CN103548391B

CN103548391B - 无线通信系统和方法

Info

Publication number: CN103548391B
Application number: CN201280024579.4A
Authority: CN
Inventors: 森冈裕; 森冈裕一
Original assignee: Wireless Technology Solutions LLC
Current assignee: Wireless Technology Solutions LLC
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2018-01-12
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: GB2491857A; US20140086141A1; CN103548391A; WO2012172325A1; KR20140033121A; GB201109983D0; US9622166B2; EP2721867B1; JP2014519785A; EP2721867A1; GB2491857B

Abstract

描述了无线通信系统，包括：基站、多个中间设备和终端设备。基站可操作以将下行链路信号无线发射至终端设备，下行链路信号包括识别中间设备之一为目标设备的终端控制信号，终端设备将预定到基站的上行链路数据引导至目标设备。该终端设备可操作以无线发射上行链路信号经由终端控制信号识别的中间设备至基站。这样，下行链路通信可被设置为直接从基站至终端设备，包括指示终端设备将上行链路数据发送至哪里的控制信号。这使得基站能够直接地控制上行链路通信的调度，并且具体地，使得基站能够限定从终端设备经由一个或多个中间设备至基站的上行链路路由。由于在基站无需节省能量，基站与终端设备在下行链路上直接地通信没有问题。由于可使用虽然不能够到达基站但能够到达中间设备的低功耗传输，在上行链路上在终端设备处节省了能量。终端设备不需要自行确定上行链路路由，并因此不需要复杂、昂贵和耗费功率的控制逻辑。

Description

无线通信系统和方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统和方法，本发明进一步的方面涉及基站、中间设备、终端设备和计算机程序。

背景技术

作为通常不需要人机交互的无线通信网络应用技术的新趋势，机器类型通信（MTC）在各种无线通信标准中被讨论。

MTC的广义定义是在机器之间进行发送和接收的自动通信网络。MTC设备的一个主要类别是预期具有很低功耗、很小数据传输以及很多个终端的特性。归入该类别的MTC的示例可以是例如用于智能电网系统的家用电器能耗监测。

为了实现这些要求，诸如ZigBee的无线PAN（个人局域网：10-20m范围）标准采用Adhoc/Mesh拓扑，其中不存在中心协调实体来控制信息流并且其中以分布方式管理数据传输的调度/路由。网格（Mesh）特性通过将信息经由一系列的邻近设备多跳，来允许数据超出PAN的范围来传送。因为每一个传输链路保持较短，所以每一个终端的功耗保持较低。

然而，为了将信息从信号源可靠地传传送至目的地，该拓扑遇到几个问题。

路由/调度复杂

网格拓扑的一个特性是存在从信号源至目的地的多个路径。图1示意性地示出网格网络拓扑。示出A至G的七个终端设备。为了从终端A将信息转移至终端G，可采用路径1（实线箭头）或者路径2（虚线箭头）。伴随问号标志的箭头表示用于从给定终端传输的可用替代路径。具体地，终端A需要决定是否首先传输其数据至终端B（经由实线箭头）或者终端C（经由虚线箭头）。终端D需要作出相似的决定。这意味着在网格拓扑中的每个终端需要了解现有的周围终端并且需要选择至给定目的地的最佳路径的能力，这直观上需要相当的智能。

此外，在节能系统中，一些终端在它们不需要接收和发射信号时可被要求切换至冬眠模式。在这种情况下，因为不存在中央协调器，所以每个终端需要了解什么时候邻近终端能够接收信息，这将影响它们调度传输的方式。

隐藏节点问题

如上所述，在网格拓扑中的每个终端需要做出什么时候发送数据的决定。图2示意性地示出了由于隐藏节点会有什么问题。在图2中，示出了四个终端A至D，其中终端A和终端C的无线电传输范围由围绕这些相应的终端的圆圈所表示。在图2中设想的配置场景中，终端A可将数据发送至终端B，并且终端C可将数据发送至终端D，因为终端A不在终端C的范围内，反之亦然，存在终端A和终端C可在同时传输的可能性。在这种情况下，来自终端A和终端C的混合信号将被终端B接收，这可能抑制在终端B的预期信号（来自终端A）的解码。由于反射端在彼此的范围之外，换言之，对彼此隐藏，所以在发射端（至干扰传输的观察者）的“在发送前收听”的机制在这种情况下不起作用。将需要复杂的机制来有效地解决该隐藏节点问题。

资源（媒介&能量）的过度使用

网格拓扑的实质要求同一数据经过多跳被发射多次。图3A和图3B示意性地示出控制信号怎样从终端A通信至终端G，以及相应数据信号怎样从终端G通信至终端A。具体地，图3A示出单跳场景，然而，图3B示出多跳场景。在图3A中，终端A和终端G彼此直接地通信。在通信中没有利用邻近（中间）终端B、D和E。更具体地，终端A直接地发送控制信息至终端G以请求数据，以及终端G响应地将所请求的数据直接发射回终端A。在从终端A发射控制信号至在终端A接收数据之间的时长称作传输时间。相反，在图3B中，终端A和终端G以多跳方式经由终端B、D和E彼此进行通信。具体地，终端A首先发送请求数据的控制信号至终端B。然后，终端B中继控制信号至终端D，诸如此类通过终端E直到最终在终端G从终端E接收终端信号。然后，终端G首先响应地发射所请求数据至终端E，该数据在终端E中继至终端D，并诸如此类地通过终端B直到最终在终端A接收数据。如图3A，在从终端A发射控制信号至在终端A接收数据之间的时长称作传输时间。

从图3A和图3B的比较可理解，多跳不仅提高了将信息从信号源转移至目的地的时延，而且还具有一些额外的副作用。一个副作用是，由于相同数据需要发送多次，这花费了比在单跳时更多的中间时间。路由信号和信息流控制信号也被发送多次，使得副作用更严重。具体地，在具有多个终端以及信令信息（控制信号）更可能支配传输的实际信息（数据）的MTC中，这个问题尤其严重。

