CN103415075B - 无线中继协同传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线中继协同传输方法及装置，涉及无线通信技术领域。其发射端的发送方法包含步骤：S1、基站要发送的数据包括第一消息和第二消息，基站对第一消息和第二消息分别进行编码调制，得到第一信号和第二信号；S2、在第一时隙中，基站广播第一信号，所述中继对第一信号进行解码，成功解码的中继得到第一消息；S3、在第二时隙中，基站发送第二信号；在第一时隙中成功解码得到第一消息的中继将第一消息重新进行编码调制，并转发信号。本发明解决了传统解码转发传输方法未能高效的利用频谱资源的问题，提高了频谱利用效率和提高了系统吞吐量。

Description

无线中继协同传输方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种无线中继协同传输方法及装置。

背景技术

随着无线通信的飞速发展，频谱资源极度短缺，能够大幅提高频谱利用效率的技术受到了越来越多的关注，如协同通信技术。如图3所示，中继距离基站较近，用户距离基站较远。由于有限的发射功率和带宽，以及随时间变化的信道质量，有时基站发送的信号不能直接被用户解码。作为该问题的一种解决方案，中继可以帮助基站转发数据给用户，即如果基站→用户之间的信道质量较差而基站→中继和中继→用户之间的信道质量较好，则基站可以通过基站→中继→用户的发送路径传输数据。用户可以对基站和中继发送来的信号进行合并解码。一种常见的中继协同通信方案为解码转发(DF,Decode-and-Forward)。解码转发(DF)传输方法是中继先对接收到的基站信号进行解码，并按照原来的编码方式或新的编码方式将编码后的再生符号信息转发给用户。用户对基站和中继发送来的信号进行合并解码。

解码转发传输方法中，中继采用半双工模式，将单位时间平均分成两个时隙：第一时隙中，基站采用广播模式发送数据给中继和用户；第二时隙中，中继将收到的信号进行解码并重新编码转发给用户，基站则保持静默。

业界现有的理论分析和仿真实验都证明，该DF解码转发传输方法并没有最大化的利用频谱资源和提高吞吐量，因此我们有必要对传统的DF解码转发传输方法进行改进，以更好的利用频谱资源和提高吞吐量。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种无线中继协同传输方法及装置，解决了传统解码转发传输方法未能高效的利用频谱资源的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种无线中继协同传输方法，发射端的发送方法包括以下步骤：

