。

例如，在第一信道状态值K_i和/或第二信道状态值L_i分别为仅一个值时，从所有待选中继节点中，选择min(第一信道状态值K_i,第二信道状态值L_i)的值最大的一个或多个（例如，M_SR个，1＜＝M_SR＜＝M_R）待选中继节点作为选用中继节点，以通过选用中继节点来转发信号。再如，从所有待选中继节点中，选择第一信道状态值K_i与第二信道状态值L_i的和(K_i+L_i)最大的M_SR个（1<＝M_SR<＝M_R）待选中继节点作为选用中继节点，以通过选用中继节点来转发信号。

再如，第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i还可以分别为由一个或一个以上的数值构成的数组，此时，可将第一信道状态值K_i中各个值的和记为K_i'，以及各第二信道状态值L_i中各个值的和记为L_i'，然后从所有待选中继节点中，选择min(第一信道状态值K_i',第二信道状态值L_i')的值最大的M_SR个（1<＝N_S<＝M_R）待选中继节点作为选用中继节点，以通过选用中继节点来转发信号。在这种情况下，各信道状态值组Z_i可包括第一信道状态值K_i中的各个值和第二信道状态值L_i中的各个值。

由于在步骤S130中，使得：“与各待选中继节点R_i相关联信道的信道状态越好，则信道状态值组Z_i中各元素的和越大，或者，与各待选中继节点R_i相关联信道的信道状态越好，则第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i的值越大”，因此，本领域技术人员根据本发明的上述例示可明白根据所接收到的信道状态值组确定选用中继节点的具体算法多种多样，并不限于上述例子。

进入步骤S160，源节点S通过信令通知各选用中继节点，以通知该中继节点已被选用。

接着进入步骤S170，各选用中继节点协同源节点S进行信号传输。

具体地，各选用中继节点向源节点S反馈各自与源节点S之间的全部信道状态信息以及各自与目的节点D_j之间信道的全部信道状态信息。

至此，确定了选用中继节点且获得了选用中继节点的信道状态信息，因此，中继选择过程结束。

下面是对确定了选用中继节点后的一些处理的说明。

中继选择过程结束后，源节点S发送信号，并且使用选用中继节点来协同转发。

在步骤S160之后，各未被选中的中继节点继续保持待命状态。

按照设定的时间周期，各中继节点

可循环执行上述步骤S120至S140。即中继节点可定期更新反馈信道状态信息，以便进行下一次中继选择。

以下举例说明本实施例的接收信号及系统信道容量效果。

不失一般性地，以如下情况为例:

源节点配备N_S根天线，中继节点和目的节点均配备单根天线，源节点和各中继节点发射功率分别为E_S和E_R；

源节点与中继节点，中继节点与目的节点之间的信道为准静态信道，在两跳传输阶段保持不变；

表示源节点与各个中继节点之间的信道，

表示中继节点与目的节点之间的信道；

信道噪声可为加性白高斯噪声；则：

第一阶段，源节点S要发射给目的节点的信号为s，经过预编码矩阵F，实际发射给各中继节点的信号为

x=αFs

其中α表示S端的功率归一化系数：

${\mathrm{\&alpha;}}^2=\frac{E_S}{{\left|\right|F\left|\right|}_F^2}$

其中||·||表示矩阵的Frobenius范数；

在信号传输过程中，源节点采用破零预编码对待发射信号进行预处理。即预编码矩阵为

其中

表示矩阵的伪逆。

各中继节点的接收信号可以表示为y_R=Hx+n_R=αHFs+n_R

其中n_R表示各个中继节点的接收噪声；

第二阶段，每个被选中的中继节点对接收信号进行功率归一化之后，向所有目的节点进行转发。假设中继节点R_i(i＝1,…,M_R)的转发系数为β_i，则转发信号可以表示为

x_R=By_R

其中

$B=\mathrm{diag}\left(\right[{\mathrm{\&beta;}}_1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,{\mathrm{\&beta;}}_{M_R}\left]\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_i=\frac{E_R}{\sqrt{{\mathrm{\&alpha;}}^2{\left|\right|H(i,:)F\left|\right|}_F^2+{\mathrm{\&sigma;}}^2}}$

各目的节点的接收信号可以表示为

y_D=Gx_R+n_D=αGBHFs+GBn_R+n_D

其中n_D表示各个目的节点的接收噪声,中继节点与目的节点的接收噪声均服从独立同高斯分布，方差为

和不失一般性地，假设

根据仙农公式，建立系统信道容量（以C表示）相关的效应函数：

$C=\underset{k=1}{\overset{M_D}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_i)$