另外，因为在网格拓扑中，路径中的终端（图3B中的终端B、D与E）需要接收和发射不是源自自身的数据和信令，所以它们需要消耗比只发射源自自身的数据的单跳网络更多的能量。可在中继拓扑或者在使用网关时观察到这些相同的问题（媒介的过度使用）。

因此，应理解，MTC的主要特性之一是终端预期具有极低的功耗。实现这的一个有效方式是限制MTC终端的传输范围，以及使用中继或者网格拓扑来将信息从MTC终端多跳至基站。

然而，从上述讨论还应理解，中继和网格拓扑的自身缺点是，每个中继和网格结构需要具有分布调度和路由能力以便以多跳的方式传送信息，这给这些终端带来了复杂性。此外，调度消息也需要多跳，这导致媒介的低效率使用。

在US2008/0285499中描述了仅进行单跳中继的上行链路。在这种情况下的移动终端不知道中继节点，即，不知道到其上行链路数据由中继节点转发。该透明操作的一个特性是中继节点只向基站（eNB）发射，而从不像移动终端发射（UE）。这产生一些问题。例如，这种布置不能作用于3GPP中标准化的类别中的中继类型1。此外，不能提高每个链路自动重发请求（ARQ）。不能补偿由两跳或多跳引起的额外上行链路中继。还不能测量在个别多跳链路之间的下行链路信道质量。

发明内容

根据本发明提供了一种无线通信系统，包括：

基站；

多个中间设备；

终端设备；其中，

基站可操作以将下行链路信号无线发射至终端设备，下行链路信号包络：终端控制信号，识别中间设备之一作为目标设备，终端设备将预定到基站的上行连信号引导至目标设备；以及

终端设备可操作以将上行链路信号经由由终端控制信号识别的中间设备无线发射至基站。

这样，被设置为直接地从基站至终端设备的下行链路通信包括指示发送上行链路数据的终端设备的控制信号。这使得基站直接控制上行链路通信的调度，具体地，限定从终端设备经由一个或多个中间设备至基站的上行链路路由。优选地，基站可操作以无线地直接发射下行链路信号至终端设备。因为不需要在基站节省能量，所说在下行链路上基站和终端设备之间直接地通信没有问题。在上行链路上的终端设备节省的能量由于可以使用低功耗传输，虽然该能量不足以使信心到达基站，但能够到达中间设备。终端设备无需自行确定上行链路路由，因此不需要复杂、昂贵以及功耗控制逻辑的终端设备。

换言之，为了减轻在上述背景中陈述的冲突要求，提出一种使用中继或者网格拓扑用于上行链路传输以在MTC终端节省能量，而在其中基站存在充足的传输能量的下行链路中使用传统的星形拓扑的方法。

基站可被操作为将中间控制信号无线发射至中间设备，经由中间设备路由上行链路信号，中间控制信号指示另一个中间设备或者基站作为目标设备，中间设备将上行链路信号引导至目标设备。在这种情况下，中间设备可操作以无线发射上行链路信号至由中间控制信号识别的中间设备或者基站。这样，基站直接选在在终端设备和基站之间的链中所有无线电链路。

基站可操作位无线发射至中间设备一个需要接收上行链路信号的指示。该指示可指定中间设备能够预期将要由终端设备或者另一个中间设备发射的上行链路信号的无线电资源。这可允许接收中间设备切换至“中继”模式（例如，从冬眠模式）并解码来自校正无线电资源的信息。

在经由多于一个的中间设备路由上行链路信号时，基站可被操作为无线发射中间控制信号经由路由的上行链路信号至第一中间设备，中间控制信号指示第二中间设备作为第一中间设备将上行链路信号引导至的目标设备。在这种情况下，第一中间设备科可操作以无线发射上行链路信号至由中间控制信号识别的第二中间设备。

终端控制信号可包括具有多于一个的地址段（address field，地址字段）的调度信息，地址段包括：识别终端设备的发射机地址段和识别经由其发射上行链路信号的中间设备的接收机地址段。中间控制信号也可包括具有多于一个地址段的调度信息，该地址段包括：识别第一中间设备的发射机地址段和识别第二中间设备的接收机地址段。地址段可以是由基站广播的物理下行链路控制信道（PDCCH）上指定的无线网络临时标识（RNTI）。无需在发送至基站从其直接接收上行链路信号的中间设备的调度信息中提供两个地址段。这是因为可以认为暗含，在不存在第二地址中的上行链路数据将被发射至提供有调度信息的基站。

中间设备可被操作为产生相应的预定的信标信号。然后，终端设备从中间设备接收信标信号并且使用所接收的信标信号在终端设备和中间设备之间产生相应的无线电链路质量的度量。然后，终端设备在上行链路信号内将无线电链路质量的度量发射至基站。终端设备可从多个中间设备接收信标信号，并且针对在终端设备和从其接收了信标信号的中间设备之间的每个无线电链路，使用所接收的信标信号产生相应的无线电链路质量的度量。此外，然后，终端设备可发射相应的无线电链路质量的度量至无线电链路信号内的基站。然后，基站可根据所接收的无线电链路质量的度量确定从终端设备经由一个或多个中间设备至基站的传输路由。

一个或多个基站、中间设备和终端设备可被操作为产生相应的预定的信标信号。另外的一个或多个基站、中间设备和终端设备接收信标信号并使用所接收的信标信号产生对应于经由其发射了信标信号的无线电链路的无线电链路质量的度量。然后，另外的一个或多个基站、中间设备、终端设备可将无线电链路质量的度量发射至上行链路信号内的基站，因此，基站可基于无线电链路质量的度量能够确定从终端设备经由一个或多个中间设备至基站的传输路由。

这样，网络内的各种设备能够发现邻近设备和与这些邻近设备一起的无线电链路的质量。基站能够接收所有这些信息以确定通过网络的合适的路由用于上行链路数据。应理解，无需所有的设备发射信标信号，具体地，某系无线电链路在固定的地理位置。