S1、基站要发送的数据包括第一消息和第二消息，基站对第一消息和第二消息分别进行编码调制，得到第一信号和第二信号；

S2、在第一时隙中，基站广播第一信号，所述中继对第一信号进行解码，成功解码的一个或多个中继得到第一消息；

S3、在第二时隙中，基站发送第二信号；在第一时隙中成功解码得到第一消息的一个或多个中继将第一消息重新进行编码调制，并转发信号。

优选的，所述中继为单天线配置，采用半双工模式工作。

优选的，在步骤S3中，所述中继采用解码转发传输方法对第一信号进行转发。

优选的，在第二时隙中，所述基站发送的第二信号比所述成功解码的中继转发的第一信号要弱。

本发明还提供了一种无线中继协同传输方法，终端的接收方法包括以下步骤：

S4、在第一时隙中，终端接收并存储第一信号；

S5、在第二时隙中，终端接收并存储中继转发的信号与第二信号叠加后的信号；

S6、终端根据在两个时隙中接收到的信号对第一信号进行合并解码，得到第一消息；

S7、终端对所述第一消息进行编码调制，得到第一信号；

S8、终端从在第二时隙中接收到的叠加后的信号中减去所述第一信号，得到第二信号；

S9、终端对所述第二信号进行解码，得到第二消息。

本发明还提供了一种无线中继协同传输装置，发射端包含以下模块：

基站编码调制模块，基站要发送的数据包括第一消息和第二消息，基站对第一消息和第二消息分别进行编码调制，得到第一信号和第二信号；

第一时隙广播模块，在第一时隙中，基站广播第一信号，所述中继对第一信号进行解码，成功解码的一个或多个中继得到第一消息；

第二时隙发送模块，在第二时隙中，基站发送第二信号；在第一时隙中成功解码得到第一消息的一个或多个中继将第一消息重新进行编码调制，并转发信号。

优选的，所述中继为单天线配置，采用半双工模式工作。

本发明还提供了一种无线中继协同传输装置，其特征在于，终端包含以下模块：

第一时隙终端接收模块，在第一时隙中，终端接收并存储第一信号；

第二时隙终端接收模块，在第二时隙中，终端接收并存储中继转发的信号与第二信号叠加后的信号；

第一终端解调和解码模块，终端根据在两个时隙中接收到的信号对第一信号进行合并解码，得到第一消息；

终端编码调制模块，终端对所述第一消息进行编码调制，得到第一信号；

终端信号相减模块，终端从在第二时隙中接收到的叠加后的信号中减去所述第一信号，得到第二信号；

第二终端解调和解码模块，终端对所述第二信号进行解码，得到第二消息。

（三）有益效果

本发明通过提供一种无线中继协同传输方法及装置，和传统的无线中继DF解码转发传输方法相比较，本发明在第二时隙中，基站和中继同时发送不同消息，信号在空中叠加，终端对在第一时隙和第二时隙中接收到信号进行联合解码，通过串行干扰消除技术，终端首先解码出强信号，此时弱信号被视为干扰；再通过信号相减的方式，得到无干扰的弱信号，并解码出弱信号消息；本发明很好的提高了频谱利用效率和系统吞吐量。

在相同的信噪比条件下，本发明的平均吞吐量明显高于直接传输和最优单中继机会传输方法下的平均吞吐量，这种平均吞吐量的差异随着信噪比的增大而增大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明优选实施例的无线中继协同传输方法发射端发送方法流程图；

图2本发明优选实施例的无线中继协同传输方法终端接收方法流程图；

图3中继转发基站数据给用户模型示意图；

图4本发明优选实施例的无线中继协同传输方法终模型示意图；

图5本发明优选实施例的提出的无线中继协同传输方法和直接传输以及最优单中继机会传输方法的平均吞吐量比较的仿真结果示意图；

图6本发明优选实施例的一种无线中继协同传输装置的发射装置示意图；

图7本发明优选实施例的一种无线中继协同传输装置的终端装置示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先说明串行干扰消除技术：

串行干扰消除技术是：接收端接收到两层叠加的信号后，接收端首先解码强信号（即发射功率较大的信号），此时弱信号（即发射功率较小的信号）被视为干扰。在接收端解码出强信号消息后，接收端重建强信号并从其接收到的总的叠加信号中减去强信号，从而得到无干扰的弱信号，接收端继续对其解码得到弱信号消息。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例提供了一种无线中继协同传输方法，发射端的发送方法包括以下步骤：

S1、基站要发送的数据包括第一消息和第二消息，基站对第一消息和第二消息分别进行编码调制，得到第一信号和第二信号；

S2、在第一时隙中，基站广播第一信号，所述中继对第一信号进行解码，成功解码的一个或多个中继得到第一消息；

S3、在第二时隙中，基站发送第二信号；在第一时隙中成功解码得到第一消息的一个或多个中继将第一消息重新进行编码调制，并转发信号。

如图2所示，其终端的接收方法包括以下步骤：

S4、在第一时隙中，终端接收并存储第一信号；

S5、在第二时隙中，终端接收并存储中继转发的信号与第二信号叠加后的信号；

S6、终端根据在两个时隙中接收到的信号对第一信号进行合并解码，得到第一消息；

S7、终端对所述第一消息进行编码调制，得到第一信号；

S8、终端从在第二时隙中接收到的叠加后的信号中减去所述第一信号，得到第二信号；

S9、终端对所述第二信号进行解码，得到第二消息。

本发明提供了一种无线中继协同传输方法及装置，和传统的无线中继DF解码转发传输方法相比较，本发明在第二时隙中，基站和中继同时发送不同消息，信号在空中叠加，终端对在第一时隙和第二时隙中接收到信号进行联合解码，首先解码出强信号，此时弱信号被视为干扰；再通过信号相减的方式，得到无干扰的弱信号，并解码出弱信号消息；本发明很好的提高了频谱利用效率和系统吞吐量。

