CN103563447B - 无线通信系统和方法 - Google Patents
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Abstract
描述了一种无线通信系统，其包括基站、多个中间设备和终端设备。基站可操作用于将下行链路信号无线传输至终端设备，下行链路信号包括将中间设备之一标识为目标设备的终端控制信号，终端设备把针对基站的上行链路信号引导至所述目标设备。终端设备可操作用于经由终端控制信号标识的中间设备将上行链路信号无线传输至基站。通过这种方式，下行链路通信可以直接从基站提供给终端设备，该通信包括指示终端设备向哪里发送上行链路数据的控制信号。这使基站能够直接控制上行链路通信的调度，特别是能够规定经由一个或多个中间设备从终端设备至基站的上行链路路由。因为不需要节省基站的功率，所以在下行链路上基站直接与终端设备通信不存在任何问题。在上行链路上终端设备节省功率，因为可以使用较低功率传输，虽然不足以到达基站，但其能够到达中间设备。不需要终端设备来确定上行链路路径本身，并因此不需要复杂的、昂贵的和消耗功率的控制逻辑。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统和方法。本发明的进一步的方面涉及一种基站、中间设备、终端设备和计算机程序。
背景技术
机器类通信（MTC）作为典型地无需人机交互的通信网络应用的无线技术的新趋势正被各种无线通信标准机构所讨论。
MTC的广义定义是至机器和来自机器的自动化通信网络。主要期望一种MTC设备具有非常低的功耗、非常小的数据传输和非常大的终端数目的特点。符合这一类别的示例MTC应用可例如用于智能电网系统的家用电器的能耗监控。
为了满足这些需求，诸如ZigBee等无线PAN（个人局域网：10-20m的范围）标准采用没有中心协调实体来控制流量、并以分布的方式管理数据传输的调度/路由的自主（Adhoc）/网格（Mesh）拓扑。网格特征允许数据通过经由一系列相邻设备多跳信息而传输超出PAN的范围。因为使每个传输链路较短，所以每个终端的功耗较低。
然而，为了可靠地将信息从来源传输至目的地，该拓扑遇到了一些问题。
路由/调度的复杂性
网格拓扑的一个特征是从来源至目的地可能存在多条路由。图1示意性地示出了网格网络拓扑。示出了七个终端设备A到G。为了将信息从终端A传递至终端G，可以采用路由1（实线箭头）或路由2（虚线箭头）。伴有问号的箭头指示可用于从给定终端传输的可选路由。具体地，终端A需要决定是将其数据首先传输至终端B（经由实线箭头）还是终端C（经由虚线箭头）。终端D需要作出类似决定。这意味着网格拓扑中的每个终端需要了解周围现有的终端并需要能够选择给定目的地的最佳路由，从直观上讲这需要显著的智能。
此外，在节能系统中，当不要求接收或传输时，可以要求一些终端切换到休眠模式。在这种场景下，因为没有中心协调器，所以要求每个终端了解相邻终端何时能够接收信息，这对其如何调度传输有影响。
隐藏节点问题
如上所述，在网格拓扑中，要求每个终端决定何时传输数据。图2示意性地示出了如何由于隐藏节点而导致问题。在图2中，示出了四个终端A到D，其中终端A和C的无线电传输范围用包围各终端的圆圈指示。在图2中设想的部署场景下，其中终端A使数据发送至终端B，终端C使数据发送至终端D，因为终端A不在C的范围内，反之亦然，所以具有终端A和C可以同时开始传输的可能性。在这种情况下，将在终端B接收来自终端A和C的混合信号，这可能抑制所需信号（来自终端A的）在终端B解码。在这种情况下，因为传输终端超出彼此的范围，或者换句话说彼此隐藏，所以传输终端上的“发送之前侦听”机制（以监测干扰传输）无法工作。需要复杂机制来有效解决隐藏节点问题。
资源（介质&能源）的过度使用
