CN102547843A - 节点和无线通信网络、资源分配方法、信息无错传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于无线通信网络中资源分配的方法、用于信息的无错传输的方法、节点和无线通信网络。描述了一种在从中继站(104)到接收器(102)的信息的重发的情况下用于无线通信网络中资源分配的方法，该无线通信网络包括发送器(100)、中继站(104)和接收器(102)，其中基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。

Description

节点和无线通信网络、资源分配方法、信息无错传输方法

技术领域

本发明的实施例涉及无线通信网络的领域，更具体地讲，涉及包括发送器、中继站和接收器的无线通信网络，其中提供中继站以用于把从发送器发射的信息转发到接收器。更具体地讲，本发明的实施例涉及一种在从中继站到接收器的信息的重发的情况下用于无线通信网络中资源分配的方法，例如使用中继台或中继站并根据HARQ协议(HARQ＝混合自动重复请求)工作的系统中的自适应资源分配。 

背景技术

在常规无线通信网络(例如，蜂窝系统)中，中继台或中继站用于支持蜂窝系统的发送器(源)和接收器(目的地)之间的通信。包括中继站的蜂窝系统可支持HARQ协议。在这种方案中，源经例如中继站把信息发射到目的地，码率与源和中继站之间的信道(第一跃距)匹配。目的地既可直接从源接收信号，又可经中继站接收信号。信号在目的地被组合并解码。在目的地无法对接收的信号解码的情况下，发出否定确认消息(NAK消息-否定确认消息)。响应于NAK消息，根据HARQ协议启动重发。在已知系统中，在这种否定确认的情况下，控制中继站而非源以执行重发。如果中继站和目的地之间的信道(第二跃距)好于(例如，具有更好的信道质量)源和目的地之间的直接信道(这是很可能出现的情况)，则这可以是有益的。在基于包的无线电通信网络中，HARQ协议是通过请求任何错误解码的包数据的重发允许无错传输的重要方法。已知的HARQ协议/方案是Chase合并(CC)方案和递增冗余(IR)方案。 

根据信息理论，强壮的编码(像是，例如turbo码或LDPC码)的 成功解码意味着信道的互信息(MI)(I(X；Y))大于码率(R_c)，其中I(X；Y)的行为取决于SNR(SNR＝信噪比)，即I(X；Y)＝f(SNR)。使用HARQ协议允许错误解码的包或信号的重发，由此增大I(X；Y)以超过码率R_c。 

图1表示互信息I(X，Y)与源和目的地之间的距离的关系。图1(A)示意性地表示源S和目的地D。在上行链路的情况下，源可以是用户装备UE，目的地可以是基站eNB。互信息I(X，Y)定义在位置X离开源S并在位置Y到达目的地D的平均信息。因此，互信息I(X，Y)应该处于最大值。为了确保在目的地成功解码，互信息I(X，Y)需要大于码率R_c。图1(B)描绘取决于源和目的地之间的距离的互信息I(X，Y)的过程的图形表示。可以看出，源和目的地之间的距离越长，互信息I(X；Y)越低，在某个点，它变得低于由码率设置的阈值R_c。在该阈值下方，在目的地的解码将会失败。HARQ方案是这样一种方案：允许将会导致互信息I(X；Y)的增大的重发，由此超过R_c并且由此允许更长的源和目的地之间的距离。 

US 7,697,948B2描述一种使用HARQ方案但不使用中继站重发位的方法。US 2007/0190934A1描述一种使用根据基于互信息MI选择的特定中继模式工作的中继站的通信系统。然而，未描述HARQ协议。Y.Qi，R.Hoshyar和R Tafazolli在IEEE ICC 2009的“On thePerformance of HARQ with Hybrid Relaying Schemes，”中描述一种使用中继站和HARQ协议的无线通信系统。互信息用于在两个预设中继功能之间切换。因此，在使用中继站并根据HARQ协议工作的现有技术系统中，中继站在中继站处于合适位置的假设下仅用于重发以正确地对能够随后重发的整个码字解码。未考虑重发所需的资源。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种在需要从中继站到接收器的信息的重发的情况下用于无线通信系统中资源的分配的方法。 

该目的由权利要求1的方法和权利要求5的节点实现。 

本发明的实施例提供一种在从中继站到接收器的信息的重发的情况下用于无线通信网络中资源分配的方法，该无线通信网络包括发送器、中继站和接收器，该方法包括： 

基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。 

本发明的实施例提供一种无线通信网络中的节点，该无线通信网络包括发送器、中继站和接收器，该节点包括： 

处理器，构造为在从中继站向接收器重发的情况下分配资源，其中所述处理器构造为基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。 

