CN102577586B - 适用于移动网络协同通讯的动态中继的选择 - Google Patents

Abstract

本发明涉及至少在移动网络中选择至少一个动态节点作为用于中继在网络的传输装置和接收装置之间的数据传输信号的候选节点的方法。在本发明中：定义环绕着在传输和接收装置(TER)中的第一装置周围的第一区域，超出该区域的数据传输信号的衰减大于第一预定的阈值(R2)；并且根据第一区域的定义限制作为用于中继传输信号的可能候选的节点选择。

Description

适用于移动网络协同通讯的动态中继的选择

本发明涉及电信网络领域，尤其是具有移动终端的无线通讯网络。

本发明具体涉及在移动网络中使用动态中继的协同通信的实施方法，尤其该移动网络是具有无线覆盖网络各个区域的基站的蜂窝式网络。参考图1，图1显示了蜂窝式网络的状态，协同通讯表示为传输技术，其中：

-在下行模式DL中，终端TER通过其它终端REL1(一个或多个)来接收基站BS的有效信号，所述其它终端REL1中继基站BS所传输的有效信号；以及，

-在上行模式UL中，基站BS通过其它终端REL2(一个或多个)接收来自传输终端TER的有效信息，所述其它终端REL2将传输信号中继至基站。

为了图1的简洁表达，图中仅仅只显示了通过中继REL1和REL2的链接。然而，实际上，相同的信号可以通过不同的路径进行传输：

-通过中继器(如图1所示)的传输；和，

-在基站BS和终端TER之间的直接传输。

举例说明，两个信号携带相同的信息但来自网络不同节点(例如，一方面直接来自基站，另一方面来自一个或多个中继器)，所选择的通讯“路径”的多样性使得所接收到的信号的信噪比得到改善。

蜂窝式网络中的协同通讯允许终端(或基站)既能接收来自基站的有效信号又能接收来自用于中继有效信号的网络的其它节点(一般为中继节点)的有效信号。

使用中继节点的传输必须使用中继协议。最常见的中继协议有：

-“放大和转发”(AT)协议，根据该协议，中继器放大它所接收到的信号并且再转发所放大的信号；以及，

-“解码和转发”(DT)协议，根据该协议，中继器在转发信号之前先解码所接收到的信号，从而消除所接收信号的初始噪声。

在蜂窝式网络中的中继节点可以是静态的或是动态的。静态中继节点属于网络的基础设施并且将它们设置在蜂窝单元的特殊选择的位置上。动态中继点通常是移动节点，例如在指定蜂窝单元区域中的终端且该终端作为协助向一个(或多个)目标转播的中继节点，其中所述目标可以是在“下行”情况中的终端或者在“上行”情况中的基站。

蜂窝式网络中的协同通讯(使用中继节点)可以增加蜂窝单元的覆盖，从而改善信号的接收(例如通过多样性来提供增益)并且提高网络的频谱效率(可以每秒，每赫兹和每蜂窝单元的比特来表示)。较方便地使用中继的方法是在蜂窝单元中较简单地设置一些静态中继器。这实际上由于受潜在中继器的限制，对特殊传输选择中继相对较为容易些。

在存在许多中继器(包括静态的或动态的中继器)的系统中，必须选择参与特殊传输的中继器。因此，必须选择最密切相关的中继器以及在协助传输时能尝试改善性能增益的中继器。此外，在特定的情况下，例如，不能发现相关的中继，使得必须执行在源和目标之间的直接传输。另外，如果设置静态的中继器，就必须选择这些中继器的设置点，从而确保在中继器与基站之间的声音链接，以便能够提高中继操作的效率。

但是，静态中继器的设置会增加系统的成本，因为它需要增加其它的基础设施部件(中继节点)。相比之下，动态中继的实施不需要增加额外的设施部件基础设施成本。在蜂窝单元小区中有效的用户终端都可以中继信号，以便协助传输到其它终端。动态中继既能应用于下行方向又能应用于上行方向。然而，使用动态中继会导致回路信道的复杂性和负载等问题。回路信道是指从终端至基站的传输，以便将终端的控制信息(例如信道的质量)提供给基站。

通过回路信道所传输的信息表示系统的频谱效率的损耗，因为其占用无线资源使之不能用于传输有效的信号。此外，为了选择一个或多个中继器来确保传输到目标，基站(在蜂窝系统通常用于实施该判定的装置)必须获得在源与潜在中继器之间的以及在潜在中继器与目标之间的传输信号的状态信息(或用于“信道状态信息”的”CSI”)。CSI信息可以例如包括信道传输系数，或更加简明的说，其它有关信道质量的信息，例如信道的增益或信号干扰比和信号噪声比，或者其它类型的信息。

在本文中，“信道的增益”可以理解为接收天线所接收到的功率与传输天线所发射的功率的比值。该增益取决于：

-传输损耗(“路径损耗”)，随着传输节点和接收节点之间的距离而递增；

-“遮蔽”效应；和，

-信道的“快速衰落”。

在本文中，“衰减”也可以理解为路径损耗和“遮蔽”效应的积累效应，实际上，衰减可以例如通过信道增益的倒数来估计(以及取决于快速衰落)。通过对多个连续数值的信道增益倒数的平均的估计，就可以减少对“快速衰落”的估计衰减的依赖性。

传输信道状态信息CSI的传输增加了回路信道的负载，也增加了中继器选择过程的复杂性。这是因为回路信道的负载和选择过程的复杂性正比于中继操作的候选终端的数量。现有技术中还没有方法来减少用于协助传输至终端或基站的潜在中继器数量。因此，目前还不能减少用于特定传输的候选中继器的数量以及选择的复杂性和回路信道的负载，否则将使得在蜂窝网络中的中继操作的困难。

在使用多点传输的ad-hoc网络的架构中，已经开发了用于选择中继节点的技术，详见“GeographicRandomForwarding(GeRaF)forAdHocandSensorNetworks：MultihopPerformance”，M.Zorzi和R.R.Rao，TransactionsonMobileComputing，Vol.2，No.4，Pages337-348(October-December2003)。