网格拓扑的性质需要通过多跳多次传输相同的数据。图3A和图3B示意性地示出了如何将控制信号从终端A通信至终端G，以及作为响应如何将数据信号从终端G通信至终端A。具体地，图3A示出了单跳场景，而图3B示出了多跳场景。在图3A中，终端A和G彼此直接通信。在通信中不使用相邻（中间）终端B、D和E。更具体地，终端A直接向终端G发送控制信号以请求数据，终端G作为响应将请求的数据直接传输回终端A。从终端A传输控制信号和在终端A接收数据之间的时间段指的是传输时间。相反，在图3B中，终端A和G彼此以多跳方式经由终端B、D和E进行通信。更具体地，终端A发送控制信号以首先向终端B请求数据。终端B然后通过终端E将控制信号中继转发至终端D等直至最终在终端G上从终端E接收控制信号为止。终端G然后作为响应首先将请求的数据传输至终端E，其中请求的数据中继转发至终端D并继续通过终端B，直至最终在终端A接收数据为止。与图3A一样，自终端A传输控制信号和在终端A接收数据之间的时间段指的是传输时间。
如从图3A和图3B的比较可以理解，多跳不但增加了将信息从来源传递至目的地的延迟，而且还具有一些额外的负面影响。影响之一是，由于需要多次发送相同数据，因此消耗的介质时间比在单跳中传输时多。还可能多次发送路由信号和流量控制信号，从而使影响更严重。这个问题在MTC方面尤其突出，其中可能具有大量终端，并且其中信令信息（控制信号）可能比传输的实际信息（数据）更多。
同样，因为在网格拓扑中，路由中的终端（图3B中的终端B、D和E）需要接收并传输数据和不是自身产生的信令，所以需要消耗的能量比在单跳网络中多，在单跳网络中只传输自产生的数据。在中继拓扑中或在使用网关时可以观察到这些相同问题（介质的过度使用）。
相应地，要理解的是，MTC的主要特征之一是期望终端具有极低的功耗。实现这点的一个有效方式是限制MTC终端的传输范围，并使用中继或网格拓扑来将信息从MTC终端多跳至基站。
然而，从上文的讨论还将了解到的是，中继和网格拓扑自身的缺点在于每个中继或网格终端都必须具有分布的调度和路由能力以便以多跳方式传递信息，从而为这些终端带来了复杂性。此外，还需要多跳调度消息，从而导致介质的无效使用。
在US2008/0285499中描述了仅上行链路单跳中继。这种情况下的移动终端不获知中继节点，即，不知道上行链路数据由中继节点转发。透明模式操作的一个特征是中继节点只向基站（eNB）传输，而从不向移动终端（UE）传输。这导致了一些问题。例如，这种配置无法利用在3GPP中标准化的这种1类型中继器进行工作。另外，没有办法实现每条链路自动重复请求（ARQ）。没有办法补偿由两个或两个以上的跳跃（hop）导致的额外上行链路延迟。同样，没有办法测量各个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；以及
终端设备，其中
基站可操作用于将下行链路信号无线传输至终端设备，下行链路信号包括将中间设备之一标识为目标设备的终端控制信号，终端设备把针对基站的上行链路信号引导至所述目标设备；并且
终端设备可操作用于经由被终端控制信号标识的中间设备将上行链路信号无线传输至基站。
通过这种方式，下行链路通信被直接从基站提供给终端设备，包括指示终端设备向哪里发送上行链路数据的控制信号。这使基站能够直接控制上行链路通信的调度，特别是能够规定经由一个或多个中间设备从终端设备至基站的上行链路路由。优选地，基站可操作用于将下行链路信号直接无线传输至终端设备。因为不需要节省基站的功率，所以在下行链路上基站直接与终端设备通信不存在任何问题。在上行链路上的终端设备处节省功率，因为可以使用较低功率传输，虽然不足以到达基站，但其能够到达中间设备。不需要终端设备自身来确定上行链路路径，并因此不需要复杂的、昂贵的和消耗功率的控制逻辑。
换句话说，为了减轻在上述背景中陈述的矛盾的要求，提出了一种使用中继和/或网格拓扑进行上行链路传输以节省MTC终端的功率并同时使用在基站具有足够传输功率的下行链路传输中的传统星形拓扑的方法。
基站可操作用于将中间控制信号无线传输至中间设备，上行链路信号将经由该中间设备将被路由，中间控制信号将另一个中间设备或基站指示为目标设备，中间设备将上行链路信号引导至该目标设备。在这种情况下，中间设备可操作用于将上行链路信号无线传输至由中间控制信号标识的中间设备或基站。通过这种方式，基站直接选择终端设备和基站之间的链中的所有无线电链路。
基站可以可操作用于向中间设备无线传输其被要求接收上行链路信号的指示。该指示指定无线电资源，在该无线电资源上该中间设备可预期由终端设备或另一中间设备传输至该中间设备的上行链路信号。这可以使得接收的中间设备切换到“中继”模式（例如从休眠模式）并从正确的无线电资源解码信息。
