CN102123438A - 动态选择多中继站点协同传输方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信技术领域的动态选择多中继站点协同传输方法，通过只选择一个中继参与协同传输的方案，可以提高用户的接收信噪比，从而降低误码率，提高传输可靠性及服务质量。而由于在发明中采用了以定时器方案代替参数汇报的方法，可以有效降低信令的开销，节省无线资源。本发明用于下行数据协同传输，在尽量减少频率资源和系统总功率使用的情况下，改善低信干噪比环境下用户的数据传输速率。

Description

动态选择多中继站点协同传输方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种低信干噪比环境下的动态选择多中继站点协同传输方法。

背景技术

下一代无线通信系统提出了很高的系统容量要求，但可供获得此容量的大带宽可能只能在较高频段取得，而这样的高频段的路径损耗和穿透损耗都比较大，很难实现好的覆盖。这就造成小区边缘用户的接收信号质量较差。而中继站点的提出可以较好的解决下一代无线通信系统对容量和覆盖范围的要求。在讨论中继站点的实际应用时，对于中继站点的选择并协同基站传输一直是讨论热点之一。中继站点的适当选取，将实现在有限的资源消耗下以最有效的方式完成语音及数据的传输。

经过对现有技术文献的检索发现，Maryland大学的学者在2006年提出了对于多中继站点节点中合适选择中继站点，选择哪个中继站点进行传输的问题(Relay Selection in Multi-Node Cooperative Communications：When to Cooperate and Whom to Cooperate with？)。该文献给出了通过信道增益来选择中继站点进行协同传输使在一定系统信干噪比之下误码率理论减小的程度。同年美国麻省理工学院的学者提出了一种实用的中继站点选择方法(A Simple Cooperative Diversity Method Based on Network Path Selection)，该方法中首次提出了使用基于信道质量的竞争机制进行中继站点选择的方法，并且仿真了在瑞利信道与莱斯信道环境下此选择机制可能造成误选的碰撞概率。

经过对现有技术的检索发现，涉及中继站点选择的前提往往是在系统总功率固定的条件，而这个限制条件使得中继站点的选择个数只能够局限于一个。而对于一些游牧热点小区或小区边界这样的低信干噪比环境，当仅仅使用一个中继站点进行协同传输，通常仍然不能够保证传输的可靠性，即在接收端不能够正确的接收传送的数据，或者不能够获得需要的数据传输速率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种动态选择多中继站点协同传输方法，用于下行数据协同传输，在尽量减少频率资源和系统总功率使用的情况下，改善低信干噪比环境下用户的数据传输速率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步、当基站有数据需要发送至移动台时，基站首先向移动台发送指示信号，当移动台接收到指示信号后同时向基站及中继站点发送信干噪比测量信号，用于反馈基站指示及供中继站点监听。

所述的信干噪比测量信号是指：蜂窝网中长度恒定的固定信号序列。

第二步、基站接受移动台反馈的信干噪比测量信号并计算该信干噪比测量信号的传输信干噪比，然后将该传输信干噪比与信干噪比门限进行比较。如该传输信干噪比高于信干噪比门限则直接由基站向移动台进行数据传输，否则使用中继站点频段向中继站点广播中继站点协作信号以请求中继站点协作传输。

所述的信干噪比门限是指：移动台在接收数据时接收端的信干噪比门限，只有高于该信干噪比门限的数据才能被接受端正确解码接受。

所述的中继站点协作信号是指：蜂窝网中长度恒定的固定控制信号序列，该中继站点协作信号的格式及传输频段与信干噪比测定信号的格式及传输频段均不相同。

第三步、中继站点根据先后接收到的来自移动台的信干噪比测定信号和来自基站的中继站点协作信号得到：中继站点与移动台之间链路的信干噪比、中继站点与基站链路之间的信干噪比以及基站经中继站点到移动台的完整链路信干噪比等效值，然后设定定时器值A。