根据该技术，节点传输数据(“源节点”)已知其地理坐标位置以及想要接收来自源的信息的节点(“目标节点”)的坐标。源传输包括其坐标和目标节点坐标的数据包。接收到该数据包的所有节点基于所接收到的座标来估计它们相距源和目标的距离。比源更加接近目标距离的节点成为用于中继操作的候选节点。为了定义中继器，根据它们目标的接近度为每个候选节点分配优先级别，并且最终选择具有最高优先级别(最接近于目标)的节点。该技术适用于ad-hoc网络且既不需要考虑遮蔽效应也不需要考虑信道的快速衰落，而对蜂窝网络则必需考虑遮蔽效应。此外，该技术需要节点使用GPS(全球定位系统)类型的接收器，以便于用于估计它们的地理座标，这就面临着增加系统成本的事实。

一项基于瞬时源-中继器和中继器-目标信道的质量来选择在源与目标之间的最佳中继的技术已经开发，详见“ASimpleCooperativeDiversityMethodBasedonNetworkPathSelection”，A.Bletsas，A.Khisti，D.P.Reed和A.Lippman，IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications，Vol.24，No.3，Pages659-672(March2006)。

在该技术中，源传输RTS数据包(在该文献中称之为“ReadytoSend”)并且在相邻区域中的所有节点估计在源与它们之间的信道的增益。目标节点检测数据包，并传输CTS(″CleartoSend”)数据包，该数据包允许在相邻区域中的节点估计在目标与它们之间的信道的增益。在接收到CTS数据包之后，潜在的中继器触发了计时器并根据两个信道(源-中继器以及中继器-目标)的当前质量使之中断。因此，具有最快中断计时器的中继器成为最佳的中继器并且它传输标志数据包。此后，由其它停止它们计时器的候选中继器来检测该标志数据包。

该项特殊技术不需要考虑蜂窝网络的构架，从而开发了用于简化中继器选择的方法。

由Zorzi等人(2003)和Bletsas等人(2006)所开发的技术是为ad-hoc网络而专门设计的，因此是基于通过中继器节点(存在着潜在的中继器)来协助在源与目标之间传输的理论。但是，中继器的使用并不总能增加传输的能力。因此，在实际的系统中，只有中继器确实能够增加传输的性能才一定会使用中继器。

例如根据使用特殊中继器的传输能力可以估计传输的性能，其中传输能力成为一项性能的关键指标。“传输能力”可以根据所选择的标准、提供传输的数据速率、或其服务的质量(或“QoS”)、或其信噪比，或这种类型的其它标准来综合。应该指出的是，例如所提供的数据速率的标准，导致资源损耗的中继器，分配时间的间隙(或用于“传输时间间隔”的“TTI”)都会降低系统的总体数据速率。

例如，对于“半双工”模式(由于中继器不能同时采用上行和下行模式进行传输)的传输，中继器的使用只需要两个传输时间间隔(“TTI”)：

-一个用于从源传输至中继器的传输；以及

-另一个用于从中继器至目标的传输。

TTI的时间周期通常为时间的基本间隔，在该时间间隔内将无线资源分配给终端。因此，在操作的“半双工”模式中，籍助于中继节点所获得的传输能力可由一个要素分成两个。因此，在“半双工”模式中的中继器操作的性能受限于该要素。因此，在所有的操作模式(半双工或全工模式)中，只要通过中继节点的传输都不能真正地增加传输的能力，中继操作只会产生不好的结果。

本发明旨在改善这样的状态。

为此目的，本发明首先提供一种在移动网络中选择至少一个动态节点作为在网络的传输装置和接收装置之间中继数据通讯信号的候选节点的选择方法。

该方法包括步骤：

-确定网络至少一个第一组节点，使得在第一组中的一个节点和至少一个第一装置之间的信号传输，从所述传输和接收装置之间的信号传输，所经历的衰减小于第一预定的阈值，以及，

-根据第一组的内容来限制作为用于中继通讯信号的可能候选的节点选择。

因此，本发明的目的在于在通过比较预定阈值的方法，一方面考虑了在传输和接收接收装置之间信号通讯的衰减效应，另一方面考虑了在网络节点之间信号传输的衰减效应，以便确定能作为中继器使用的节点预选择以及从预选择中消除可以忽略的节点。作为一个起始步骤，已经考虑了在传输和接收装置之间的信号通讯的衰减，以确定中继的使用是否真正需要或能够判定在传输和接收装置之间的直接通讯。

因此，根据上述衰减标准，能够作为中继节点的预选择以及不能选择作为候选节点的全部消除，使得该方法更限定于节点的选择，正如在现有技术中所知晓的，被选择的所有节点都有可能作为中继器的可能候选。根据本发明，如果一些节点不符合某些具有阈值衰减的特定条件，那么在开始的时候就消除这些节点。

可以预见一些实施例，作为候选节点限制实施例的变化和补充。

在一个优选实施例中，尤其是在蜂窝式网络的情况下，可以例如确定位于在基站周围第一区域内的蜂窝小区的终端(如图2所示，区域Z1对应于半径为R1的圆形区域)不需要中继器来中继与基站的通讯，因为在该区域中的衰减小于所给定的阈值。因此，就有可能决定在所述基站和这类终端之间进行直接传输。

在众所周知的现有技术(Zorzi等人(2003)或Bletsas等人(2006)报道的技术)中，没有考虑在蜂窝系统中的基站采用定向天线的情况，定向天线能够大大改善信号的发射与接收(通过给定方向汇集发射和接收)。因此，靠近基站的终端面向基站非常有可能具有非常高的信道增益，因此就不需要使用中继器来协助它们的传输。因此，在本发明参考图2A所述的实施例中，已经有可能将中继器的使用限制于仅仅只协助远离基站的终端(图2A所示的终端TER1)，从而允许显著减少回路信号的负载。需要注意的是，在蜂窝式系统中，能够决定中继操作的装置是基站。因此，基站不仅需要获得有关终端之间信道链接(“CSI”)的信息，还需要获得有关基站与终端之间的信息，从而导致回路信道的过载。