实施例提供一种用于无线通信网络的发送器和接收器之间的信息的无错传输的方法，该无线通信网络还包括中继站，该方法包括： 

从发送器向接收器发送码字， 

在接收器错误地检测码字的情况下，请求从中继站重发信息， 

根据本发明的方法分配用于由中继站执行的重发的资源， 

使用分配的资源执行从中继站到接收器的重发以利用预定义概率对重发之后的信息解码。 

实施例提供一种无线通信网络，包括： 

发送器； 

接收器，构造为从发送器接收码字并在错误地检测该码字的情况下请求重发； 

中继站，构造为在接收器错误地检测码字的情况下引起信息的重发， 

其中所述发送器、接收器和中继站中的至少一个构造为根据本发明实施例的节点。

本发明的另一实施例提供一种包括程序的计算机程序产品，该程序包括由计算机可读介质存储的指令，当在计算机上运行该程序时所述指令执行根据本发明实施例的方法。 

根据本发明的实施例，在中继站或者在无线通信网络中的任何其它节点确定所述资源，其中在无线通信网络中的任何其它节点确定所述资源的情况下，该方法还包括把用于重发的资源通知给中继站。 

根据本发明的实施例，所述发送器或源可构造为把码字发送给接收器或目的地，其中在接收器错误地对码字解码的情况下请求重发，其中由中继站向接收器重发信息以在接收器利用预定义概率对重发之后的码字解码。 

根据实施例，所述中继信道可包括发送器和接收器之间的信道、发送器和中继站之间的信道以及中继站和接收器之间的信道中的至少一个。所述中继信道可包括发送器和中继站之间的信道以及发送器和接收器之间的信道与中继站和接收器之间的信道中的至少一个。 

根据实施例，在信道质量的基础上描述所述中继信道或者表征所述中继信道，可在中继信道的互信息(MI)、概率密度函数(pdf)或对数似然比(LLR)的基础上确定所述信道质量。在中继站实现的中继功能可包括任何任意选择的中继功能，例如检测转发(DetF)功能、解码转发(DF)功能、估计转发(EF)功能以及放大转发(AF)功能。EF在这里是指码元的条件平均数的发送。 

根据实施例，使用混合自动重复请求发送所述码字，其中所述资源是由中继站执行重发的位的数量或功率。根据这个实施例，可使用用于初始发送的位的一部分的重发的chase合并(CC)方案或者用于原始码字的不同位的重发的递增冗余(IR)方案。在这种情况下，考虑的中继信道可包括发送器和中继站之间、发送器和接收器之间以及中继站和接收器之间的信道，其中每个信道由它的信噪比(SNR)描述。重发的位的数量与初始发送的位的数量之比如下： 

在IR的情况下：p＞(R_c-f(SNR_SD)/f(SNR_SR，SNR_RD)， 

在CC的情况下：p＞(R_c-f(SNR_SD)/f(SNR_SR，SNR_SD，SNR_RD)-f(SNR_SD))， 

其中： 

P＝重发的位的数量与初始发送的位的数量之比， 

Rc＝初始发送的码率， 

SNR_SD＝发送器和接收器之间的信道的信噪比， 

SNR_SR＝发送器和中继站之间的信道的信噪比， 

SNR_RD＝中继站和接收器之间的信道的信噪比， 

f(SNR)＝描述取决于一个或多个信道的SNR值的互信息的函数。 

当与常规方案相比时，根据本发明的实施例，提供了一种允许优化在中继站的资源使用的在中继站的资源分配的改进方法。选择中继发送的码率以使目的地能够成功地对总体码字解码，但不会超过所需的程度以避免资源的浪费，从而根据本发明的实施例，实现由中继站发送的位的数量的智能协调。在中继站中执行的中继功能的基础上以及在中继信道的基础上确定重发所需的资源(例如，位的数量或功率)。此外，可考虑在中继站未进行成功解码的情况，因为在初始发送的码率选择得太高的情况下，中继站将不会在发送中起作用。另一方面，能够应用信道解码的中继站可能太复杂或者功耗太大。 

根据实施例，本发明提供了一种根据特征在于源、目的地和中继站之间的一个或多个信道的SNR值以及中继功能(例如，AF功能或EF功能)的系统的状态在请求重发的情况下在HARQ方案中确定将要由中继站另外发送的代码位的最小数量的方法。更具体地讲，根据这个实施例，提出一种获得在来自目的地的NAK消息的情况下由中继台发送的另外的位的数量的方法。另外的位的数量取决于所有涉及的信道的状态(例如，基于SNR)以及取决于中继站的功能(取决于应用放大转发(AF)功能、检测转发(DetF)功能还是估计转发(EF)功能)。自然地，可以扩展至其它中继功能。 

本发明的实施例优于常规方法，因为可以节省大量物理资源，这与现有技术的状态相比可导致更高吞吐量。更高吞吐量在经济上是有益的，因为任何一个用户能够接收更高的数据速率或者对于固定数据速率能够减小所需的发送功率。 