所述的设定定时器值是指：每个中继站点根据完整链路信干噪比等效值由计算公式设定定时器的定时时间。基站和中继站点保持全局同步，中继站点在收到基站的要求中继站点协作信号后，启动该定时器向基站发送反馈控制信号。使用该方法，中继站点以发送时间点来代替大量的数据发送。而基站可以根据接收到反馈控制信号的时间点根据相同公式计算链路信干噪比。

所述的反馈控制信号是指特定格式的比特符号用于指示特定的控制信令。

第四步、各个中继站点在接受到基站的要求中继站点协作信号时启动定时器，在中继站点定时器值到达时广播设定的控制信号，同时设定计数器值。

所述的设定计数器值是指：每个中继站点设有一个计数器，计数器的初始值设为零。中继站点在从接受到基站的要求中继站点协作信号时刻起，到该中继站点的定时器启动时间内，当该中继站点监听到其他中继站点发送的符号，则代表有其他的一个中继站点的定时器已经启动，即通过那个中继站点的基站到中继站点，中继站点再到移动台的链路综合质量将好于通过该中继站点本身链路综合质量。于是就在该中继站点的计数器数值加一。当在该中继站点的定时器走完时，计数器没有达到上限值，则将相应的计数器数值加一。最后每个中继站点计数器值代表了根据综合链路质量优先级排序的结果。计数器值越低的代表链路质量越高，计数器值为一的中继站点优先级最高。

所述的计数器上限值是指：基站根据移动台所需要的信干噪比需求计算所需要参与协作传输的中继站点的数目。

第五步、基站根据接收到每个中继站点发出的反馈控制信号时间，使用第三步中相同的公式进行逆运算得到基站经各个中继站点到移动台的信干噪比。基站根据链路信干噪比计算需要参与协作传输以保证移动台所需要的信干噪比的中继站点数目，并将该数值广播出去。

第六步、各个中继站点接收到基站广播的需要参与的中继站点数目值后，将其与自身的计数值进行比较，当自身的计数器值小于基站广播的数值，则该中继站点参与基站至移动台的协同传输。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)在移动台处于低信号质量环境时，选择超过一个中继站点来进行协同传输，并根据移动台链路质量动态分配不定数量的中继站点参与传输，提高了用户的信息传输速率。

2)在中继站点选择过程中，通过引入定时器与计数器结合的方式来完成，降低了选择流程中的信令交互和开销，节省了资源的消耗。

3)在中继站点选择过程中，综合考虑从基站经中继站点到达移动台的整个链路的信干噪比值，保证了参与协作传输的中继站点的对无线资源有效的利用。

附图说明

图1是实施例信息率比较示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例包括以下步骤：

第一步，在发送数据前基站向移动台发送指示信号，当移动台接收到指示信号后同时向基站及中继站点发送探测导频信息信号，用于响应基站指示以及供基站和中继站点监听。

所述的探测导频信息是一个特定的载波频率，其具备波的基本特征，有特定的相位和幅度。

第二步，接收到探测导频信息的中继站点进行信道测量，得到移动台与中继站点链路之间的信干噪比信息；接收到探测导频信息的基站也进行信道测量，得到移动台与基站链路之间的信干噪比信息。当信干噪比低于阈值，即移动台不能保证信息的可靠接受，则基站向中继站点广播指示信号要求中继站点协助。

所述的信干噪比是指信号与干扰信号及噪声的比值，以分贝为单位。信干噪比与信息传输中的错误率成反比关系，即信干噪比越高，信息传输错误率越低。

第三步，中继站点根据接收到的基站的中继站点协作信号得到中继站点与基站链路之间的信干噪比，并计算从基站经中继站点到移动台的完整链路信干噪比等效值，然后根据此信干噪比设定定时器值A。