作为实施例的补充或变化，区域应该在终端附近进行分界，或者更普遍的是在移动网络的传输或接收的装置(而不一定是蜂窝单元小区)附近进行分界，超出这个范围就会因为衰减而变得必须需要使用中继器。中继器节点或至少第一中继节点(在终端侧)必须位于这个范围内。

实际上，在众所周知的现有技术(Zorzi等人(2003)或Bletsas等人(2006)报道)中，在选择方法中，系统用于接收相关信号数据包的所有节点都参与选择最佳中继节点。在授权使用中继传输的蜂窝式系统中，认为蜂窝小区内能够接收相应信号数据包(特别是RTS、CTS和其他类型的数据包，在下文中阐述)的所有其它终端都作为可能的中继器是没有效率的，因为这种方法增加了选择的复杂性。为了考虑基站的天线增益，实际上，所满意的中继器比基站更接近于终端(源或目标)。因此，根据本发明可以有效地减少这类现象，通过减少回路信道的负载以及与该负载有关的无线资源的耗用，以更好地设计用于中继选择的方法。

因此，从更专业的角度出发，根据本发明方法的一个实施例克服了这些问题并且较佳地包括步骤：

-确定第一组节点和第二组节点之间的交集，使得在该第二组节点和第二装置之间的信号通讯，来自所述传输和接收装置之间的信号通讯，所经历的衰减小于对应于在传输和接收装置之间信号衰减的阈值；以及，

-限制节点作为用于向该交集的节点中继通讯信号的可能候选的选择。

因此，可以理解的是，通过再次使用由图2B所示的衰减区域的表述，位于在超出在两个衰减区域之间交集区域RI的节点都不是候选的，这两个衰减区域分别具有半径R2(这是上述第一阈值的递增函数)和RIS(这是在传输和接收装置TER和BS之间的衰减函数)，至少对第一中继器(在传输或接收装置侧)，并因此可以从预选择中消除，因此这就可以避免网络的过载。

在图2A和2B所示的实例中，简单地籍助于图示方法，可以认为在两个装置(例如图2B所示在基站BS和终端TER之间)之间信号通讯的衰减是这两个装置相分离的距离(在相同实施例中，距离RIS)的递增函数。在这些图中所示的区域可以近似采用圆形区域且具有以衰减为函数做为半径。图2A和2B以及这些区域的确定将在下文中作详细阐述。

在中继器处于多个装置(称为“多次转播”)的情况下，可以将本发明的步骤一个个进行拓展，以便定义从第一装置(这是源节点)至第二装置(这是目标节点)的连续交集区域。

在本发明的第一实施例中，移动网络为蜂窝网络，其包括服务网络蜂窝小区中的终端的基站以及从这些终端中选择出的中继节点，上述第一装置和第二装置都是终端。尤其是，上述传输装置和接收装置中的一个被定义为第一装置，只要在该装置与基站之间信号通讯的衰减小于在其它装置与基站之间信号通讯的衰减。这种特性可以图3和图4所示第一装置比第二装置更加靠近于基站的事实来加以说明。这种选择可以下述典型实施例作详细阐述。实际上，这种情况正适用于多次转播的情况，可将通过多个中继节点的通讯信号传输应用于在没有多次转播条件的两个终端之间的传输，但简单的通过单一中继器实现。

在使用第一中继器(用于传输或对其传输数据通讯信号的基站侧或终端侧)的情况下，上述第一装置为终端以及第二装置为基站，既适用于下行链接模式也适用于上行链接模式，将在下文典型实施例中作详细阐述。

因此，从更专业的角度出发，第一装置为终端以及第二装置为基站，在两种情况下：

-数据传输信号由基站传输且传输至终端，以及，

-数据传输信号从终端传输且传输至基站。

如先前所述，在一个实施例(作为交集区域边界实例的补充或变化)中，在基站周围的区域作为边界是首先确定是否需要使用中继器，以便在上行模式或下行模式中服务终端。

因此，从更专业的角度出发，在该实施例中，该方法包括步骤：

-确定在终端和基站之间信号通讯所经历的衰减；以及，

-如果所述在终端和基站之间信号通讯的衰减小于第二预定阈值，则确定在基站和终端之间信号通讯的直接传输而不使用任何中继器。

第一阈值和/或第二阈值优选小于在传输和接收装置之间直接传输信号的衰减。实际上，为了进行优化，中继器的候选节点的限制优选根据覆盖小于传输和接收装置之间相距的距离的区域来确定(例如具有半径为R1(如图2A所示)和R2(如图2B所示)的圆形区域，且与距离RIS相关)。

实际上，上述第一和第二阈值可以通过网络的预先模拟和/或测量来确定。它们可以是函数，例如每个蜂窝小区的终端数量(递减函数)和/或两个蜂窝小区之间的干扰(递增函数)的函数。蜂窝小区间的干扰通常取决于所讨论的蜂窝小区周围的蜂窝小区的传输功率、所讨论的蜂窝小区的大小以及所讨论的蜂窝小区周围分布的蜂窝小区的数量。籍助于单纯用于说明的实例，考虑具有半径为1000m的蜂窝小区并且在该小区中设置30个终端。这个蜂窝小区在其周围区域环绕着18个蜂窝小区且这些蜂窝小区内的所有基站都具60W的相同发射功率。在该实施例中，这些基站装备具有天线增益为9dB的全向天线。在该实施例中，下列选择会产生满意的结果：

-第一衰减阈值使得图2B所示的区域Z2的半径R2为500m，以及，

-第二衰减阈值使得图2A所示的区域Z1的半径R1为500m。

优选地，为了从候选节点中选择最佳的中继器，终端将信道增益(与蜂窝小区内的其它终端和/或与基站)信息和/或蜂窝小区间的干扰和噪音的信息上传至服务这些蜂窝小区的基站。然后，所述基站根据终端上行传送的信息从上述交集组的节点中决定固定至少一个终端作为中继节点。