其中γ_i表示第i(i＝1,2,…M_D)个数据流的SINR（Signal-to-Interference andNoise Ratio）；

系统配置为N_S＝2，M_R＝4，M_D＝2为例，从中选择两个中继节点协同传输；

以及，通过求G(：，i)和H(i,:)的弗罗贝纽斯(Frobenius)范数来实现从各自在步骤S120中所获得各个信道矩阵G_i和H_i到信道状态值组的映射。

据此，发明人根据在上述示例情况下，针对采用本实施例的中继选择方法的通信系统进行了不同仿真条件下的性能试验和评估。

选择两种方案作为对比，包括不进行中继选择的方案，即系统配置为N_S＝2，M_R＝2，M_D＝2（以下简称基本法）；以及穷举任意中继节点组合得到的最优值（以下简称穷举法）。对中继节点分布在不同位置的情况进行仿真。评估采用的指标为系统信道容量。评估结果如图3、图4和图5所示。

图3、图4和图5分别给出了源节点到中继节点信道的平均信噪比ρ_SR等于中继节点到目的节点信道平均信噪比ρ_RD变化、ρ_SR恒定且ρ_RD变化、以及ρ_RD恒定且ρ_SR变化这三种情况下的系统信道容量。可以看到采用本发明的中继选择方法得到的系统信道容量变化趋势与穷举法得到的系统信道容量一致，都随着ρ_SR和/或ρ_RD的增加而增加，并且本发明的中继选择方法得到的系统信道容量比基本法大得多。

第二实施例

接着将再参考图2中所示的流程图说明本发明第二实施例。

根据本实施例的中继节点选择方法大体上可以与第一实施例中所述的中继节点选择方法相同，因此，将省略对与第一实施例的中继节点选择方法相同的步骤的说明。下面将仅对与第一实施例不同的步骤进行说明。

本实施例的步骤S130，还比较第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i，并将其中较小者作为信道状态值K_i。也就是说，在本实施例中，中继节点R_i仅将各自的第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i中的较小者作为信道状态值组Z_i的元素，并将信道状态值组Z_i发送至源节点S，以进一步减少系统的信令反馈开销。与第一实施例类似，通过映射使得：各待选中继节点R_i相关联信道的信道状态越好，则第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i的值越大，亦即，信道状态值组Z_i的元素的值越大。本实施例的步骤S130的其它方面与第一实施例的步骤S130相同或类似，在此不再赘述。

本实施例中的步骤S150与第一实施例中S150基本相同，即，源节点S接收各中继节点R_i发来的信道状态值组，并根据所接收到的信道状态值组来确定要选用的中继节点，作为选用中继节点。略有不同的是，本实施例中，由于与各待选中继节点对应的信道状态值组仅包括一个数值，因此源节点S针对与各待选中继节点对应的一个数值来确定选用中继节点，而在第一实施例中，与各个中继节点对应的信道状态值组包括第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i，因此源节点S针对与各待选中继节点对应的第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i来确定选用中继节点。

第三实施例

参考图1和图6说明根据本发明第三实施例的无线中继设备R（下文中，也称为中继节点R）。根据本实施例的无线中继设备与第一实施例和第二实施例的中继节点相对应。

如图1和6所示，无线中继节点R包括接收单元610。接收单元610通过信令传输从源节点S接收信道状态反馈指示，该信道状态反馈指示用来通知无线中继节点R反馈表示其与源节点S之间以及与目的节点之间的信道状态信息。

无线中继节点R还包括检测单元620，检测单元620与接收单元610连接，并在接收单元610接收到来自源节点S的信道状态反馈指示后，检测无线中继节点R与源节点S之间信道的信道状态信息，以获得信道矩阵H_i（1<=i<＝M_R），以及检测各自与各个目的节点之间信道的信道状态信息，以获得信道矩阵G_i（1<=i<＝M_R）。无线中继节点R的检测单元620的操作与第一实施例或第二实施例中的步骤S120相对应，在此不再赘述。

无线中继节点R还包括映射单元630。映射单元630与检测单元620连接，并在检测单元620获得信道矩阵H_i和信道矩阵G_i后，将检测单元620所获得的信道矩阵H_i和信道矩阵G_i分别映射为第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i，均作为信道状态值组的元素。映射单元630的操作与第一实施例或第二实施例中的步骤S130相对应，在此不再赘述。