下面对本发明的实施例进行详细的说明：

如图4所示，中继距离基站较近，用户距离基站较远，共有N(N≥1，即一个或者多个)个中继帮助用户进行协同转发。系统中每个节点设备都为单天线配置并工作在半双工模式，中继转发策略为DF解码转发。

发射端的发送方法包括以下步骤：

S1、基站要发送的数据包括消息x₁和消息x₂，基站对消息x₁和消息x₂分别进行编码调制，得到信号x₁和信号x₂；

S2、在第一时隙中，基站广播信号x₁，所述中继对信号x₁进行解码，成功解码的一个或多个中继得到消息x₁；

在第一时隙中，基站向所有中继和用户广播消息x₁，每个中继对信号x₁进行解码，假设共有L(1≤L≤N)个中继能够成功解码信号x₁，N-L个中继不能成功解码信号x₁。在第一个时隙中用户只是存储接收到的信号x₁而不对其进行解码。

S3、在第二时隙中，基站发送信号x₂；在第一时隙中成功解码得到消息x₁的一个或多个中继将消息x₁重新进行编码调制，得到信号x₁’，并转发信号x₁’。

在第二个时隙中，基站广播消息x₂，在第一个时隙中已经成功解码消息x₁的L个中继转发消息x₁，在第一个时隙中未能成功解码信号x₁的N-L个中继则保持静默。通过同步机制能够保证基站和L个中继之间发送信号的同步。因此，在第二个时隙中基站广播的信号x₂和L个中继转发的信号x₁’在空中叠加并被用户接收，这里在空中叠加的信号x₁和x₁可被视为两层叠加的信号。

为了保证成功解码，一般来说，在第二个时隙中基站发送信号x₂的发射功率较小，L个中继转发消息x₁’的总发射功率较大，即在第二个时隙中信号x₂为弱信号而信号x₁’为强信号。

其终端的接收方法包括以下步骤：

S4、在第一时隙中，终端接收并存储信号x₁；

S5、在第二时隙中，终端接收并存储信号x₁’与信号x₂叠加后的信号；

S6、终端根据在两个时隙中接收到的信号对信号x₁进行合并解码，得到消息x₁；

S7、终端对所述消息x₁进行编码调制，得到信号x₁；

S8、终端从在第二时隙中接收到的叠加后的信号中减去所述信号x₁，得到信号x₂；

S9、终端对所述信号x₂进行解调和解码，得到消息x₂。

如图5所示，为本专利实施例所提出的无线中继协同传输方法和直接传输以及最优单中继机会传输方法的平均吞吐量比较的仿真结果示意图。从图5中可以看出，本专利传输方法的性能表现明显优于直接传输和最优单中继机会传输方法；在相同的信噪比条件下，本专利传输方法下的平均吞吐量明显高于直接传输和最优单中继机会传输方法下的平均吞吐量，而且这种平均吞吐量的差异随着信噪比的增大而增大。