在一个优选地实施例中，基站确定包括至少一个终端的子集，该终端作为提供传输能力的最佳增益的中继节点，并根据终端所上传信息的函数进行评估。“传输能力”是指传输所能提供的数据速率或传输所能提供的服务质量，或它的信噪比，或用于测量使用所选择的中继器传输质量的其它标准。

本实施例在进行优化的同时并不限制其它变化例。例如，有可能同时使用交集组中的所有终端(对应于图2B中的区域RI)来作为中继器使用。在这样的情况下，这些中继器可采用同步的模式进行操作，例如使用分布时间空间码的方式或分布数据流的合适形式(称为“波束成型”技术)，下文将作进一步阐述。

更普遍的是，为了确定在移动网络(蜂窝式小区或其它模式的)中的潜在中继器，网络的节点优选将测试信号传输至传输装置和/或接收装置，所述测试信号包含允许推导出对分别传输至传输装置和/或接收装置的信号衰减的信息。该测试信号可以包含例如用于“ReadyToSend”类型的RTS数据包或“Clear-To-Send”类型的CTS数据包，下文将作进一步阐述。

第一阈值和/或第二阈值的计算用于处理衰减的信息，使得节点通讯和候选节点的确定能够形成计算机程序的目标。在这一方面，本发明还旨在包括用于执行上述方法的计算机程序且所述程序可由处理器执行。

该程序可以安装于蜂窝网络基站的存储器，或者安装于终端的存储器，以便确定在它们附近区域中的候选中继器。

本发明还旨在提出一种蜂窝网络的基站，该基站包括选择网络的至少一个动态节点作为候选的部件，用于中继在基站和网络终端之间的数据通讯信号。这些选择部件构成为：

-确定至少一个第一组终端，使得在基站与第一组终端之间的信号通讯所经历的衰减小于第一预定阈值；以及，

-根据所述第一组的内容来限制选择终端作为可能的候选，用于中继通讯信号。

例如，第一阈值可以为适用于基站的阈值，低于该阈值则可确定为直接传输而不需要使用中继器。

本发明还旨在提供一种用于在移动网络中发射/接收数据通讯信号的终端，该终端包括用于选择网络的至少一个动态节点作为候选的部件，用于中继在终端和网络装置之间数据通讯信号。这些选择部件构成为：

-确定至少一个第一组网络节点，使得在终端和第一组节点之间的信号通讯所经历的衰减小于第一预定阈值；以及，

-根据所述第一组内容来限制选择节点作为可能的候选，用于中继通讯信号。

例如，对终端而言，第一阈值可以允许作为中继器的候选节点位于上述所要确定的交集组中。

当然，在基站和终端(终端执行例如至少环绕它的衰减确定以及基站也执行至少环绕它的衰减确定)之间，上述用于选择动态节点作为候选来中继在基站和终端之间信号的部件可以共享。本发明旨在提供一种包括用于蜂窝网络的至少一个终端和一个基站的系统且整体包括这类选择部件，并构成为：

-确定至少一个第一组网络节点，使得在第一组节点与终端和基站中的至少一个装置之间的信号通讯所经历的衰减小于第一预定阈值；以及，

-根据第一组的内容来限制选择作为可能的候选的节点，用于中继通讯信号。

本发明的其它特征和优点将通过下文中的详细阐述和附图而变得更加清晰，附图包括：

-图1图示说明了具有作为中继器使用的终端的蜂窝网络；

-图2A图示说明了确定为直接传输的情况(在基站BS和终端TER2之间)的情况和优选使用中继器(在终端TER1和基站BS之间)的情况；

-图2B图示说明了包括在蜂窝网络中用于基站和终端之间通讯的可能候选中继器的区域；

-图3图示说明了包括在蜂窝网络中用于在两个终端之间通讯的可能候选中继器的区域；

-图4图示说明了包括在蜂窝网络中用于在两个终端之间通讯的可能候选中继器的区域，与图3所不同的是，具有更加接近于基站的不同的终端；

-图5示出了根据“调度”时序(“roundrobin”)类型以下行模式传输的步骤的流程图(其图示说明了根据本发明一个典型实施例的计算机程序的通用架构)；

-图6示出了根据“调度”时序类型以上行模式传输的步骤的流程图(其图示说明了根据本发明一个典型实施例的计算机程序的通用架构)；

-图7示出了根据最大化信噪比时序以下行模式传输的步骤的流程图(其图示说明了根据本发明一个典型实施例的计算机程序的通用架构)；

-图8示出了根据最大化信噪比时序以上行模式传输的步骤的流程图(其图示说明了根据本发明一个典型实施例的计算机程序的通用架构)。

在此，籍助于实施例，在阐述本发明在蜂窝网络的一个实施例，其允许组织协同的动态通讯(通过定义终端所提供的中继器)，尤其是可通过减小回路信道的负载以及与选择最佳中继节点相关的复杂性来实现。

为了实现传输至终端或来自终端的传输，限制潜在中继器的数量来实施本发明，因而有利于进一步限制回路信道的负载。

在典型实施例中，蜂窝小区的终端能够确定与源和与目标进行通讯的信号的衰减。专业术语“通讯的信号”是指由终端所传输的信号和由源或目标所接收到的信号，以及由终端所接收到的信号和来自源或者来自目标的信号。

当基站具有能够改善信号发射和接收性能的定向天线时，则中继来自或者传输至在基站附近的终端的信号就显得毫无意义。于是，如果从终端至基站的衰减(其为距离和遮蔽效应的函数)小于阈值，则所述系统适用于不使用中继节点的情况，因为直接传输非常有可能获得一个较好的能力。