附图说明

以下将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例，其中： 

图1表示互信息或转移信息I(X，Y)与源和目的地之间的距离的关系，其中图2(A)示意性地表示源S和目的地D，其中图2(B)描绘 取决于源和目的地之间的距离的互信息I(X，Y)的过程的图形表示； 

图2显示具有源、目的地和中继站的三终端系统的系统模型； 

图3表示帧差错率(FER)和所需资源之间的权衡，其中图3(A)描述差错率性能，其中图3(B)描述重发的资源的减少，其中图3(C)描述吞吐量性能； 

图4描述根据本发明的方法的改进，其中图4(A)示意性地描述图2的系统，其中图4(B)表示改进； 

图5是显示由使用DetF中继功能的中继站重发的位的最佳比例的曲线图； 

图6是显示由使用AF中继功能的中继站重发的位的最佳比例的曲线图； 

图7是显示由使用EF中继功能的中继站重发的位的最佳比例的曲线图； 

图8是显示应用没有信道解码的AF中继功能、DetF中继功能或EF中继功能的中继站的有效码率以及具有中继站和没有中继站的有效码率之比的曲线图。 

具体实施方式

现在将在如图2中所示的无线通信系统的基础上描述本发明的实施例。 

图2显示三终端系统的系统模型。该系统包括：源100，例如用户装备UE；目的地102，例如基站eNB；和中继站或中继节点(RN)104。在源100，如方框100’所示，将要向目的地102发送的信号d(例如，码字或者包)由信道编码器C编码并由调制器A调制以输出源信号x_S。如图2中示意性所示，第一信道106存在于源100和目的地102之间，以使得在目的地102接收发送的源信号y_SD。该无线通信系统还包括源100和中继站104之间的第二信道(第一跃距)108。经信道108，中继站104接收信号y_SR，信号y_SR是经第二信道108从源100发送到中继站104的源信号。如方框104’中所示， 中继站104接收信号y_SR。中继站104可构造为在信道解码器C^-1执行信道解码，在信道解码器C^-1后面跟着中继功能f(y_SR)，中继功能f(y_SR)产生经第三信道(第二跃距)110向目的地102发送的中继站信号x_R，除了发送的源信号y_SR之外目的地102还接收发送的中继站信号y_RD。在目的地，如方框102’示意性所示，发送的源信号y_SD和发送的中继站信号y_RD由组合器COMB组合并且对组合的信号进行信道解码以产生发送的信息信号d。源100、目的地102和中继站104的方框100’、102’和104’分别可包括用于执行上述各信号的信号处理的处理器装置。 

图2显示包括“类型2中继”的系统结构，即使用经第一信道106的直接路径以及经信道108和110并且经中继站104的中继路径的系统结构，其中这两种路径都由目的地102接收并且可通过TDD(时分双工)或者FDD(频分双工)被分离。在中继站104，可使用多种方案，例如，一种方案是在中继站不使用任何解码，从而方框C^-1可以是可选的，这产生简单而便宜的中继站104。中继功能f(y_SR)或中继协议可包括任何已知协议，例如放大转发(AF)协议、检测转发(DetF)协议和估计转发(EF)协议。此外，可使用REL-10LTE(LTE-高级)中继站。 

当使用例如如图2中所示的中继站向目的地或接收器重发信息时，问题在于：中继站应该重发多少另外的位。如果在接收器的互信息仅稍微小于所希望的MI，则与源或发送器的初始发送中相同的数量的位的发送将会是资源的浪费。然而，如果位的数量选择得太少，则解码可能再次失败并且需要另外的发送，这增加了延迟。考虑到中继站上的复杂链路，所需的另外的位的最小数量的计算不是简单的任务并且应该考虑其它要点，例如使计算保持简单以使其可容易应用于通信系统中。 

本发明提供一种在考虑了中继链路的参数的情况下获得将要重发的位的最小数量的简单方法。例如，所需的参数是两种链路(即，经中继站的源和目的地之间的链路或信道以及源和目的地之间的直接链 路或信道)上的中继功能(AF、DETF或EF)和SNR。基于这些参数，能够计算取决于重发的位的数量的链路的有效互信息(MI)。考虑对于强壮的编码(例如，turbo码)可实现成功的解码的事实，当输入信号的MI大于码率时，根据以下更详细的讨论，利用单个公式能够计算重发的位的最小数量。 

输入信号的MI增大，通常，通过对将要重发的位删余(puncture)能够调节MI或I(X；Y)。因此，通过调整位的比例，能够找到帧差错率(FER)和资源使用之间的权衡。难题在于，如何在考虑到FER和所需资源之间的权衡的情况下确定重发的位的数量。图3表示这种情况。其中图3(A)描述所获得的差错率性能，图3(B)描述重发的资源的减少，图3(C)描述吞吐量性能。从图3(A)和3(B)可以看出，节省用于重发的资源越少，差错率性能越好，反之亦然，节省资源越多，差错率性能变得越差。从图3(C)可以得出，最佳吞吐量性能是差错率性能和需要重发的资源的最大值和最小值之间的某处。 