当上行链路信号经由一个以上中间设备路由时，基站可以可操作用于将中间控制信号无线传输至上行链路信号将经其而被路由的第一中间设备，中间控制信号将第二中间设备指示为第一中间设备将向其引导上行链路信号的目标设备。在这种情况下，第一中间设备可操作用于将上行链路信号无线传输至由中间控制信号标识的第二中间设备。
终端控制信号可以包括具有一个以上地址字段的调度信息，地址字段包括标识终端设备的发射器地址字段以及标识经由其传输所述上行链路信号的中间设备的接收器地址字段。中间控制信号也可以包括具有一个以上地址字段的调度信息，地址字段包括标识第一中间设备的发射器地址字段以及标识第二中间设备的接收器地址字段。地址字段可以是在由基站广播的物理下行链路控制信道（PDCCH）上指定的无线电网络临时标识符（RNTI）。不一定要为基站从其直接接收到上行链路信号的中间设备提供调度信息中的两个地址字段。这是因为在不存在第二地址的情况下将上行链路数据传输至提供调度信息的基站处被认为是默认的。
中间设备能够可操作用于生成相应的预定的信标信号。终端设备然后可以从中间设备接收信标信号并利用接收的信标信号生成终端设备和中间设备之间的无线电链路质量的相应的度量。终端设备然后在上行链路信号中将无线电链路质量的度量传输至基站。终端设备可以从复数个中间设备接收信标信号并针对终端设备与已经接收信标信号的中间设备之一之间的每个无线电链路利用接收的信标信号生成无线电链路质量的相应的度量。再者，终端设备然后可以在上行链路信号中将无线电链路质量的相应的度量传输至基站。基站然后可以根据所接收的无线电链路质量的度量来确定经由一个或多个中间设备的从终端设备到基站的传输路由。
基站、中间设备和终端设备中的一个或多个能够可操作用于生成相应的预定信标信号。基站、中间设备和终端设备中的另一个或多个接收信标信号并利用接收的信标信号生成与信标信号经其传输的无线电链路对应的无线电链路质量的相应度量。基站、中间设备和终端设备中的另一个或多个然后可以在上行链路信号中将无线电链路质量的度量传输至基站，因此基站能够根据无线电链路质量的度量来确定经由一个或多个中间设备的从终端设备至基站的传输路由。
通过这种方式，网络中的各个设备能够发现相邻设备并利用这些相邻设备发现无线电链路的质量。基站能够接收所有信息以通过上行链路数据的网络确定合适的路由。要了解的是，对所有设备来说也许没有必要传输信标信号，尤其是在从地理上固定某些无线电链路的情况下。
控制信号可以包括调度信息，调度信息指定用于上行链路信号的传输功率、数据速率、传输频率、传输时隙和资源块的数量中的一个或多个。可以基于为每个无线电链路报告的无线电链路质量度量由基站为每个无线电链路设置调度信息。
基站可以广播对各个信标信号在其上传输的无线电资源的指示。
来自终端设备的上行链路信号可以包括指示终端设备与相邻设备之间的无线电链路质量的上行链路控制信号。基站然后可以根据接收的上行链路控制信号来设置经由一个或多个中间设备的从终端设备至基站的一个或多个上行链路路由以及用于控制上行链路路由中来自每个设备的数据传输的传输控制参数。
在一个实施方式中，中间设备生成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利用接收的信标信号在终端设备和中间设备之间生成无线电链路质量的相应度量。终端设备然后将无线电链路质量的度量传输至中间设备。中间设备然后可以将无线电链路质量的度量中继转发至基站。
在实施例中，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信号，基站被配置为将第一确认消息传输至基站直接从其接收到上行链路信号的中间设备，并直接将第二确认消息传输至终端设备。基站直接从其接收到上行链路信号的中间设备保留上行链路信号直至在中间设备收到第一确认消息为止，终端设备保留上行链路信号直至在终端设备收到第二确认消息为止。
基站可以基于中间设备的数量来确定上行链路数据传输的延迟预算，从终端设备至基站的上行链路数据传输将经由所述中间设备路由。基站可以使用确定的延迟预算来设置超时期限，在该超时期限之后可以认为丢失从终端设备传输至基站的上行链路信号。