出于相同的原因，当终端距离基站足够远时，则中继-终端之间的链接可能弱于基站-中继之间的链接，这是由于基站的天线增益的缘故。因此，适合于中继的大多数链接有可能更接近于终端而不是基站。于是，终端对源终端(以上行模式)或目标(以下行模式)的衰减小于另一个阈值(其大体认为终端根据“上行”或“下行”模式在以源或目标终端为中心所覆盖的圆形区域内，正如下文参照附图所看到的那样)。此外，在该圆形区域内，节点可比源或目标终端更加远离基站。这些节点不利于改善来自或发至作为中继器的目标终端的传输，因为它们发至基站的衰减大于发至目标终端的衰减。因此，仅仅只能选择在圆形区域内且接近于基站而不是接近于待服务的终端的节点，这样可以进一步减少回路信道的负载。

下文将进一步阐述用于从网络所有节点中确定选择潜在中继器，以便改善在基站和待服务的终端之间通讯的实施例。

在下行模式中，源节点为基站BS(传输装置)，而目标节点为蜂窝小区中待服务的终端(TER)(接收装置)。优选定义两个衰减阈值。

参考图2A，阈值dt1与在源BS和待服务的终端之间信号的衰减相关，然后定义适用于在基站和终端TER2之间直接传输(不进行中继)的区域Z1，这时终端TER2处于区域Z1中。该区域Z1对应于(作为一阶近似并以图2A作图示说明)以源(基站BS)为中心和以R1为半径的圆形区域，其中R1是阈值dt1的递增函数；所选择的阈值越高，则区域Z1的半径就越大。然而，这只是一种近似，因为虽然衰减取决于距离(因为传播损耗或“路径损耗”的缘故，根据距离的对数的线性函数，以分贝的方式来表示)，但是还取决于阴影效应。

图2A和2B所示的终端组的圆形区域的表述仅通过实例的方式给出，以作为简单的说明。在优选的实施例中，本发明的实践实现主要取决于衰减的测量，并不需要特别考虑与附图所示区域Z1至Z3相关的终端的位置。

在图2A所示的实施例中，终端TER2由基站BS直接服务，且不需要使用任何中继器。另一方面，使用至少一个中继器用于服务位于区域Z1外部的终端TER1是有利的，也就是在基站和终端TER1之间通讯信号所经历的衰减高于阈值dt1。

现在参考图2B，另一个阈值dt2与发至目标TER的衰减相关，并然后定义在终端TER和另一终端之间可能传输的区域Z2，如果另一终端位于区域Z2内就有可能作为中继器使用。这个区域Z2(作为一阶近似并籍助于图2B作图示说明)对应于一个以目标(终端TER)为中心且其半径为R2的圆形区域，其中R2为阈值dt2的递增函数。

可以进一步确定在源BS和目标TER之间的信号的衰减。该衰减为在基站BS和终端TER之间的距离RIS的函数，对应于图2A、2B、3和4所示圆形区域Z3的半径。节点作为用于中继向终端TER传输的候选，如果：

-在基站BS和终端TER之间的信号衰减已经大于阈值dt1；否则，就不需要中继；

-如果在检测的节点和目标TER之间的信号衰减小于阈值dt2；并且

-如果在检测的节点和源之间的信号衰减小于在目标与源之间的信号衰减；则将在目标与源之间的信号衰减标记为DIS。

于是，如果待服务的终端TER不在区域Z1内(且因此而需要中继)，则选择在图2B所示交集区域内的候选终端作为中继器。

就中继操作自身而言，可以使用成为中继器候选的所有节点或者部分节点，来中继在终端和目标之间的信号。如果同时使用多于两个的终端用于中继，则优选以同步方式进行操作(例如，采用分布的空间-时间编码或者通过根据“波束形成”技术的分布波束的合适形式)。

在一个优选变化例中，可以避免使用空间-时间码或波束分型码并依次分别使用预选择中的节点。在该实施例中，为中继所选择的终端是根据所采用标准能提供性能中的最佳增益(例如传输能力)的终端。此外，候选节点可以将具有它们与源终端的信道增益以及所接收到的它们与蜂窝小区之间的干扰功率加上噪声上行传输至基站。然后，基站计算性能中的增益，使得各个终端通过执行中继的方式到所能达到获得和最终选择能提供最佳增益的中继节点。可以选择的性能标准是传输能力。例如，如果中继所提供的能力中的增益好于直接传输(没有中继)的增益，那么最终就选择候选节点。

下文将阐述在上行模式中的预选择。这时，源节点为待服务的终端TER，而目标节点为基站BS。

这里，节点作为中继器的候选：

-如果已经需要中继(这里只要终端不在区域Z1中)，

-如果被检测节点发至源TER的信号衰减小于阈值dt2(即，只要被检测的节点位于图2B所示的区域Z2中)，以及，

-如果被检测节点发至目标的信号衰减小于源发至目标的衰减(即，只要被检测的节点位于图2B所示的区域Z3中)。

最后，中继器仍是唯一的需要，只要终端TER在基站BS周围区域Z1的外部，并且在该条件下，用于中继的候选终端是在区域Z2和区域Z3之间的交集区域RI中。

对于中继，仍旧可以有两种选择。用于中继的全部或部分候选节点可以采用同步的方式(采用分布的空间-时间编码或分布的束波成型)来中继发至目标的信号。

作为一个变化例，最终选择作为中继的终端是能够在性能方面提供最佳增益的终端。候选节点向基站上传所接收到的它们与源终端的信道增益以及它们蜂窝小区之间相互干扰的功率(加上噪声)。随后，基站计算由各个候选中继器所提供的性能增益。基站最高优先权地选择能够为中继提供佳性能增益的节点。

现在参考图3，它阐述了在两个终端之间通讯(称之为“装置至装置通讯”)的情况，尤其(并不必需的)是多次转播的情况。源节点TERS和目标节点TERD都是终端。下文所述的方法确定了从在这两种终端TER和TERD之间的网络所有存在的节点中预选择潜在的中继器。