例如，在码率R_c＝0.5并且信噪比SNR＝0dB并且互信息I(X；Y)＝0.48的情况下，整个码字的重发将会是资源的浪费，因为仅需要数据的一部分以实现0.02的另外的MI。尽管已知现有技术资源优化方案，但需要注意的是，这种方案不适合使用中继站的系统，更具体地讲，现有技术在重发的情况下为了资源优化而不建议考虑中继信道和中继功能。本发明的实施例提供在重发的情况下所需的总体资源(例如，位的数量或重发功率)的改进。 

在来自目的地102的NAK消息的情况下，就重发而言，中继台(像是图2中显示的中继站104)支持通信链路。重发所需的资源应该最小化。在解码转发中继功能的情况下，假设中继台仅在它成功地对接收的信息解码时起作用。在这种情况下，能够在发送相同码字和发送另外的奇偶校验位之间选择。根据Chase合并(CC)方案，执行发送相同码字。递增冗余(IR)方案在中继站计算另外的奇偶校验位。然而，根据实施例，可能希望中继站不执行任何信道解码以在中继站避免不必要的复杂性和不必要的功耗。在这种情况下，中继站可应用任 何无记忆中继功能，例如AF功能、DetF功能或EF功能。EF功能提供比AF功能和DetF功能更好的性能。与其它两种功能相比，对于EF功能而言，在接收器的互信息MI方面的增益显著更高。然而，在无记忆中继站的情况下，仅能够应用CC方案。然而，根据中继台部署，中继台仍然能够在FER、吞吐量或延迟方面提高系统性能。 

根据本发明的实施例，描述一种用于获得为了使目的地能够对消息解码而需要分配的另外的资源的最小数量(例如，另外发送的位的最小数量)的方案。采用互信息计算重发所需的位的数量(既针对chase合并又针对递增冗余)的想法由IEEE VTC 2003-4，October2003中的J.F.Chang Y.P.Wong and S.Parkval，“AdaptiveIncremental redundancy”描述，然而，这个文件未描述把这些技术应用于中继网络，而如以下所示，这不是简单的任务。由于Shannons定律，可以实现无错传输，只要信道容量大于码率R_c即可。如果源应用具有码率0.8的信道编码，则在解码器的输入处的互信息MI应该大于0.8。如果信道噪声太大，则解码将会失败并且NAK消息可被发送给源和中继站。启动的重发应该准确地把该数量的另外的MI增加到在解码器输入处的信号，从而总体MI高于该码率。在实际的系统中，应该增加某一裕度以计算目标MI，因为实际的信道编码与所描述的界限相比具有一定损失。 

在Chase合并方案的情况下，通过在中继台对估计的码字删余并且仅发送需要的码元来实现这一点。在接收器，初始发送和重发正确地组合(例如，由图2的方框102’所提供的信号处理器组合)并被提供给信道解码器。在部分CC和由源重发的情况下或者在线性中继的情况下，一些码元具有比其它码元高的有效SNR并且总体MI能够表达如下： 

${\mathrm{MI}}_{\mathrm{CC}}\left(N_r\right)=\frac{N_t-N_r}{N_t}\·I\left({\mathrm{SNR}}_1\right)+\frac{N_r}{N_t}\·I({\mathrm{SNR}}_1+{\mathrm{SNR}}_2)---\left(1\right)$

其中I(SNR)是针对某一SNR的考虑的调制方案的总体MI。N_t是在第一发送中发送的位的数量，N_r表示为重发选择的位的数量。 I(SNR1+SNR2)中的SNR之和对于线性中继功能(诸如，AF)有效。更一般的符号表示将会是I(SNR1，SNR2)。针对不同中继功能的MI_CC(Nr)的计算将会在以下显示。这些功能可在线计算或者可存储在查询表(LUT)中。重发的位的有效MI取决于两种发送的单独的性质。为获得 

MI_CC(N_r)＞R_c          (2) 

(即，MI的量大于码率R_c)而要重发的位的数量能够计算为

$N_r>N_t\frac{R_c-I\left({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SD}}\right)}{I({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SD}},{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SR}},{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{RD}})-I\left({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SD}}\right)}---\left(3\right)$

在没有中继站和恒定SNR的系统中，重发的位的数量应该是 

$N_r>N_t\frac{R_c-I\left({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SD}}\right)}{I(2\·{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SD}})-I\left({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SD}}\right)}---\left(4\right)$