控制信号可包括调度信息，调度信息指定一个或多个传输功率、数据速率、传输频率、传输时隙和资源块数用于上行链路信号。调度信息可由基于针对每个无线电链路报告的无线电链路质量测量的每个无线电链路的基站设置。

基站可广播在其上发射每个信标信号的无线电资源的指示。

来自终端设备的上行链路信号可包括指示在终端设备和邻近设备之间的无线电链路质量的上行链路控制信号。然后，基站可根据所接收的上行链路控制信号设置从终端设备经由一个或多个中间设备至基站的无线电链路和用于控制在下行链路路由中来自每个设备的数据的传输的传输控制参数。

在一个实施方式中，中间设备产生相应的预定的信标信号。终端设备从中间设备接收信标信号并使用所接收的信标信号产生在终端设备和中间设备之间的相应的无线电链路质量的度量。然后，终端设备将无线电链路质量的度量发射至中间设备。然后，中间设备可中继无线电链路质量至基站。

在实施方式中，响应于经由一个或多个中间设备从终端设备接收上行链路数据，基站被配置为发射第一确认消息至已从其直接接收上行链路信号的中间设备，以及直接发射第二确认消息至终端设备。已经从其直接接收上行链路信号的中间设备保留上行链路信号直到在中间设备接收到第一确认消息，以及终端设备保留上行链路信号直到在终端设备接收到第二确认消息。

基站可基于经由其上行链路数据从终端设备路由至基站的中间设备的数目确定针对上行链路数据传输的延迟预算。基站可使用所确定的延迟预算设置超时长间，在超时长间之后，从终端设备发射至基站的上行链路信号可假定为丢失。中间设备可专用于中继、其他的终端设备或者两者的组合（即，一些中间设备可专用于中继，而其他的中间设备可用于终端设备）。发射上行链路信号至基站的终端设备在一些实施方式中可用作关于从另一个终端设备至基站的上行链路通信的中间设备。

终端设备可以是机器类型通信（MTC）设备。下行链路信号可包括数据信号。

根据本发明的另一个方面，提供一种在无线通信系统中经由一个或多个中间设备与终端设备进行无线通信数据的基站，该基站包括：

发射机，被配置为将下行链路信号无线发射至终端设备，下行链路信号包括控制信号，控制信号指示中间设备之一作为目标设备，终端设备将预定到基站的上行链路信号引导至目标设备；以及

接收机，被配置为经由由控制信号指示的中间设备接收从终端设备发射的上行链路信号。

根据本发明的另一个方面，提供一种在无线通信系统中，经由一个或多个中间设备与基站进行无线通信数据的终端设备，终端设备包括：

接收机被配置为无线接收来自基站的下行链路信号，下行链路信号包络：终端控制信号，指示中间设备之一作为目标设备，基站将预定到终端设备的下行链路信号引导至目标设备；以及

发射机，被配置为经由由终端控制信号指示的中间设备无线发射上行链路信号至基站。

根据本发明的另一个方面，提供一种在无线通信系统中用于无线地中继在基站和终端设备之间的数据的中间设备，该中间设备包括：

接收机，被配置为

从基站无线地接收中间控制信号，中间控制信号指示另一个中间设备或基站作为目标设备，中间设备将预定到基站的上行链路信号引导至目标设备。

从终端设备或者从另一个中间设备无线地接收目的在于基站的上行链路信号；以及

发射机，被配置为无线发射所接收的上行链路信号至由终端控制信号指示的中间设备或者基站。

根据本发明的另一个方面，提供一种经由一个或多个中间设备在基站或者终端设备之间无线通信数据的方法，包括：

从基站无线发射下行链路至终端设备，下行链路信号包括终端控制信号，该终端控制信号指示中间设备之一作为目标设备，终端设备将预定到基站的上行链路信引导至目标设备；以及

从终端设备无线发射上行链路信号经由由终端控制信号指示的中间设备至基站。

根据本发明的里一个方面，提供在无线通信系统中经由一个或多个中间设备在基站和终端设备之间无线通信数据的方法，包括：

从基站将下行链路信号无线发射至终端设备，下行链路信号包括：终端控制信号，指示中间设备之一为目标设备，终端设备将预定到基站的上行链路信号引导至目标设备。

在终端设备接收经由由终端控制信号指示的中间设备从终端设备发射的上行链路信号。

根据本发明的另一个方面，提供一种在无线通信系统中经由一个或多个中间设备在终端设备和基站之间的无线通信数据的方法，包括：

在终端设备无线地接收来自基站的下行链路信号，下行链路信号包括：终端控制信号，指示中间设备之一为目标设备，终端设备将预定到基站的上行链路信号引导至目标设备；以及

根据本发明的另一个方面，提供在无线通信系统中在基站和终端设备之间无线中继数据的方法，包括：

在中间设备无线接收来自基站的中间控制信号，中间控制信号指示另一个中间设备或者基站作为目标设备，中间设备将预定到基站的上行链路信号引导至目标设备；

在中间设备无线地接收来自终端设备或者另一个中间设备的目的在于基站的上行链路信号；以及

无线发射所接收的上行链路信号至由中间控制信指示的中间设备或者基站。

也设想了用于实现本发明的计算机程序和记录介质。

根据本发明的又一方面，提供无线通信系统，包括：

基站；以及

多个终端设备；其中，

基站可操作以直接地无线发射下行链路信号至终端设备中的第一个终端设备；以及

第一终端设备可操作以无线发射下行链路信号经由终端设备中的第二个终端设备至基站。

这样，可提供不对称的上行链路/下行链路网格网络。也设想对应的基站、终端设备和方法。

本发明特征的进一步方面在所附权利要求中限定。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的示例实施方式，其中，相同部分具有相同的指定参考，其中：