更接近于基站BS的终端较少接收到蜂窝小区之间的干扰，并且如果它们能够中继信号，则能够提供更高的性能增益。通过比较来区分两种不同的情况：

-在基站BS和源终端TERS之间通讯信号的衰减；以及，

-在基站BS和目标终端TERD之间通讯信号的衰减。

在图3所示的第一种情况下，在基站BS与目标TERD之间的衰减小于在基站BS和源TERS之间的衰减。事实上，图3所示的这种情况，目标TERD更接近于基站，因此比源更接近于蜂窝小区的中心。因此，目标TERD所接收到的蜂窝小区的干扰小于源TERS的干扰的平均值。在这种情况下，定义第一圆形Z2的中心为目标TERD和半径为R2且R2是阈值dt2的函数(在所考虑的节点和目标TERD之间通讯的信号的衰减的阈值)的函数。还定义第二圆形Z3的中心为源TERS和半径为RIS且RIS是阈值DIS(在源和目标之间的衰减)的函数。用于中继的候选节点位于在两个区域Z2和Z3之间的交集区域RI中。

在图4所示的第二种情况下，在基站BS和源TERS之间的衰减小于基站BS和目标TERD之间的衰减。与先前的情况相比，源TERS比目标TERD更接近于蜂窝小区的中心并且接收到比目标更小的平均值的蜂窝小区之间的干扰。终端TERS和TERD的位置可以简单地考虑为与图3和图4之间相反的情况。在该第二种情况下，定义第一圆形Z2的中心为源TERS和半径为R2且R2是阈值dt2(在所考虑节点和源TERS之间通讯信号的衰减)的函数。还定义第二圆形Z3的中心为目标TERD和半径为RIS且RIS为阈值DIS(在源和目标之间的衰减)的函数。用于中继的候选节点位于在这两个区域Z2和Z3之间的交集区域RI中。

因此，如果发至最接近蜂窝小区(源(图4所示)或目标(图3所示)中心的节点的衰减小于阈值dt2(即，意味着该节点在半径为R2的圆形Z2中且所述R2为阈值dt2的函数)，以及如果发至源(图3所示)或目标(图4所示)的衰减小于源发至目标DIS的源的衰减(即，意味着节点在半径为RIS的圆形Z3中且所述RIS为阈值DIS的函数)，则该节点就成为用于中继操作的候选节点。

这里再一次看到，用于中继器的最终选择有两种选择方法。在第一种选择中，用于中继的候选节点全都可以同步方式用于中继发至目标的信号。在第二种选择中，首先根据所给定的标准来选择能够提供性能中的最佳增益的节点，用于中继源所发射的信号，候选节点将它们的信道增益以及它们所接收到的蜂窝小区之间的干扰功率(加噪声)上行传送至基站。

下文中所讨论的方法涉及采用两次跳跃(转播)实现在一个源和一个目标之间的传输。此外，在蜂窝网络中可包括超过两次跳跃(采用“多次跳跃”通讯)。

然后，在“多次跳跃”通讯中可以设想到下列选择：

-下行模式的传输用于第一次跳跃(从终端BS至中继器)并且通过至少一个中继(因此通过至少两次其它跳跃)来协助从终端至终端之间的传输，如图4所示；

-通过至少一个中继(因此通过至少两次第一次的跳跃)来协助从终端至终端的传输，如图3所示，接着通过采用上行模式的传输(因此通过从中继器至基站BS的其它跳跃)；

-在两个终端之间使用若干中继器的传输，如图3和图4之一所示。

下文阐述了本发明的两个典型实施例以及应用。不言而喻，所讨论的两个实施例的混合也是可以实施的。

在下文中，假设已经考虑了时序上的确定(通常是由基站来确定)并且尤其是已经选择了终端来传输或接收数据。这里假设所有的终端是依次服务的(根据例如“Round-Robin”类型的算法的时序)。在这类时序中，依次服务各个终端；例如可以下列方式来实施：各个终端由单一数值来标识并且各个基站形成在其覆盖范围中所需服务的终端的列表，该列表以终端递增数字的序列来设置(这个规则可以在基站参数定义中预先设定)。

在下文所述的实施例，考虑以下行模式传输信号的情况，在所讨论的实施例中，基站准备可能使用单个中继器为索引i的特定终端服务。

参考图5，图5定义了所述方法的主要步骤，定义适用于在基站周围衰减的阈值dt1以及适用于在目标终端(步骤51)周围衰减的阈值dt2(采用在蜂窝小区中的模拟和/或测量的方法)。

在步骤52中，基站传输RTS(“Ready-TO-Send”)数据包。所述RTS数据包含有控制符。

蜂窝小区的终端检测RTS数据包并且籍助于控制符来估计它们发至基站的信道增益。在一典型实施例中，终端从信道的增益中推导出所对应的衰减。例如，可以通过信道增益的逆操作(并且然后考虑信道的快速衰减)来计算衰减。如果为了克服快速衰减的快速变化以便准确估计衰减，衰减可以通过例如当前增益的逆操作和先前获得的增益的导数的平均来计算并且存储在终端的存储器中(当然，如果这些都是有效的)。此外，终端估计所接收到的蜂窝小区之间的干扰功率和噪声功率的叠加(步骤53)。

如果在基站BS和目标(终端i)之间的衰减大于阈值dt1(在测试54输出处的箭头KO)，则目标i预测有可能作为中继协助传输的节点。否则，在步骤55中，传输是直接的(箭头OK)。在后一种情况中，终端i传输CTS/OFF(“(“clear-to-send”和“relaydisabled”：“OFF””)数据包：所述数据包为基站指示终端i将接收直接来自基站的数据。

在非直接传输的情况中，终端i传输CTS/ON(“clear-to-send”，具有使能“ON”中继)数据包(含有它的衰减)和控制符至基站(步骤56)。能“监听”CTS/ON数据包的终端估计它们至目标i的信道增益以及它们所接收到的蜂窝小区之间的干扰功率和噪声功率的叠加(步骤57)。