如果中继路径的有效SNR大于直接路径的SNR，则所需的重发位的数量减小并且可节省物理资源。在成功的DF功能(即，发送的码字的完好恢复)的情况下，中继路径的有效SNR等于第二跃距的SNR。 

在AF功能的情况下，所获得的MI能够计算为 

$I{({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SR}},{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{RD}})}_{\mathrm{AF}}=I({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{eff}}=\frac{{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SR}}\·{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{RD}}}{{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SR}}+{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{RD}}+1})---\left(5\right)$

在已知提供无记忆中继功能的最大MI的EF功能的情况下，基于根据EP专利申请10174928.1的教导可得出的在解析方面已知的LLR(对数似然比)或pdf(概率密度函数)能够计算中继路径的MI。由于位的chase合并，对于MI计算必须考虑组合的LLR或pdf，但在BPSK或者QPSK的情况下，这能够被简化。如果在中继站应用DetF中继功能，则可以实现类似的方案。此外，在这种情况下，能够获得LLR或pdf的解析表达式以便计算所需的位的最小数量。 

对于所有情况，重发的位的LLR或pdf的表达式能够直接用于计算MI。MI的这种计算基于采用离散码元字母表的MI的一般公式 

$\mathrm{MI}=I(X;Y)---\left(6\right)$

$=\underset{x}{\mathrm{\Σ}}\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}p(x,y){\log }_2\left(\frac{p(x,y)}{p\left(x\right)p\left(y\right)}\right)\mathrm{dy}---\left(7\right)$

$=\underset{x}{\mathrm{\Σ}}\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}p\left(x\right)p\left(y\right|x){\log }_2\left(\frac{p\left(y\right|x)}{\left(y\right)}\right)\mathrm{dy}---\left(8\right)$

通常，假设所有码元是同样可能的，意味着p(x)＝1/ld(M)，其中M表示码元字母表的基数(cordinality)。在这种情况下，仅需要概率密度函数p(y|x)以在解析方面计算MI。在所有考虑的情况(AF、EF和DetF)中，pdf仅取决于两个跃距的SNR。对于AF中继功能和单位发送功率，这能够表达为 

$p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|x)=\frac{1}{\sqrt{2{\mathrm{\π\σ}}_{\mathrm{eff}}^2}}\exp (-\frac{{|y_{\mathrm{RD}}-x|}^2}{{2\mathrm{\σ}}_{\mathrm{eff}}^2})---\left(9\right)$

它是简单的高斯分布，具有有效噪声方差 

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{eff}}^2={\mathrm{\σ}}_R^2+{\mathrm{\σ}}_D^2+{\mathrm{\σ}}_R^2{\mathrm{\σ}}_D^2---\left(10\right)$

在DetF功能的情况下，概率密度函数变为 

$p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|x)=\underset{x}{\mathrm{\Σ}}p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|x_R)p\left(x_R\right|x)---\left(11\right)$

其中x_R是由中继站发送的码元，p(x_R|x)表示转移概率，即在源发送码元x的情况下中继台决定使用码元x_R的概率。由于硬判决仅基于接收的信号，所以针对BPSK发送的这个pdf能够表达为 

$p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|x)=p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|x_R=x)(1-P_e)+p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|x_R=-x)P_e$

$=\frac{1}{\sqrt{2{\mathrm{\π\σ}}_D^2}}\exp (-\frac{{|y_{\mathrm{RD}}-x|}^2}{{2\mathrm{\σ}}_D^2})(1-P_e)+\frac{1}{\sqrt{2{\mathrm{\π\σ}}_D^2}}\exp (-\frac{{|y_{\mathrm{RD}}+x|}^2}{{2\mathrm{\σ}}_D^2})P_e---\left(12\right)$

差错概率P_e取决于第一跃距(源S和中继站R之间的信道)的SNR并且能够由下面表达式计算 

$P_e=\frac{1}{2}\mathrm{erfc}\left(\sqrt{{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SR}}}\right)---\left(13\right)$

对于作为优选中继功能的EF功能，pdf变为 

$p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|s)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|f\left(y_{\mathrm{SR}}\right))\·p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|s){\mathrm{dy}}_{\mathrm{SR}}---\left(14\right)$

其中y_SR表示在中继台的接收信号并且f(y_SR)描述中继功能，它在EF的情况下是 

f(y_SR)＝βE{s|y_SR}            (15) 

对于简单的BPSK的情况，pdf变为 

$p\left(y_{\mathrm{RD}}\right|s)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}\exp \left(\frac{{-\mathrm{\σ}}_R^2{|y}_{\mathrm{RD}}-\mathrm{\β}\tanh ({2y}_{\mathrm{SR}}/{\mathrm{\σ}}_R^2{|}^2-{\mathrm{\σ}}_D^2{|y_{\mathrm{SR}}-s|}^2)}{{2\mathrm{\σ}}_D^2{\mathrm{\σ}}_R^2}\right){\mathrm{dy}}_{\mathrm{SR}}---\left(16\right)$