图1示意性地示出了具有多个可能的传输路由的网格网络；

图2示意性地示出了网格网络中的“隐藏节点”问题；

图3A和图3B提供了在单跳和多跳传输中的资源消耗的比较；

图4A和图4B提供了在对称上行链路/下行链路多跳信令场景与不对称上行链路/下行链路信令场景之间的比较；

图5A和图5B提供了在图4A和图4B分别示出的两个场景的资源消耗的比较；

图6A和图6B提供了对称上行链路/下行链路多跳信令场景与不对称上行链路/下行链路信令场景在应用于中继网络时的比较；

图7是形成根据3GPP长期演进（LTE）标准操作的通信系统的移动通信网络和移动通信设备的示意框图；

图8示意性地示出了用于图7示出的网络中的示例下行链路数据和控制信道结构；

图9示意性地示出了用于图7示出的网络中的示例上行链路数据和控制信道结构；

图10示意性地示出了用于发射和接收信标信号，并根据结果分配上行链路资源的示例信号流；

图11示意性地示出了使用下行链路控制和数据信道来控制来自网络上的各种设备的信标信号的传输；

图12示意性地示出了用于设置上行链路数据转移路由并作为响应提供上行链路数据的示例信号流；

图13示意性地示出了用于分配上行链路资源并响应于该分配提供上行链路数据的示例信号流；

图14示意性地示出了针对中继网络中的路由信息和数据的示例信号流；

图15示意性地示出了针对多跳确认（ACK）程序的示例信号流；

图16A至图16I示意性地示出了建立多跳上行链路的示例方法；以及

图17是示出在上行链路/下行链路上不对称地通信数据中有关的几个步骤的示意流程图。

具体实施方式

首先参考图4A和图4B，它们提供在对称上行链路/下行链路多跳信令场景和不对称上行链路/下行链路信令场景之间的比较。图4A示出了对称上行链路/下行链路的示例，其中通信在从基站1a经由中间设备2a和中间设备3a至终端设备4a的下行链路5a上还有在从终端设备4a经由中间设备2a和中间设备3a至基站1a的上行链路6a上都是多跳的。图4B示出不对称上行链路/下行链路示例，其中通信在从基站1b至终端设备4b的下行链路上直接进行，但在从终端设备4b经由中间设备2b和中间设备3b至基站1b的上行链路6b上是多跳的。

现在参考图5A和图5B，不对称上行链路/下行链路场景对资源消耗和传输时间/媒介时间（在正在使用无线电链路传送信令和/或数据的时间）的影响变得明显。正如以上讨论，多跳允许使用较低功率传输，但提高了传输时间和媒介时间。图5A示出由于在路由中的每个中间步骤的接收和再传输的处理延迟，控制信号和数据信号两者的多跳（如在图4A中进行的）是如何花费相对长的时间来传送的。相反，图5B示出如何通过以单跳发射控制信号，来减少与从基站（BS）至终端发送的控制信号有关的传输时间/媒介时间。虽然表面上看它违反了网格/中继型网络的低传输功率目标，但实际上，基站将不受与网络中的终端设备和中继相同的传输功率的限制。此外，由于与通常用于MTC设备的数据信令相比的相对高容量的控制信号，这种布置尤其对MTC设备是有利。

下面参考图6A和图6B，提供了对称上行链路/下行链路多跳信令场景和不对称上行链路/下行链路信令场景在应用于中继网络时的比较。图6A示出了同步上行链路/下行链路的情况，其中，通信在从基站7a经由中继节点8a至几个终端设备9a的下行链路10a上还有在从终端设备9a经由中继节点8a至基站7a的上行链路11a上是多跳。图6B示出不对称上行链路/下行链路示例，其中，通信在从基站7b至终端设备9b的下行链路上直接进行，而在从终端设备9b经由中继节点8b至基站7b的上行链路上是多跳。应理解，图6B的不对称上行链路/下行链路中继配置将具有与图4B的不对称上行链路/下行链路网格网络配置相似的益处。实际上，网格网络的中间设备在功能上与中继对应。两种布置之间的典型不同可在于，中继将不生成数据，可具有更高的传输功率能力，并且可以是静态（不移动）或者半静态（例如，固定在列车上的位置）的。

现在将参照使用根据3GPP长期演进（LTE）标准操作的移动通信网络的实现来描述本发明的某些实施方式。图7是形成根据3GPP长期演进（LTE）标准操作的通信系统的移动通信网络和移动通信设备的示意框图。移动网络包括本领域熟知的多个基站，如增强的节点B101（eNB），每个增强的节点B101包括收发机单元103，使得能够经由无线电接口向和从多个移动通信设备105通信数据。每个移动通信设备105包括向和从eNB通信数据的收发机和唯一识别移动通信设备的USIM。

每个eNB提供覆盖区域（即，小区）和并且在覆盖区域/小区内向和从移动通信设备105通信数据。如本领域所众所周知的，每个eNB101连接至向和从eNB101路由用户数据的服务网关（S-GW）并在移动通信设备在eNB101之间切换时支持移动性。

移动网络一般被分成多个跟踪区域，每个跟踪区域包括多个eNB。跟踪区域一起形成在地理区域上提供对公共陆地移动网络（PLMN）的访问的网络覆盖区域。S-GW104连接至包数据网络网关（P-GW）106，包数据从包数据网络网关106路由进并路由出网络。移动电信网络还包括连接至S-GW104和eNB101的移动管理实体（MME）。MME107通过检索存储在归属用户服务器108（HHS）中的用户资料信息，来负责认证试图访问网络的移动通信设备105。MME107也追踪已加入网络的每个移动通信设备105的位置。eNB组合在一起形成PLMN的无线电网络的一部分和PLMN的基础设备，即，S-GW、MME和P-GW形成PLMN的核心网络部分。