中间设备可以是专用中继器、其他终端设备或这两者的组合（即，中间设备的一部分可以是专用中继器，而中间设备的另一部分可以是终端设备）。将上行链路信号传输至基站的终端设备在某些实施例中可以充当与从另一个终端设备至基站的上行链路通信有关的中间设备。
终端设备可以是机器型通信（MTC）设备。下行链路信号可以包括数据信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种经由无线通信系统中的多个中间设备中的一个或多个向终端设备和从终端设备无线通信数据的基站，所述基站包括：
发射器，被配置为将下行链路信号无线传输至终端设备，下行链路信号包括将中间设备之一指示为目标设备的控制信号，终端设备把针对基站的上行链路信号引导至所述目标设备；以及
接收器，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传输的上行链路信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种经由无线通信系统中的多个中间设备中的一个或多个向基站和从基站无线通信数据的终端设备，该终端设备包括：
接收器，被配置为从基站无线接收下行链路信号，下行链路信号包括将中间设备之一指示为目标设备的终端控制信号，终端设备将把针对基站的上行链路信号引导至该目标设备；以及
发射器，被配置为经由由终端控制信号指示的中间设备将上行链路信号无线传输至基站。
根据本发明的另一方面，提供了一种在无线通信系统中的基站和终端设备之间无线中继转发数据的中间设备，所述中间设备包括：
接收器，被配置为：
从基站无线接收将另一个中间设备或基站指示为目标设备的中间控制信号，中间设备把针对基站的上行链路信号引导至所述目标设备，并且
从终端设备或从另一个中间设备无线接收针对基站的上行链路信号；以及
发射器，被配置为将接收的上行链路信号无线传输至由中间控制信号指示的中间设备或基站。
根据本发明的另一方面，提供了一种经由多个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：
将下行链路信号从基站无线传输至终端设备，下行链路信号包括将中间设备之一指示为目标设备的终端控制信号，终端设备把针对基站的上行链路信号引导至该目标设备；以及
经由由终端控制信号指示的中间设备将上行链路信号从终端设备无线传输至基站。
根据本发明的另一方面，提供了一种经由无线通信系统中的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：
将下行链路信号从基站无线传输至终端设备，下行链路信号包括将中间设备之一指示为目标设备的终端控制信号，终端设备把针对基站的上行链路信号引导至该目标设备；以及
在终端设备上经由由终端控制信号指示的中间设备接收从终端设备传输的上行链路信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种经由无线通信系统中的多个中间设备中的一个或多个在终端设备和基站之间无线通信数据的方法，包括：
在终端设备上从基站无线接收下行链路信号，下行链路信号包括将中间设备之一指示为目标设备的终端控制信号，终端设备把针对基站的上行链路信号引导至该目标设备；以及
经由由终端控制信号指示的中间设备将上行链路信号从终端设备无线传输至基站。
根据本发明的另一方面，提供了一种在无线通信系统中的基站和终端设备之间无线中继数据的方法，包括：
在中间设备上从基站无线接收将另一个中间设备或基站指示为目标设备的中间控制信号，中间设备把针对基站的上行链路信号引导至该目标设备；
在中间设备上从终端设备或从另一个中间设备无线接收针对基站的上行链路信号；以及
将接收的上行链路信号无线传输至由中间控制信号指示的中间设备或基站。
还设计了一种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，提供了一种无线通信系统，包括：
基站；以及
多个终端设备，其中，
基站可操作用于将下行链路信号直接无线传输至终端设备中的第一个；并且
第一终端设备可操作用于经由终端设备中的第二个将上行链路信号无线传输至基站。
通过这种方式，可以设置非对称上行链路/下行链路网格网络。还设计了对应的基站、终端设备和方法。