利用方程9、12和16，能够在解析方面计算另外需要的位的数量。 

需要注意的是，如果两个信号如针对AF功能的情况那样仅受到高斯噪声干扰，则符号表示I(SNR1+SNR2)有效。在非线性中继功能(诸如，DetF和EF)的情况下，稍微不同地计算组合的信号的MI。在Chase合并的情况下的两个信号的组合必须在方程12和16中的pdf的计算内完成。通过把直接链路和中继链路的密度相乘完成这种组合。替代在方程6中使用p(y_RD|s)计算MI，能够使用与两项观测对应的两个pdf的乘积。 

p(y|s)∝p(y_RD|s)p(y_SD|s)    (17) 

除了使用Chase合并的中继功能之外，还能够使用包括信道解码的中继功能。在DF和成功解码的情况下，能够替代于CC方案应用IR方案。在一些情况下，IR方案可能比CC方案好。替代于DF中继功能，也可以对于CC或IR使用DEF(EF中继功能扩展至信道解码)。对于IR而言，计算另外的位的数量的过程不同，因为替代于对SNR值求和，在不同发送上对MI求平均值。 

${\mathrm{MI}}_{\mathrm{RI}}\left(N_r\right)=\frac{N_t}{N_t+N_r}\·I\left({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SD}}\right)+\frac{N_r}{N_t+N_r}\·I({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SR}}+{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{RD}})---\left(18\right)$

这个值应该大于在IR的情况下减小的码率，因为产生了新的代码位或奇偶校验位。所有发送的位构成具有比初始发送的码率低的码率的有效代码。因此，MI必须大于这个有效码率 

${\mathrm{MI}}_{\mathrm{RI}}\left(N_r\right)>\frac{N_t}{N_t+N_r}{R}_c---\left(19\right)$

并且所需的另外的代码位的数量等于 

$N_r>N_t\frac{R_c-I\left({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SD}}\right)}{I({\mathrm{SNR}}_{\mathrm{SR}},{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{RD}})}---\left(20\right)$

在这种情况下，不需要关于位的几项观测的组合，仅需要计算中继路径的MI。 

因此，当考虑根据本发明的方案在图2中描述的无线系统的一般描述时，重发由中继站104执行，因为由中继站重发信息将会产生更高的MI。另外，根据本发明的方案，考虑接入链路(第三信道 110)、回程链路(第二信道108)和直接链路(第一信道106)的中继功能和信噪比以确定由中继站104重发的位的最佳数量。通常，重发的位的数量与初始发送的位的数量之比p如下： 

在IR的情况下：p＞(R_c-f(SNR_SD)/f(SNR_SR，SNR_RD)， 

在CC的情况下：p＞(R_c-f(SNR_SD)/f(SNR_SR，SNR_SD，SNR_RD)-f(SNR_SD))， 

其中： 

P＝重发的位的数量与初始发送的位的数量之比， 

Rc＝初始发送的码率， 

SNR_SD＝发送器和接收器之间的信道108的信噪比， 

SNR_SR＝发送器和中继站之间的信道106的信噪比， 

SNR_RD＝中继站和接收器之间的信道110的信噪比， 

f(SNR)＝描述取决于一个或多个信道的SNR值的互信息的函数。 

图4描述使用中继站发送根据本发明的方案计算的位关于源和目的地之间的距离可实现的改进。图4(A)示意性地描述图2的系统，显示经第一信道106连接的源S和目的地D以及经第三信道110连接到目的地的中继站R。此外，描述了源和中继站之间的信道108。从图4(B)可以看出，当与常规方案(例如，参见图2(B))相比时，通过中继站R，MI在更长的源和目的地之间的距离上保持在高于码率的水平。 

本发明的方案是有益的，因为在重发的情况下能够节省资源。在预期中继信道好于直接链路的同时，能够以如以上所讨论的方法在考虑中继功能和各信道上的SNR的情况下非常简单地计算所需的位的最小数量。 

另外，通过在初始发送选择更大的MCS可实现更高的吞吐量，尤其在上行链路中，与直接链路相比中继回程链路的信道质量更好并且更稳定，从而能够预期重发所需的位的数量或功率的进一步减小。因此，根据实施例，结合HARQ方案充分利用了中继台的益处。 

随后将参照图5至8讨论使用本发明的方案的可能增益。对于直 接路径或第一信道106上的0.33的码率和-5dB的SNR，使用应用例如EF中继功能的中继站重发的位的最小比例显示在图7中。图7显示与发送整个码字的中继台相比的资源节省，由此显示由本发明的方案可实现的增益。能够看出，与图5和6中描述的AF中继功能和DET中继功能相比，针对EF中继功能的增益更显著。图6显示在直接链路上采用固定MCS：QPSK(0.33的码率R_c和-5dB的SNR)时AF中继功能的重发位的最佳比例。中继站使用在中继站没有信道解码的AF功能。可以看出，与使用整个码字的重发的现有技术方案相比，存在显著的增益。在应用本发明的方案之后，中继站的使用是有益的并导致多达80％的资源节省。 