无线中继节点R还包括发送单元640。发送单元640与映射单元630相连接，并在映射单元630获得信道状态值组后，将映射单元630所获得的信道状态值组反馈至源节点S。

第四实施例

参考图1和7说明根据本发明第四实施例的基站S(即，源节点S)。源节点S是本发明第三实施例的无线中继节点R的通信对端，换而言之，源节点S与无线中继节点R是相对应的设备。

如图7所示，源节点S包括检测单元710。检测单元710检测源节点S服务区内的所有中继节点，并确定待选中继节点。确定待选中继节点的方法详见第一实施例，再次不再展开说明。

源节点S还包括发送单元720，发送单元720与检测单元710连接。在检测单元710确定待选中继节点后，通过信令向各待选中继节点发送信道状态反馈指示，以通知各待选中继节点反馈表示各自（即，各待选中继节点自身）与该源节点S之间以及各自与各目的节点之间的信道状态信息。

源节点S还包括接收单元730，接收单元730可与发送单元720连接。接收单元730在发送单元720向各待选中继节点发送信道状态反馈指示后，接收各待选中继节点发来的信道状态值组，其中，信道状态值组可包括一个或一个以上数值。此外，接收单元730也可不与发送单元720连接，而是设计为可随时接收各待选中继节点发来的信道状态值组。

源节点S还包括确定单元740。确定单元740与接收单元730连接，并根据接收单元730所接收到的信道状态值组来确定要选用的中继节点，作为选用中继节点。确定单元740的操作与第一实施例或第二实施例中的步骤S150相对应，在此不再赘述。

第五实施例

本发明第五实施例提供一种无线通信系统。

本实施例的无线通信系统结构如图1所示，其中，源节点采用根据本发明第四实施例的基站S(即，源节点S)，中继节点采用根据本发明第三实施例的无线中继设备R。此外，本系统无线通信系统采用根据本发明第一实施例或第二实施例的中继节点选择方法来选择中继节点。

其它实施例

在第一实施例和第二实施例中，源节点S可将检测到的所有中继节点作为待选中继节点。但是，也可将检测到的部分中继节点作为待选中继节点。例如，可将源节点S设置为在图2或图3的奇次循环中将检测到的部分中继节点作为待选中继节点，而在图2或图3的偶次循环中，源节点S可从检测到的中继节点中去除在前一次循环的步骤S160中的min(K_i,L_i)的值最小的一组中继节点，并将经去除后剩余的中继节点作为待选中继节点。可见，待选中继节点可以为源节点S检测到的部分中继节点，也可以为全部中继节点。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种中继选择方法，其特征在于，包括：

各待选无线中继设备R_i分别获得信道矩阵H_i和信道矩阵G_i；

各所述待选无线中继设备R_i将所述信道矩阵H_i和所述信道矩阵G_i映射为信道状态值组Z_i，使得与各所述待选无线中继设备R_i相关联信道的信道状态越好则所述信道状态值组Z_i中各元素的和越大；

各所述待选无线中继设备R_i将所述信道状态值组Z_i发送至基站；

所述基站根据所接收到的各所述信道状态值组Z_i来确定要选用的中继设备，

其中，

各所述信道状态值组Z_i包括一个或一个以上的数值，信道矩阵H_i表示所述基站与第i个待选无线中继设备之间的信道矩阵且

以及G_ij为信道矩阵，表示第i个待选无线中继设备与第j个目的节点之间信道的信道矩阵，且

表示复数集合，1＜＝i<＝M_R，1<＝j<＝M_D，M_R为所述待选无线中继设备的数量，M_D为所述目的节点的数量，N_Ri为第i个所述待选无线中继设备的天线数量，N_S为所述基站的天线数量，N_Dj为第j个所述目的节点的天线数量，(·)^T表示矩阵的转置，所述信道矩阵G_ij和所述信道矩阵H_i的列矢量均为信道矢量。

2.根据权利要求1所述的中继选择方法，其特征在于，

各所述待选无线中继设备R_i将信道矩阵H_i和信道矩阵G_i分别映射为第一信道状态值K_i和第二信道状态值L_i，且将所述第一信道状态值K_i和所述第二信道状态值L_i中的较小值作为所述信道状态值组Z_i的元素。