所有已经接收到CTS/ON数据包的终端j：

-如果从终端j至目标i的衰减小于阈值dt2(在检测58输出处的箭头OK)，以及，

-如果相同终端j至基站的衰减小于目标i至基站的衰减DIS(在检测59处的输出处的箭头OK)，

则该终端就成为潜在的中继器(步骤60)。

应该指出的是，RTS或CTS数据包表示为符号集，所述符号集可以包括在一个更广泛的无线数据包中，例如3GPPLTE标准的子帧。

潜在中继将其至目标的信道增益和它所接收到的噪声及蜂窝小区干扰功率上传至基站。

目标i将其至基站的信道增益和它所接收到的噪声及蜂窝小区干扰功率上传至基站。

基站从已经上传它们至目标的信道增益的节点中选择最佳中继(潜在中继节点)(步骤62)。根据所使用的传输协议，最佳中继具有最大化的传输能力(检测61)。

如果具有中继的能力优于直接传输的能力，则就使用所选择的中继。在该情况下，所选择的中继由标志数据包告知。

基站向终端i传输数据并且所选择的中继器以合适的方法来协助传输。

参考图6，在上行模式中，源终端i尝试向基站传输数据(通过考虑已经选用终端i向基站传输数据的影响)。

在步骤U1中，定义第一衰减阈值dt1(至基站的衰减)和第二衰减的阈值dt2(至源终端的衰减)。

如果在终端i和基站之间的衰减大于第一阈值dt1(在检测U1输出处的箭头KO)，则终端i预测可以协助传输的潜在中继节点。

终端i传输RTS/ON(“ready-to-send”和中继“ON”)数据包，该数据包含有其至基站的衰减和控制符(步骤U2)。

接收到RTS/ON数据包的蜂窝小区的终端估计其至终端i的信道增益以及它们所接收到的噪声和蜂窝小区之间的干扰功率(步骤U3)。

基站传输含有控制符的数据包CTS(“clear-to-send”)(步骤U4)。

蜂窝小区的终端(包括源i)接收CTS数据包并且估计其至基站的信道增益、对应的衰减以及它们所接收到的噪声和蜂窝小区之间干扰功率(步骤U5)。

对所有已经“监听”到RTS/ON数据包的终端，如果从终端至源i的衰减小于第二阈值dt2(检测U6)以及如果相同终端至基站的衰减小于源i至基站的衰减(检测U7)，则所述终端就成为潜在的中继(步骤U8)。

正如上述参考图5的讨论，潜在中继器将现在其至源i的信道增益以及它所接收到的噪声和蜂窝小区之间的干扰功率上行传输至基站。源i将现在其至基站的信道增益以及它所接收到的噪声和蜂窝小区之间的干扰功率上行传输至基站。基站从已经上传信道增益的节点中为源i选择最佳的中继。根据所使用的传输协议，最佳的中继是具有最大化传输能力的那个中继。

如果通过作为中继所提供的能力大于直接传输的能力，那么就选择中继。在该情况下，所选择的中继由标志数据包告知。源传输数据且所选择的中继协助传输。

再一次看到，如果在终端i和基站之间的衰减小于第一阈值dt1，那么源不寻求潜在的中继节点来协助传输，因为源已足够接近于基站。终端i传输RTS/OFF(“ready-to-send”和中继OFF)数据包，以指示基站终端i将数据直接传输至基站。

在下文中，本发明的另一项应用将通过不同时序算法的方法来阐述，所述时序算法对应于“max-SNR”(信噪比的最大化)的时序。文中，以各个“TTI”时间周期服务的终端都具有最佳的信道质量。

参考图7，在下行模式中，定义第一衰减阈值dt1(至基站的衰减)和第二衰减阈值dt2(至目标终端的衰减)(步骤D0)。基站向蜂窝小区内的各个终端j传输(以广播模式)RTS(“ready-to-send”)数据包，所述数据包含有控制符(步骤D1)。蜂窝小区内的各个终端j检测RTS数据包并且估计其至基站的信道增益及其对应的衰减。此外，各个终端估计它的噪声和蜂窝小区之间的干扰功率(步骤D2)。

对于各个终端j，如果在基站和终端j之间的衰减大于第一阈值dt1(在测试D3输出处的箭头KO)，则终端j寻求能够中继传输的潜在中继节点。终端j至传输含有其基站的衰减和控制符的CTS/ON(j)(clear-to-send以及中继ON)数据包(步骤D4)。能够接收到来自终端j的CTS/ON数据包的蜂窝小区内的终端估计其至终端j的信道增益以及它们所接收到的蜂窝小区之间的干扰功率和噪声(步骤D5)。对于所有已经接收到CTS/ON(j)数据包的终端：

-如果从终端至终端j的衰减小于第二阈值dt2(测试D6)，以及，

-如果相同终端至基站的衰减小于目标至基站的衰减(测试D7)；

则该终端成为潜在的中继(步骤D8)。

用于终端j的潜在中继将其至目标的信道增益以及所接收到的蜂窝小区之间干扰和噪声功率上传至基站。终端j将其至基站的信道增益以及所接收到的蜂窝小区之间的干扰和噪声功率上传至基站。基站从已经将上传其至终端j的信道增益的节点中选择最佳的中继。用于终端j的最佳中继是最大化传输能力的那个中继。

基站通过考虑标记为“i”的潜在中继来计算终端j的能力。如果认为对给定终端j的中继操作所获得能力大于直接传输的能力(在基站和待服务的终端之间)，则为所述终端j考虑具有中继的能力。否则，为终端j考虑通过基站直接传输的能力。因此，基站优选将各个终端j(标记为C(j))的估计能力存储于存储器中。

如果在基站和各个终端j之间的衰减小于第一阈值dt1，则终端j就不再寻求能够协助传输的中继节点并且向基站和附近的其它节点传输CTS/OFF(j)数据包指示终端j将从基站直接接收数据。于是，终端j所考虑的能力就是直接传输的能力。基站将该能力C(j)存储于存储器中。