图8示意性地示出了在图7的基于LTE的网络中使用的示例下行链路数据和控制信道结构。根据LTE标准，物理下行链路帧用于在下行链路上（基站至终端设备）通信控制信令和数据。图8是其稍微简化的形式，例如，LTE帧通常包括10个子帧，但图8的下行链路帧仅表示了6个子帧130。在图8中的LTE帧120的表示下方是子帧130之一的扩展版本。在每一个帧130中，示出占据资源区内的一些时间和频率资源的物理下行链路控制信道（PDCCH）140，该资源区跨整个频带（竖直）伸展并且在时间轴上（水平）跨1至3个符号伸展，其中时间和频率资源通常基于随机或者伪随机算法分布该区内。相反，物理下行共享信道由经由PDCCH分配的多个时间和频率资源组成。实际上，PDCCH将资源分配和相应的地址信息（例如，无线网络临时标识-RNTI）提供给移动通信设备。因此，移动通信设备能够基于RNTI，知道其应当解码哪些资源分配从而接收预定到（定址到）它的数据。数据可以是仅针对该移动通信设备的数据或者针对小区内所有移动通信设备的数据。在图8中，突出两个资源块162、164。它们可通过在与特定的终端设备的RNTI相关联的PDCCH中提供的控制信息来分配至该特定的终端设备。然后，终端设备将知道解码在该频率/符号分配中发射的数据。

以相似方式，图9示意性地示出了在图7中示出的网络中使用的示例上行链路数据和控制信道结构。如同上行链路侧，物理上行链路帧220用于在上行链路上（终端设备至基站）通信控制信令和数据。此外，如同图8，图9是其简化。在图9中，物理上行链路帧220被分成子帧230。在图8中的LTE帧220的表示下方是子帧230之一的扩展版本。在每个子帧230中，示出占据在两个资源区内的一些时间和频率资源的物理上行链路控制信道（PDCCH）240，这两个资源区跨整个时间（符号）带（水平）伸展并且跨频带（垂直）的上极限和下极限的一部分伸展。相反，物理上行链路共享信道（PUSCH）250由经由PDCCH（在下行链路帧中）分配的多个时间和频率资源组成。因此，PDCCH将资源分配和相应的地址信息（例如，无线电网络临时标识——RNTI）提供给移动通信设备以发射和接收控制信令和数据。因此，移动通信设备能够基于RNTI知道其应该在哪些资源分配上发射数据。在图9中，突出两个资源块262、264。它们可通过在与特定的终端设备的RNTI相关联的PDCCH中提供的控制信息来分配至该特定的终端设备。然后，该终端设备将知道使用该频率/符号分配来发射数据。

在多跳网络配置中，希望能够选择通信数据的最佳路由。在一些情况中，该路由可以是具有最清楚的信道条件（最高质量的无线电链路）的路由，而在其它情况下，该路由可以是具有适当的信道条件但具有较少数量的跳的路由。例如，需要更高可靠度的数据通信可优选高质量信道条件，而需要低延迟（传输延迟）的数据通信可优选限制传输中的中间级的数量。此外，无线电链路的质量可影响将被分配给传输的时间/频率资源（例如，PUSCH中的资源块数），或者应使用的编码类型/编码率和传输功率。为了实现这些，测量每个无线电链路的质量并报告回基站。

图10示意性地示出了用于发射和接收信标信号并根据结果分配上行链路资源的示例信号流。在图10中，每个基站（eNB）以及第一和第二中继节点（RN1、RN2）发射预定的信标（基准）信号。来自eNB的基准信号由第一中继节点RN1接收、测量并将信道质量信息（CQI）反馈至eNB。来自第一中继节点RN1的基准信号由第二中继节点RN2接收、测量并将信道质量信息（CQI）经由第一中继节点RN1反馈至eNB。最终，来自第二中继节点RN2的基准信号由终端设备（UE）接收、测量并将信道质量信息（CQI）经由第二中继节点RN2和第一中继节点RN1反馈至eNB。信道质量信息如同PUCCH中的控制信令一样可被发射给基站。然后，在基站接收的信道质量信息用于分配相应的无线电链路的上行链路授权。如从图10可看出，然后，相应的上行链路授权（如同在PDCCH中的控制信令）直接发射至相应的中继节点和终端设备。这样，可调整针对路由的每跳的上行链路授权以补偿在每跳的信道条件。

应理解，相同的原理可应用于至少一些终端设备用作关于其他设备的中继的网格网络。

图11示意性地示出使用下行链路控制和数据信道以控制来自网络上的各种设备的信标信号的传输。具体地，设置在子帧330的PDCCH340内的控制信令指示将要发射相应的信标信号的PDSCH350内的无线电资源（信标传输资源块）360。这样，基站能够以这种方式调度信标发射，使得网络设备知道什么时候发射它们的信标信号，并且可选地，知道什么时候从邻近设备接收信标信号。基于具有预定的传输功率的信标信号，接收设备能够计算每个所接收信号的接收功率，并且以在PUCCH上携带的上行链路控制信号的形式将其通信至基站。

一旦基站已确定来自终端装置的上行链路数据合适的路由，它就发射路由信息至所确定的路由上的终端设备和任何中间设备。路由信息可由使用PDCCH的基站广播。图12示意性地示出了作为响应沿着指定路由发射路由信息和接收上行链路数据的示例信号流。如可从图12看出的，发射（可能并行地）三组路由信息，经由PDCCH至第一中继节点（RT1）、第二中继节点（RT2）和终端设备（UE）。在下行链路上不需要多跳。第一组路由信息（RN1->eNB）被指引至第一中继节点RN1并指示第一中继节点RN1与eNB直接通信。第二组路由信息（RN2->RN1）被指引至第二中继节点RN2并指示第二中继节点RN2与第一中继节点RN1直接通信。第三组路由信息（UE->RN2）被指引至移动终端（UE）并指示移动终端与第二中继节点RN2直接通信。

然后，在移动终端发射数据至基站时，它遵循由第三组路由信息提供的指示并将数据引导至第二中继节点RN2。然后，第二中继节点RN2遵循由第二组路由信息提供的指示并将数据引导至第一中继节点RN1。然后，第一中继节点RN1遵循由第一组路由信息提供的指示并将数据引导至基站。这样，基站能够控制通过网络的上行链路数据的路由。路由信息可利用两个地址：发射机的地址（以便发射机知道它是路由信息的预定接收者），以及接收机的地址（以便发射机知道将数据发送至哪里）。在PDCCH上广播路由信息的情况下，接收机地址也可有益于接收机自身知道预期来自发射机的发射。该地址可以是用于识别LTE网络环境中的各种设备（包括基站、中继和终端设备）的无线电网络临时标识（RNTI）。