所述的完整链路信干噪比等效值的计算是指根据基站到中继站点之间链路及中继站点到移动台之间链路的信道状态，进行加权计算的过程。一般情况，应根据中继站点发送和接收的吞吐量匹配的原则进行计算。假设基站到中继站点之间链路的信干燥比为γ₁，中继站点到移动台之间链路的信干噪比为γ₂，分配给基站到中继站点之间通信的频带宽度为B₁，分配给中继站点到移动台之间通信的频带宽度为B₂，则有：

$(B_1+B_2){\log }_2(1+\mathrm{\γ})=\frac{B_1{\log }_2(1+{\mathrm{\γ}}_1)+B_2{\log }_2(1+{\mathrm{\γ}}_2)}{2}$ (公式一)

则基站到移动台的完整链路信干噪比等效值γ可以计算得到：

$\mathrm{\γ}=2^{\frac{B_1{\log }_2(1+{\mathrm{\γ}}_1)+B_2{\log }_2(1+{\mathrm{\γ}}_2)}{2(B_1+B_2)}}-1$ (公式二)

所述的根据完整链路信干噪比等效值设定定时器值是指将信干噪比等效值以非线性的方式映射成定时器的时间值，即A＝f(γ)。由于在设置定时器值时考虑到时间值与信干噪比成反比关系，因此可以设置成

$A=\frac{1}{{\mathrm{\γ}}^2+\mathrm{\γ}+1}.$ (公式三)

第四步、在全局同步的蜂窝网络，基站在发送中继站点协作信号时启动定时器，各个中继站点在接受到基站的要求中继站点协作信号时启动定时器，在中继站点定时器值到达时广播设定的反馈控制信号，同时每个中继站点设有一个计数器，计数器的初始值设为零。中继站点在从接受到基站的要求中继站点协作信号时刻起，到该中继站点的定时器启动时间内，当该中继站点监听到其他中继站点发送的符号，则代表有其他的一个中继站点的定时器已经启动，即通过那个中继站点的基站到中继站点，中继站点再到移动台的链路综合质量将好于通过该中继站点本身链路综合质量。于是就在该中继站点的计数器数值加一。当在该中继站点的定时器走完时，计数器没有达到上限值E，则将相应的计数器数值加一。最后每个中继站点计数器值代表了根据综合链路质量优先级排序的结果。计数器值越低的代表链路质量越高，计数器值为一的中继站点优先级最高。

第五步、基站根据接收到每个中继站点发出的字符信号时间，使用(公式三)进行逆运算得到基站经各个中继站点到移动台的完整链路的信干噪比等效值。基站计算需要参与协作传输以保证移动台所需要的信干噪比的中继站点数目，并将该数值广播出去。

当用户所需要的数据传输率为C₁，则基站根据(公式四)计算所需要参与协作传输的中继站点数值N，其中B为带宽，γ_B为基站到移动台的信干噪比，γ_n为基站经中继站点n到移动台完整链路的信干噪比等效值，其排序根据接受到的中继站点反馈控制信号的时间先后。

$C_1=B{\log }_2(1+{\mathrm{\γ}}_B+\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_n)$ (公式四)

第六步、各个中继站点接收到基站广播的需要参与的中继站点数目值N后，将其与自身的计数值进行比较，当自身的计数器值小于基站广播的数值，则该中继站点参与基站至移动台的协同传输。

对于传统选择一个中继站点参与协作传输的系统，可以得到用户的数据传输率为C₂，如(公式五)所示，其中γ_R为基站经所选择的中继站点R到移动台完整链路的信干噪比等效值。

C₂＝Blog₂(1+γ_B+γ_R)                     (公式五)

比较(公式四)和(公式五)可知：本实施例方法得到的用户的总数据传输率得到大大提高。

当基站与移动台链路之间的信干噪比值为0到40dB时，分别采用本实施例方法(中继站点数目为4)和选择单一中继站点的方法得到的用户的信息传输率比较如图1所示。该图证明了本实施例方法引入中继站点网络后，用户的数据传输率得到了明显的提高。特别是当基站到移动台链路之间的信干噪比较低的时候，即移动台处于离基站较远地点时，采用本实例动态选取多中继站点的方法可以得到的增益更加明显。