3.根据权利要求1所述的中继选择方法，其特征在于，

各所述待选无线中继设备R_i将所述信道矩阵H_i和所述信道矩阵G_i分别映射为所述第一信道状态值K_i和所述第二信道状态值L_i，且将所述第一信道状态值K_i和所述第二信道状态值L_i均作为所述信道状态值组Z_i的元素。

4.根据权利要求2或3所述的中继选择方法，其特征在于，

各所述待选无线中继设备计算所述信道矩阵G_i的范数和所述信道矩阵H_i的范数，分别作为所述第一信道状态值K_i和所述第二信道状态值L_i。

5.根据权利要求2所述的中继选择方法，其特征在于，

所述基站根据各所述信道状态值组Z_i，选择所述信道状态值组Z_i中各元素的和最大的一个或多个所述待选无线中继设备作为所述要选用的无线中继设备。

6.根据权利要求3所述的中继选择方法，其特征在于，

所述基站根据各所述信道状态值组Z_i，选择所述第一信道状态值K_i与所述第二信道状态值L_i中的较小值最大的一个或多个所述待选无线中继设备作为所述要选用的无线中继设备。

7.根据权利要求1所述的中继选择方法，其特征在于：

各所述待选无线中继设备是所述基站的服务区内所有或部分的无线中继设备。

8.一种无线中继设备，包括接收单元，所述接收单元从基站接收信道状态反馈指示，其特征在于，所述无线中继设备还至少包括：

检测单元，其在所述接收单元从所述基站接收到信道状态反馈指示后，检测所述无线中继设备与所述基站之间信道的信道状态信息，以获得信道矩阵H_i，以及检测所述无线中继设备与各个目的节点之间信道的信道状态信息，以获得信道矩阵G_i；

映射单元，其将所述信道矩阵H_i和所述信道矩阵G_i映射为信道状态值组Z_i，使得与所述无线中继设备相关联信道的信道状态越好则所述信道状态值组Z_i中各元素的和越大；

发送单元，其将所述信道状态值组Z_i发送至所述基站，

其中，

各所述信道状态值组Z_i包括一个或一个以上的数值，信道矩阵H_i表示所述基站与第i个待选无线中继设备之间的信道矩阵且

以及

G_ij为信道矩阵，表示第i个待选无线中继设备与第j个目的节点之间信道的信道矩阵，且

表示复数集合，1＜＝i<=M_R，1＜=j<＝M_D，M_R为所述待选无线中继设备的数量，M_D为所述目的节点的数量，N_Ri为第i个所述待选无线中继设备的天线数量，N_S为所述基站的天线数量，N_Dj为第j个所述目的节点的天线数量，(·)^T表示矩阵的转置，所述信道矩阵G_ij和所述信道矩阵H_i的列矢量均为信道矢量。

9.一种基站，至少包括：

检测单元，其检测所述基站的服务区内的无线中继设备，并确定待选无线中继设备R_i，以及

发送单元，其向各所述待选无线中继设备R_i发送信道状态反馈指示，

其特征在于，所述基站还包括：

接收单元，接收各所述待选无线中继设备R_i发来的信道状态值组Z_i；

确定单元，根据所接收到的各信道状态值组Z_i来确定要选用的中继设备，

其中，

各所述待选无线中继设备R_i将信道矩阵H_i和信道矩阵G_i映射为信道状态值组Z_i，各所述信道状态值组Z_i包括一个或一个以上的数值，1＜＝i<＝M_R，M_R为待选无线中继设备数量，信道矩阵H_i表示所述基站与第i个待选无线中继设备之间的信道矩阵且

以及

G_ij为信道矩阵，表示第i个待选无线中继设备与第j个目的节点之间信道的信道矩阵，且

表示复数集合，1＜＝i<=M_R，1＜=j<＝M_D，M_D为所述目的节点的数量，N_Ri为第i个所述待选无线中继设备的天线数量，N_S为所述基站的天线数量，N_Dj为第j个所述目的节点的天线数量，(·)^T表示矩阵的转置，所述信道矩阵G_ij和所述信道矩阵H_i的列矢量均为信道矢量；

与各所述待选无线中继设备R_i相关联信道的信道状态越好则所述信道状态值组Z_i中各元素的和越大。

10.一种无线通信系统，至少包括：

一个或多个根据权利要求8所述的无线中继设备，以及

根据权利要求9所述的基站，

其中，

所述基站根据权利要求1至7中任一项所述的中继选择方法来确定要选用的无线中继设备。

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