图13示意性地示出了用于设置和调度与选择的无线电链路有关的上行链路授权并响应于该分配来提供上行链路数据的示例信号流。上行链路授权可被广播至PDCCH上的第一中继节点RN1、第二中继节点RN2和移动终端（UE）中的每一个（以及事实上网络范围内的任何其他设备），但单独定址到这些设备。在下行链路上无需多跳。作为响应，终端设备（UE）使用分配的无线电资源发射上行链路数据至第二中继节点RN2（如同图12中的第三路由信息所需要的）。一旦收到，第二中继节点RN2使用分配的无线电资源中继所接收的数据至第一中继节点（如同图12中的第二路由信息所需要的）。一旦收到，第一中继节点RN1使用分配的无线电资源中继所接收的数据至基站（如同图12中的第一路由信息所需要的）。这样，基站基于每个无线电链路来分配无线电资源。应理解，在基站在一个步骤中提供路由信息和上行链路授权的情况下，可将图12和图13的信令合并。

图14示意性地示出中继网络中的路由信息的示例信号流。图14应结合图12来阅读。在图14中，提供了基站（eNB）410。基站410在下行链路上将路由信息发射至第一中继节点RN1420、第二中继节点RN2430和移动终端（UE）440中的每一个。这些设备对应于上述关于图12讨论的第一中继节点、第二中继节点和基站。在本情况下，基站410被假定为使先前确定的从终端设备至基站的合适路由经由串联的第二中继节点430和第一中继节点420。可从图14看出，基站可通过在下行链路上将路由信息发射至移动终端440、第一中继节点RN1420和第二中继节点RN2430中的每一个来设置该路由。在上行链路侧，根据相应的路由信息从移动终端440至第二中继节点430、从第二中继节点430至第一中继节点420以及从第一中继节点420至基站410以多跳方式发射数据。

图15示意性地示出了多跳确认（ACK）过程的示例信号流。图15应该结合图14考虑。在发射设备发射数据至接收设备时，它希望接收来自接收设备指示所发射的数据已到达的确认信号。如果没有接收到确认信号，那么发射设备希望重发数据（自动重复请求——ARQ）。多跳路由场景的问题是不易加强每个无线电链路确认。在图15中，在移动终端（UE）发射上行链路数据至第二中继节点RN2时，它可以希望第二中继节点以每个链路的ACK回应，这不能保证数据将到达它的最终目的地基站。然后，路由中随后的跳跃可对移动终端全部不可见，而此外的每个链路的ACK只发射给每一级将提供上行链路数据的设备。这些此外的每个链路的ACK起到的有用功能是，如果没有收到它们，那么例如可以从第一或者第二中继节点进行重新发射。为了终端设备能够知道基站接收到上行链路数据，基站发射两个ACK消息。ACK消息之一被发射至第一中继节点以便第一中继节点知道已成功传输上行链路数据。然后，因为不需要重新发射，所以第一中继节点可抛弃上行链路数据。另一个ACK消息被直接传输至终端设备。因此，终端设备知道上行链路数据已到达它的最终目的地基站，然后，可抛弃上行链路数据。到此为止存在的风险是，即使已经从第二中继节点RN2接收ACK消息，该上行链路数据也可沿着到基站的路由而另外地丢失。如果移动终端在相应的特定时长内既没接收到每个链路的ACK又没接收到最终ACK，那么它将决定再发射上行链路数据。

换言之，为了减轻自动重发请求的问题，基站针对一个接收到的数据消息发送两个确认消息；朝向该数据消息的发射机（中继节点）的每个链路的ACK和朝向数据消息的源（末端UE）的进一步的ACK。

还应当注意，基站可基于上行链路数据传输从终端设备至基站路由经过的中间设备数确定上行链路数据传输的延迟预算。基站可使用所确定的延迟预算设置从终端设备发射至基站的上行链路信号可被假定丢失的超时时长。该超时时长可在控制信令中通信至终端设备，并且使得终端设备能够确定在重新发射上行链路数据之前等待ACK消息多长时间。

图16A至图16I示意性地示出了使用信标信号建立多跳上行链路的示例方法。本部分通过示例场景描述建立上行多跳链路的一个示例方法，但应理解，其他的方法也将是可行的。该方法关于网格网络来描述，但也适用于以专用中继设备替代某些UE设备的中继网络。

首先参考图16A，终端设备UE A530在上行链路中经由终端设备UE B520连接至基站eNB510。终端设备UE B520直接连接至基站eNB510。终端设备UE A530具有由圆圈535表示的信标传输范围。新终端设备UE C540进入UE A的无线电（信标）范围。

下面参考图16B，想要连接至网络的终端设备UE C540将至少在预定的信标间隔内持续收听。以听取附近是否有任意终端设备。由于终端设备UE C540已进入终端设备UEA530的无线电射程535，它将听取由终端设备UE A530发射的信标。

如果终端设备UE C540听取多于一个的信标，那么它将测量这些所接收的信标的功率电平以确定最强信号和存储最强发射终端设备，因为其可被假定为适合连接的最近终端设备。

接着参考图16C，一旦终端设备UE C540接收到从终端设备UE A530发送的信标，它将连接请求发送回终端设备UE A530。如果终端设备UE C540听取多于一个信标，它将连接请求发送回假定最近的终端设备。终端设备UE A530和B540会将该请求转发至管理路由的基站eNB510。

接着参考图16D，一旦接收到该请求，基站eNB510会将连接授权消息直接发送至终端设备UE C540。每当终端设备UE C540有内容发送时，连接授权将指示终端设备UE C540连接至终端设备UE A530。