从图8能够看出中继功能之间的差异。图8显示应用没有信道解码的AF中继功能、DetF中继功能或EF中继功能并像图6中那样在直接链路上采用具有0.33的码率R_c和-5dB的SNR的固定MCS：QPSK的中继站的有效码率。图8显示具有中继站和没有中继站的有效码率之比，其中对于多数情况而言具有中继站的码率明显地更高，从而中继站的使用在多数情况下是有益的并导致多达60％的码率增大。可以看出，EF中继功能好于AF中继功能并且增益多达10％。对于相同的系统设置，显示了具有中继台和没有中继台的有效码率之比。在由源进行重发的所有情况下，也采用重发的位的最小量。因此，大于1的值指示由本发明的方案可实现的另外的增益。 

根据实施例，由使用根据以上讨论的本发明的方案分配的资源的中继站执行重发。根据实施例，为了资源的分配或计算，需要了解与各信道(源、目的地和中继台之间的信道)关联的各SNR值。在这种实施例中，中继站可以知道发送器和中继站之间的信道以及中继站和接收器之间的信道的SNR值。在分配资源还需要了解发送器和接收器之间的信道的SNR值的情况下，这个SNR值需要从发送器或者从接收器被发送给中继站。 

根据其它实施例，不需要在中继站自身执行为了从中继站向目的地发送而分配的资源的确定，相反，能够在无线通信系统内的任何节 点执行这项确定。例如，能够在目的地进行计算并且仅能够在NAK消息的情况下进行计算，从而与这个消息一起也可以把重发所需的资源通知给中继站，中继站在接收的信息的基础上开始重发。此外，如果产生到中继站的确定的资源的信令，可以在源节点或者在网络内的任何其它节点进行资源的确定。另外，为了在节点处的资源的分配或计算，需要了解与发送器、接收器和中继站之间的各信道关联的各SNR值，并且这些SNR值可以被通知给该节点。例如，在实施例中，目的地(接收器)可在所有SNR值的基础上计算资源，即它需要知道所有SNR值。可在目的地直接估计一些SNR值，但一些可能必须被通知。在这种情况下，不能在目的地估计从源到中继台的信道的SNR值，而是必须从中继台通知该SNR值。当源计算资源时也存在同样的情况，即尽管可以在源直接估计一些SNR值(例如，源和目的地之间的信道以及源和中继台之间的信道的值)，但在源不能估计从中继台到目的地的信道的SNR值而是必须从中继台向源通知该SNR值。在另一节点计算资源的情况下，可以把所有SNR值通知给这个节点，从而它能够计算资源并把其转发给中继台。 

根据另外的实施例，可考虑智能否定确认消息(智能NAK)。中继站可向目的地发送确认消息或否定确认消息以指示它是否能够支持发送以及它如何能够支持发送。如果中继站知道它能够例如通过解码之前的MI检查成功地对发送解码，则目的地能够在位的数量的计算中适应于此。另一方面，在使用EF中继功能或AF中继功能的情况下，中继站可在中继站的输出通过SNR或者MI通知它的信号的质量，这又能够使目的地计算需要的位的数量。如果中继站了解第二跃距的SNR，则它能够自己计算位的数量的总MI并把此通知给目的地。 

虽然已在设备的情况下描述了一些方面，但很清楚地，这些方面也代表对应方法的描述，其中方框或装置对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的情况下描述的各方面也代表对应设备的对应方框或项或特征的描述。 

根据某些实现要求，本发明的实施例能够实现于硬件或实现于软件。使用与可编程计算机系统协作(或者能够协作)从而执行各方法的数字存储介质能够执行这种实现，所述数字存储介质的例子为存储了电子可读控制信号的软盘、DVD、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器。 

根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，所述电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作从而执行本文描述的方法之一。 

通常，本发明的实施例能够实现为一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码用于当计算机程序产品在计算机上运行时执行方法之一。程序代码可例如存储在机器可读载体上。 

其它实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。换句话说，因此，本发明方法的实施例是一种具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码执行本文描述的方法之一。因此，本发明方法的另一实施例是一种数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，该数据载体包括记录在它上面的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。因此，本发明方法的另一实施例是一种代表用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。所述数据流或信号序列可例如构造为经数据通信连接(例如，经互联网)被传送。 