实施例2：

如图6所示，本本发明实施例还提供了一种无线中继协同传输装置，发射端包含以下模块：

基站编码调制模块，基站要发送的数据包括第一消息和第二消息，基站对第一消息和第二消息分别进行编码调制，得到第一信号和第二信号；

第一时隙广播模块，在第一时隙中，基站广播第一信号，所述中继对第一信号进行解码，成功解码的一个或多个中继得到第一消息；

第二时隙发送模块，在第二时隙中，基站发送第二信号；在第一时隙中成功解码得到第一消息的一个或多个中继将第一消息重新进行编码调制，并转发信号。

优选的，所述中继为单天线配置，采用半双工模式工作。

实施例3：

如图7所示，本发明实施例还提供了一种无线中继协同传输装置，其特征在于，终端包含以下模块：

第一时隙终端接收模块，在第一时隙中，终端接收并存储第一信号；

第二时隙终端接收模块，在第二时隙中，终端接收并存储中继转发的信号与第二信号叠加后的信号；

第一终端解调和解码模块，终端根据在两个时隙中接收到的信号对第一信号进行合并解码，得到第一消息；

终端编码调制模块，终端对所述第一消息进行编码调制，得到第一信号；

终端信号相减模块，终端从在第二时隙中接收到的叠加后的信号中减去所述第一信号，得到第二信号；

第二终端解调和解码模块，终端对所述第二信号进行解码，得到第二消息。

综上，本发明通过提供一种无线中继协同传输方法及装置，和传统的无线中继DF解码转发传输方法相比较，本发明在第二时隙中，基站和中继同时发送不同消息，信号在空中叠加，终端对在第一时隙和第二时隙中接收到信号进行联合解码，首先解码出强信号，此时弱信号被视为干扰；再通过信号相减的方式，得到无干扰的弱信号，并解码出弱信号消息；本发明很好的提高了频谱利用效率和系统吞吐量。

在相同的信噪比条件下，本发明的平均吞吐量明显高于直接传输和最优单中继机会传输方法下的平均吞吐量，这种平均吞吐量的差异随着信噪比的增大而增大。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种无线中继协同传输方法，其特征在于，发射端的发送方法包括以下步骤：

S1、基站要发送的数据包括第一消息和第二消息，基站对第一消息和第二消息分别进行编码调制，得到第一信号和第二信号；

S2、在第一时隙中，基站广播第一信号，所述中继对第一信号进行解码，成功解码的多个中继得到第一消息；

S3、在第二时隙中，基站发送第二信号；在第一时隙中成功解码得到第一消息的多个中继将第一消息重新进行编码调制，并转发信号；

在第二时隙中，所述基站发送的第二信号比所述成功解码的中继转发的第一信号要弱。

2.如权利要求1所述的无线中继协同传输方法，其特征在于，所述中继为单天线配置，采用半双工模式工作。

3.如权利要求1所述的无线中继协同传输方法，其特征在于，在步骤S3中，所述中继采用解码转发传输方法对第一信号进行转发。

4.一种无线中继协同传输方法，其特征在于，终端的接收方法包括以下步骤：

S4、在第一时隙中，终端接收并存储第一信号；

S5、在第二时隙中，终端接收并存储中继转发的信号与第二信号叠加后的信号；

S6、终端根据在两个时隙中接收到的信号对第一信号进行合并解码，得到第一消息；

S7、终端对所述第一消息进行编码调制，得到第一信号；

S8、终端从在第二时隙中接收到的叠加后的信号中减去所述第一信号，得到第二信号；

S9、终端对所述第二信号进行解码，得到第二消息。

5.一种无线中继协同传输装置，其特征在于，发射端包含以下模块：

基站编码调制模块，基站要发送的数据包括第一消息和第二消息，基站对第一消息和第二消息分别进行编码调制，得到第一信号和第二信号；

第一时隙广播模块，在第一时隙中，基站广播第一信号，所述中继对第一信号进行解码，成功解码的多个中继得到第一消息；

第二时隙发送模块，在第二时隙中，基站发送第二信号；在第一时隙中成功解码得到第一消息的多个中继将第一消息重新进行编码调制，并转发信号；

在第二时隙中，所述基站发送的第二信号比所述成功解码的中继转发的第一信号要弱。

6.如权利要求5所述的无线中继协同传输装置，其特征在于，所述中继为单天线配置，采用半双工模式工作。

7.一种无线中继协同传输装置，其特征在于，终端包含以下模块：

第一时隙终端接收模块，在第一时隙中，终端接收并存储第一信号；

第二时隙终端接收模块，在第二时隙中，终端接收并存储中继转发的信号与第二信号叠加后的信号；

第一终端解调和解码模块，终端根据在两个时隙中接收到的信号对第一信号进行合并解码，得到第一消息；

终端编码调制模块，终端对所述第一消息进行编码调制，得到第一信号；

终端信号相减模块，终端从在第二时隙中接收到的叠加后的信号中减去所述第一信号，得到第二信号；

第二终端解调和解码模块，终端对所述第二信号进行解码，得到第二消息。