图16E假定具有无线电信标范围555的另一个终端设备UE D550漫游到终端设备UEC540的信标范围内。

在图16F中，做出所有终端设备以特定间隔发送信标的假设。最终，终端设备UEC540将听取从终端设备UE D550发送的信标并将注意到终端设备UE D550已进入它的无线电射程。

参考图16G，一旦接收到信标，终端设备UE C540将报告这一事实并指示通过已建立的上行链路至基站eNB510的信号强度。

参考图16H，在接收到信标报告之后，基站eNB510将确定是否必须改变上行链路路由。可根据所报告的在移动终端之间的信号强度或者通过在终端设备UE C540和基站eNB510之间的跳数来做出决定。

参考图16I，因为在基站eNB510与终端设备UE C540之间的目前路由的跳数是3跳，以及通过终端设备UE D550的跳数是2跳，从而基站eNB510指示终端设备UE C540再路由连接终端设备UE D550以减少跳数。减少跳数有益于低延迟和开销。

通过以参考图16A至图16I描述的方法操作，路由可由基站完全管理，使得能够降低移动终端的复杂性。

图17示出了关于在不对称上行链路/下行链路上的通信数据的几个步骤的示意流程图。具体地，在步骤S1，终端建立至网络的连接。例如，该步骤可使用关于图16A至图16D描述的方法实现。然后，在步骤S2，获得关于在网络中设备之间可获得的无线电链路的信道质量信息并将其通信至基站，例如，该步骤可使用关于图16E至图16G描述的方法实现。在步骤S3，基站基于所接收的信道质量信息设置调度信息（例如，路由信息和上行链路授权）。例如，该步骤可使用关于图16H描述的方法实现。在步骤S4，基站直接地将调度信息发射至网络设备。例如，该步骤可使用关于图12至图14、图16G和图16I描述的方法实现。在步骤S5，上行链路数据根据调度信息以多跳方式被发射至基站。例如，该步骤可使用关于图12至图14描述的方法实现。在步骤S6，执行两部分确认（ACK）程序以通知终端设备上行链路数据已经在基站成功地接收。例如，该步骤可使用关于图15描述的方法实现。最终，在步骤S7完成通信。

Claims

1.一种无线通信系统，包括：

基站；

多个中间设备；以及

终端设备；其中，

所述基站可操作以将下行链路信号无线发射至所述终端设备，所述下行链路信号包括将第一中间设备识别为目标设备的终端控制信号，所述终端设备将预定到所述基站的上行链路信号引导至所述目标设备；以及

所述终端设备可操作以将所述上行链路信号经由由所述终端控制信号识别的所述第一中间设备无线发射至所述基站；

其中，当上行链路信号待经由一个以上中间设备路由时，所述基站被配置为无线发射中间控制信号至待路由所述上行链路信号的第一中间设备，所述中间控制信号指示将第二中间设备作为目标设备，所述第一中间设备向所述目标设备引导所述上行链路信号；

其中，所述第一中间设备被配置为无线发射所述上行链路信号至由所述中间控制信号识别的所述第二中间设备。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，

所述基站可操作以将要求接收所述上行链路信号的指示无线发射至所述中间设备。

3.根据权利要求2所述的无线通信系统，其中，

所述指示指定无线电资源，所述中间设备能够预期所述上行链路信号将由所述终端设备或者另一个中间设备在所述无线电资源发射至所述中间设备。

4.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，

在经由多于一个的中间设备路由所述上行链路信号时，所述基站可操作以将中间控制信号无线发射至所述上行链路信号经其路由的第一中间设备，所述中间控制信号指示作为所述第一中间设备将所述上行链路信号向其引导的目标设备的第二中间设备；以及

第一中间设备可操作以将所述上行链路信号无线发射至由所述中间控制信号识别的所述第二中间设备。

5.根据前述的任一权利要求所述的无线通信系统，其中，

所述终端控制信号包括具有多于一个地址段的调度信息，所述地址段包括识别所述终端设备的发射机地址段和识别发射所述上行链路信号所经过的所述中间设备的接收机地址段。

6.根据权利要求5所述的无线通信系统，其中，

所述中间控制信号包括具有多于一个地址段的调度信息，所述地址段包括识别所述中间设备的发射机地址段和识别所述中间设备将预定到所述基站的上行链路信号向其引导的设备的接收机地址段。

7.根据权利要求4所述的无线通信系统，其中，

所述中间控制信号包括具有多于一个地址段的调度信息，所述地址段包括识别第一中间设备的发射机地址段和识别所述第二中间设备的接收机地址段。

8.根据权利要求5所述的无线通信系统，其中，所述地址段是由所述基站广播的在物理下行控制信道(PDCCH)上指定的无线网络临时标识(RTI)。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的无线通信系统，其中，

所述中间设备可操作以产生相应预定的信标信号；

所述终端设备可操作以从中间设备接收信标信号并使用所接收的信标信号产生在所述终端设备和所述中间设备之间的无线电链路质量的相应度量；以及

所述终端设备可操作以将无线电链路质量的所述度量在所述上行链路信号内发射至所述基站。

10.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中，

所述终端设备可操作以从多个中间设备接收所述信标信号，并针对在所述终端设备与所述多个中间设备中的从其接收到信标信号的一个中间设备之间的每个无线电链路，使用所接收的信标信号产生所述无线电链路质量的相应度量；以及

所述终端设备可操作以将无线电链路质量的所述相应度量在所述上行链路信号内发射至所述基站。

11.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中，所述基站可操作以根据所接收的无线电链路质量的所述度量确定从所述终端设备经由一个或多个所述中间设备至所述基站的传输路由。

12.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中，

所述基站、所述多个中间设备和所述终端设备中的一个或多个可操作以产生相应预定的信标信号；

所述基站、所述多个中间设备和所述终端设备中的另外一个或多个可操作以接收所述信标信号，并使用所接收的信标信号产生与发射所述信标信号所经过的所述无线电链路对应的所述无线电链路质量的相应度量；