另一实施例包括一种构造为或适应于执行本文描述的方法之一的处理装置，例如计算机或可编程逻辑装置。另一实施例包括一种安装了用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的计算机。在一些实施例中，可编程逻辑装置(例如，现场可编程门阵列)可用于执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可与微处理器协作以便执行本文描述的方法之一。通常，方法优选地由任何硬件设备执行。 

上述实施例仅用于说明本发明的原理。应该理解，本文描述的装置和细节的变型和修改对于本领域技术人员而言将会是清楚的。因 此，它仅由所附专利权利要求的范围限制而非由通过本文实施例的描述和解释提供的特定细节限制。 

Claims (16)

1.一种用于在从中继站(104)到接收器(102)的信息的重发的情况下在无线通信网络中进行资源分配的方法，该无线通信网络包括发送器(100)、中继站(104)和接收器(102)，该方法包括：

基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。

2.如权利要求1所述的方法，其中在中继站(104)或者在无线通信网络中的任何其它节点(100，102)确定所述资源，其中在无线通信网络中的任何其它节点(100，102)确定所述资源的情况下，该方法还包括把用于重发的资源通知给中继站(104)。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述发送器(100)构造为把码字发送给接收器(102)，其中在接收器(102)错误地对码字解码的情况下请求重发，并且其中从中继站(104)把信息重发到接收器(102)以在接收器(102)处在以预定义概率进行重发之后对码字解码。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述中继信道包括发送器(100)和接收器(102)之间的信道(106)、发送器(100)和中继站(104)之间的信道(108)以及中继站(104)和接收器(102)之间的信道(110)中的至少一个。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：向确定资源的节点通知确定资源所需的一个或多个所需参数。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述所需参数包括发送器(100)、接收器(102)和中继站(104)之间的信道(106-108)的信噪比中的一个或多个，其中在所述节点不能确定信噪比的情况下把信噪比通知给所述节点。

7.如权利要求1所述的方法，其中基于信道质量来表征所述中继信道。

8.如权利要求7所述的方法，其中在中继信道的互信息、概率密度函数或对数似然比的基础上确定所述信道质量。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述中继功能包括检测转发功能、解码转发功能、估计转发功能或放大转发功能。

10.如权利要求1所述的方法，其中使用混合自动重复请求HARQ发送码字，其中所述资源是由中继站(104)执行重发的位的数量或功率。

11.如权利要求10所述的方法，其中使用用于初始发送的位的一部分的重发的chase合并CC或者用于原始码字的不同位的重发的递增冗余IR。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述中继信道包括发送器(100)和中继站(104)之间、发送器(100)和接收器(102)之间以及中继站(104)和接收器(102)之间的信道(106，108，110)，每个信道(106，108，110)由它的信噪比描述，

其中重发的位的数量与初始发送的位的数量之比如下：

在IR的情况下：p＞(R_c-f(SNR_SD)/f(SNR_SR，SNR_RD)，

在CC的情况下：p＞(R_c-f(SNR_SD)/f(SNR_SR，SNR_SD，SNR_RD)-f(SNR_SD))，

其中：

p＝重发的位的数量与初始发送的位的数量之比，

R_c＝码率，

SNR_SD＝发送器(100)和接收器(102)之间的信道(108)的信噪比，

SNR_SR＝发送器(100)和中继站(104)之间的信道(106)的信噪比，

SNR_RD＝中继站(104)和接收器(102)之间的信道(110)的信噪比，以及

f(SNR)＝描述取决于一个或多个信道的SNR值的互信息的函数。

13.一种用于无线通信网络的发送器(100)和接收器(102)之间的信息的无错传输的方法，该无线通信网络还包括中继站(104)，该方法包括：

从发送器(100)向接收器(102)发送码字，

在接收器(102)错误地检测码字的情况下，请求从中继站(104)重发信息，

根据权利要求1至12之一分配用于由中继站(104)执行的重发的资源，以及

使用所分配的资源执行从中继站(104)到接收器(102)的重发以使接收器(102)能够在以预定义概率进行重发之后对码字解码。

14.一种包括程序的计算机程序产品，该程序包括由计算机可读介质存储的指令，当在计算机上运行该程序时所述指令执行如权利要求1至13之一所述的方法。

15.一种无线通信网络中的节点，该无线通信网络包括发送器(100)、中继站(104)和接收器(102)，该节点包括：

处理器(100’，102’，104’)，构造为在从中继站(104)向接收器(102)重发的情况下分配资源，其中所述处理器(100’，102’，104’)构造为基于中继信道和中继功能确定重发所需的资源。

16.一种无线通信网络，包括：

发送器(100)；

接收器(102)，构造为从发送器(100)接收码字并在错误地检测所述码字的情况下请求重发；

中继站(104)，构造为在接收器(102)错误地解码码字的情况下引起信息的重发，

其中所述发送器(100)、接收器(102)和中继站(104)中的至少一个被构造为如权利要求15所述的节点。

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