基站服务在蜂窝小区内的所有终端中具有最佳能力的终端，其中传输可以籍助于中继，以便提供比直接传输更好的能力。

在上行模式中，在具有中继的时序算法最大SNR中，定义第一衰减阈值dt1(至基站的衰减)和第二衰减dt2(至目标终端的衰减)(步骤81)。

如果在终端j和基站之间的衰减大于第一阈值dt1(在测试82输出处箭头KO)，则终端j寻求能够协助传输的潜在中继节点。终端j传输含有其至基站的衰减和控制符的RTS/ON(j)数据包(步骤83)。接收到RTS/ON(j)数据包的蜂窝小区内的终端估计其至终端j的信道增益，对应的衰减以及所接收到的蜂窝小区之间的干扰功率和噪声(步骤84)。

基站传输含有各个终端j控制符的CTS(j)数据包(步骤85)。蜂窝小区内的终端(包括终端j)接收CTS数据包并估计其至基站的信道增益以及所接收到的蜂窝小区之间的干扰功率和噪声(步骤86)。对于所有已经接收到数据包RTS/ON(j)的终端i，如果从终端i至终端j的衰减小于第二阈值dt2(测试87)和如果相同终端i至基站的衰减小于终端j至基站的衰减(测试88)，则该终端就成为潜在的中继(步骤89)。

用于终端j的潜在中继器将其至源的信道增益以及所接收到的蜂窝小区之间的干扰功率和噪声上传至基站。基站j将其至基站的信道增益以及所接收到的蜂窝小区之间的干扰功率和噪声上传至基站。基站从已经上传信道增益的节点中选择终端j的最佳的中继。最佳的中继是根据所采用的传输协议能够获得最大化能力的那个中继。如果终端j由于采用中继操作所获得的能力大于直接传输的能力，那么该终端j就考虑采用中继的能力。否则，终端所考虑的能力为直接传输的能力。基站将各个终端j的能力C(j)存储于存储器中。

基站服务在蜂窝小区内所有终端中具有最佳能力的终端，传输由与所选择的终端相关的中继器来潜在协助。

Claims (12)

1.一种在移动网络中选择至少一个动态节点作为在所述网络的传输装置和接收装置之间中继数据通讯信号的候选节点的方法，其特征在于，包括步骤：

-确定网络至少一个第一组节点，使得来自所述传输和接收装置之间且在第一组中的一个节点和至少一个第一装置之间的信号传输所经历的衰减小于第一预定的阈值(dt1；dt2；DIS)，

-根据第一组的内容来限制作为用于中继通讯信号的可能候选的节点选择，

-确定在节点的第一组(Z2)和第二组(Z3)之间的交集区域(RI)，使得来自在所述传输装置和接收装置之间且在第二组节点和第二装置之间通讯信号所经历的衰减小于对应于传输装置和接收装置之间信号衰减的阈值，以及，

-限制作为用于向所述交集组节点中继通讯信号的可能候选节点的选择。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动网络是包括用于服务在网络的蜂窝小区中的终端的基站的蜂窝网络，所述第一装置为终端(TER)，第二装置为基站(BS)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一装置为终端和第二装置为基站有下述两种情况：

-所述数据通讯信号是由基站传输并传输至终端(DL)，并且

-所述数据通讯信号是由终端传输并传输至基站(UL)。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

-确定在终端和基站之间通讯信号所经历的衰减；

-如果在终端和基站之间信号的衰减小于第二预定阈值(dt1)，则确定在基站和终端之间的通讯信号直接传输，而不使用中继。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动网络是包括用于服务在网络的蜂窝小区中的终端的基站的蜂窝网络，第一装置和第二装置都是终端(TERS，TERD)，并且其中在第一装置和基站之间通讯信号所经历的衰减小于在第二装置和基站之间通讯信号的衰减。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阈值和/或第二阈值选择为小于在传输装置和接收装置之间直接通讯信号的衰减(DIS)。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述终端将信道和/或蜂窝小区之间干扰和噪声的信息上传至服务它们蜂窝小区的基站，以及其中所述基站根据所述终端上行传输的信息从所述交集组节点中确定至少一个终端作为中继节点。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基站确定一子集，该子集包括至少一个终端，其根据终端上传所述信息的函数进行估计、作为在传输能力方面提供最佳增益的中继节点。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络节点向传输装置和/或接收装置传输测试信号，所述测试信号包含允许分别推导出传输至传输装置和/或接收装置的信号衰减。

10.一种蜂窝网络的基站，其特征在于，包括选择至少一个网络动态节点作为中继在基站和网络终端之间的数据通讯信号的候选节点的部件，所述选择部件构成为：

-确定至少一个第一组终端，使得在基站(BS)与第一组终端之间通讯信号所经历的衰减小于第一预定的阈值(dt1；DIS)；以及，

-根据所述第一组的内容，限制作为用于中继通讯信号的可能候选的终端的选择。

11.一种用于在移动网络中传输/接收数据通讯信号的终端，其特征在于，包括选择至少一个网络动态节点作为中继所述终端与网络装置之间的数据通讯信号的候选节点的部件，所述选择部件构成为：

-确定至少一个第一组网络节点，使得在终端和第一组节点之间通讯信号所经历的衰减小于第一预定阈值(dt1；DIS)，

-根据所述第一组的内容，限制作为用于中继通讯信号的可能候选的节点选择。

12.一种包括至少一个终端和一个基站且设计用于蜂窝网络的系统，其特征在于，包括用于选择至少一个网络动态节点作为用于中继在基站和终端之间的数据通讯信号的候选节点的部件，所述选择部件构成为：

-确定至少一个第一组网络节点，使得在第一组节点和在终端和基站之间的至少一个装置之间的信号通讯所经历的衰减小于第一预定阈值(dt1；DIS)，以及，

-根据所述第一组的内容，限制作为用于中继通讯信号的可能候选的节点选择。