所述基站、所述多个中间设备和所述终端设备中的所述另外一个或多个可操作以将无线电链路质量的所述度量在所述上行链路信号内发射至所述基站；以及

所述基站可操作以根据无线电链路质量的所述度量确定从所述终端设备经由一个或多个所述中间设备至所述基站的传输路由。

13.根据权利要求9所述的无线通信系统，其中，所述中间控制信号包括调度信息，所述调度信息指定所述上行链路信号的传输功率、数据速率、传输频率、传输时隙和资源块数中的一个或多个。

14.根据权利要求13所述的无线通信系统，其中，所述调度信息由所述基站针对每个无线电链路基于针对每个无线电链路报告的无线电链路质量度量来设置。

15.根据权利要求3所述的无线通信系统，其中，所述基站广播经其发射每个信标信号的所述无线电资源的指示。

16.根据权利要求1至4中任一项所述的无线通信系统，其中，

来自所述终端设备的所述上行链路信号包括指示在所述终端设备和邻近设备之间的无线电链路质量的上行链路控制信号；以及所述基站根据所接收的上行链路控制信号设置从所述终端设备经由一个或多个所述中间设备至所述基站的一个或多个上行链路路由和用于控制在所述上行链路路由中的来自每个设备的数据传输的传输控制参数。

17.根据权利要求1至4中任一项所述的无线通信系统，其中，

所述中间设备可操作以产生相应预定的信标信号；

所述终端设备可操作以从中间设备接收信标信号并使用所接收的信标信号产生在所述终端设备和所述中间设备之间的所述无线电链路质量的相应测量；

所述终端设备可操作以将无线电链路质量的度量发射至所述中间设备；以及

所述中间设备可操作以将无线电链路质量的所述度量中继至所述基站。

18.根据权利要求1至4中任一项所述的无线通信系统，其中，

响应于经由一个或多个中间设备从所述终端设备接收上行链路数据信号，所述基站被配置为将第一确认消息发射至从其直接接收到所述上行链路信号的中间设备，并且将第二确认消息直接发射至所述终端设备。

19.根据权利要求18所述的无线通信系统，其中，

从其直接接收到所述上行链路信号的中间设备保留所述上行链路信号直到在所述中间设备接收到所述第一确认消息；以及

所述终端设备保留所述上行链路信号直到在所述终端设备接收到所述第二确认消息。

20.根据权利要求1至4中任一项所述的无线通信系统，其中，所述基站基于从所述终端设备至所述基站的上行链路数据传输将要路由经过的中间设备的数目来确定所述上行链路数据传输的延迟预算。

21.根据权利要求20所述的无线通信系统，其中，所述基站可操作以根据所确定的延迟预算来设置超时时长，在所述超时时长之后从所述终端设备发射至所述基站的上行链路信号能够被假定为丢失。

22.根据权利要求1至4中任一项所述的无线通信系统，其中，所述中间设备中的至少一个是中继设备。

23.根据权利要求1至4中任一项所述的无线通信系统，其中，所述中间设备中的至少一个是另一个终端设备。

24.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，所述终端设备用作与从另一个终端设备至所述基站的上行链路通信有关的中间设备。

25.根据权利要求1至4中任一项所述的无线通信系统，其中，所述终端设备是机器类型通信(MTC)设备。

26.根据权利要求1至4中任一项所述的无线通信系统，其中，所述下行链路信号包括数据信号。

27.一种用于在无线通信系统中经由一个或多个中间设备向和从终端设备无线通信数据的基站，包括：

发射机，被配置为将下行链路信号无线发射至所述终端设备，所述下行链路信号包括将第一中间设备指示为目标设备的终端控制信号，所述终端设备将预定到所述基站的上行链路信号引导至所述目标设备；以及

接收机，被配置为接收经由由所述终端控制信号指示的所述第一中间设备从所述终端设备发射的上行链路信号；

28.一种经由多个中间设备中的一个或多个在基站和终端设备之间无线通信数据的方法，包括：

将下行链路信号从所述基站无线发射至所述终端设备，所述下行链路信号包括将第一中间设备指示为目标设备的终端控制信号，所述终端设备将预定到所述基站的上行链路信号引导至所述目标设备；以及

将所述上行链路信号从所述终端设备经由由所述终端控制信号指示的所述第一中间设备无线发射至所述基站；

29.根据权利要求28所述的无线通信数据的方法，包括：

在所述多个中间设备产生相应预定的信标信号；

在所述终端设备从中间设备接收信标信号并使用所接收的信标信号产生在所述终端设备和所述中间设备之间的无线电链路质量的相应度量；以及

在所述上行链路信号内将无线电链路质量的所述度量从所述终端设备发射至所述基站。

30.根据权利要求29所述的无线通信数据的方法，包括：

在所述基站根据所接收的无线电链路质量的度量确定从所述终端设备经由一个或多个所述中间设备至所述基站的传输路由。

31.根据权利要求28所述的无线通信数据的方法，包括响应于经由一个或多个中间设备从所述终端设备接收上行链路数据信号来进行以下操作：

将第一确认消息从所述基站发射至从其直接接收到所述上行链路信号的中间设备，以及

将第二确认消息从所述基站直接发射至所述终端设备。

32.根据权利要求31所述的无线通信数据的方法，包括：

在从其直接接收到所述上行链路信号的中间设备保留所述上行链路信号直到在所述中间设备接收到所述第一确认消息；以及

在所述终端设备保留所述上行链路信号直到在所述终端设备接收到所述第二确认消息。

33.一种在无线通信系统中经由一个或多个中间设备在基站和终端设备之间无线通信数据的方法，包括：

在所述基站接收经由由所述终端控制信号指示的所述第一中间设备从所述终端设备发射的上行链路信号；

34.一种通信设备，包括处理器、存储介质以及存储在所述存储介质中并可运行在所述处理器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求28至32中的任一项所述的方法的步骤。

35.一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求28至32中的任一项所述的方法的步骤。