Claims (8)

1.一种动态选择多中继站点协同传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、当基站有数据需要发送至移动台时，基站首先向移动台发送指示信号，当移动台接收到指示信号后同时向基站及中继站点发送信干噪比测量信号，用于反馈基站指示及供中继站点监听；

第二步、基站接受移动台反馈的信干噪比测量信号并计算该信干噪比测量信号的传输信干噪比，然后将该传输信干噪比与信干噪比门限进行比较；如该传输信干噪比高于信干噪比门限则直接由基站向移动台进行数据传输，否则使用中继站点频段向中继站点广播中继站点协作信号以请求中继站点协作传输；

第三步、中继站点根据先后接收到的来自移动台的信干噪比测定信号和来自基站的中继站点协作信号得到：中继站点与移动台之间链路的信干噪比、中继站点与基站链路之间的信干噪比以及基站经中继站点到移动台的完整链路信干噪比等效值，然后设定定时器值；

第四步、各个中继站点在接受到基站的要求中继站点协作信号时启动定时器，在中继站点定时器值到达时广播设定的控制信号，同时设定计数器值；

第五步、基站根据接收到每个中继站点发出的反馈控制信号时间，使用第三步中相同的公式进行逆运算得到基站经各个中继站点到移动台的信干噪比；基站根据链路信干噪比计算需要参与协作传输以保证移动台所需要的信干噪比的中继站点数目，并将该数值广播出去；

第六步、各个中继站点接收到基站广播的需要参与的中继站点数目值后，将其与自身的计数值进行比较，当自身的计数器值小于基站广播的数值，则该中继站点参与基站至移动台的协同传输。

2.根据权利要求1所述的动态选择多中继站点协同传输方法，其特征是，所述的信干噪比测量信号是指：蜂窝网中长度恒定的固定信号序列。

3.根据权利要求1所述的动态选择多中继站点协同传输方法，其特征是，所述的信干噪比门限是指：移动台在接收数据时接收端的信干噪比门限，只有高于该信干噪比门限的数据才能被接受端正确解码接受。

4.根据权利要求1所述的动态选择多中继站点协同传输方法，其特征是，所述的中继站点协作信号是指：蜂窝网中长度恒定的固定控制信号序列，该中继站点协作信号的格式及传输频段与信干噪比测定信号的格式及传输频段均不相同。

5.根据权利要求1所述的动态选择多中继站点协同传输方法，其特征是，所述的设定定时器值是指：每个中继站点根据完整链路信干噪比等效值由计算公式设定定时器的定时时间；基站和中继站点保持全局同步，中继站点在收到基站的要求中继站点协作信号后，启动该定时器向基站发送反馈控制信号。

6.根据权利要求1或5所述的动态选择多中继站点协同传输方法，其特征是，所述的反馈控制信号是指特定格式的比特符号用于指示特定的控制信令。

7.根据权利要求1所述的动态选择多中继站点协同传输方法，其特征是，所述的设定计数器值是指：每个中继站点设有一个计数器，计数器的初始值设为零，中继站点在从接受到基站的要求中继站点协作信号时刻起，到该中继站点的定时器启动时间内：

当该中继站点监听到其他中继站点发送的符号，则代表有其他的一个中继站点的定时器已经启动，即通过那个中继站点的基站到中继站点，中继站点再到移动台的链路综合质量将好于通过该中继站点本身链路综合质量，于是就在该中继站点的计数器数值加一；

当在该中继站点的定时器走完时，计数器没有达到上限值，则将相应的计数器数值加一；

最后每个中继站点计数器值代表了根据综合链路质量优先级排序的结果，计数器值越低的代表链路质量越高，计数器值为一的中继站点优先级最高。

8.根据权利要求7所述的动态选择多中继站点协同传输方法，其特征是，所述的上限值是指：基站根据移动台所需要的信干噪比需求计算所需要参与协作传输的中继站点的数目。

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