本发明的进一步的方面和特征由所附权利要求限定。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的示例实施例，其中类似部件具有相同的指定的参考标记，并且其中：
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提供了单跳和多跳传输中的资源消耗的比较；
图4A和图4B提供了对称上行链路/下行链路多跳信令场景和非对称上行链路/下行链路信令场景之间的比较；
图5A和图5B提供了图4A和图4B中分别示出的两个场景的资源消耗的比较；
图6A和图6B提供了当应用于中继网络时对称上行链路/下行链路多跳信令场景和非对称上行链路/下行链路信令场景的比较；
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性框图；
图8示意性地示出了用于图7中所示的网络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中所示的网络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传输并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网络上来自各个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传递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示意性地示出了用于对中继网络中的信息和数据进行路由的示例信号流；
图15示意性地示出了用于多跳确认（ACK）过程的示例信号流；
图16A到16I示意性地示出了建立多跳上行链路的示例方法；
图17是示出了涉及在上行链路/下行链路上非对称地通信数据的几个步骤的示意性流程图。
具体实施方式
首先参照图4A和图4B，其提供了对称上行链路/下行链路多跳信令场景与非对称上行链路/下行链路信令场景之间的比较。图4A示出了对称上行链路/下行链路情况，在该情况下通信在下行链路5a和上行链路6a两者上多跳，其中下行链路5a经由中间设备2a和3a从基站1a至终端设备4a，上行链路6a经由中间设备2a和3a从终端设备4a至基站1a。图4B示出了非对称上行链路/下行链路情况，在该情况下通信在下行链路5b上直接从基站1b到终端设备4b，但是在上行链路6b上经由中间设备2b和3b从终端设备4b多跳至基站1b。
现在参照图5A和图5B，非对称上行链路/下行链路场景对资源消耗的影响以及传输时间/介质时间（无线电链路用于传递信令和/或数据的时间）变得一目了然。如前所述，多跳允许使用较低功率传输，但这增加了传输时间和介质时间。图5A示出了由于在路由中的每个中间步骤处接收/重新传输的处理延迟，控制信号和数据信号两者的多跳(如图4A所表现）如何要求相对长的时间来传达。相反，图5B示出了通过以单跳传输控制信号，与从基站（BS）发送到终端的控制信号相关的发射时间/介质时间是如何减少的。虽然从表面上看，这与网格/中继型网络的低传输功率的目的相违背，但实际上基站将不受到与网络中的终端设备和中继器相同的传输功率限制。而且，由于典型地用于这类设备的控制信令与数据信令相比相对高的量，这一布局对于MTC设备尤其有利。
接下来参照图6A和图6B，提供了当应用于中继网络时对称上行链路/下行链路多跳信令场景和非对称上行链路/下行链路信令场景的比较。图6A示出了对称上行链路/下行链路情况，在该情况下通信在下行链路10a和上行链路11a两者上多跳，其中下行链路10a经由中继节点8a从基站7a至终端设备9a，上行链路11a经由中继节点8a从终端设备9a至基站7a。图6B示出了非对称上行链路/下行链路情况，在该情况下通信在下行链路10b上直接从基站7b到终端设备9b，但是在上行链路11b上经由中继节点8b从终端设备9b多跳至基站7b。要了解的是，图6B的非对称上行链路/下行链路中继配置获得的好处与图4B的非对称上行链路/下行链路网格网络配置类似。事实上，网格网络的中间设备在功能方面与中继器对应。两个布局之间的典型不同可以是中继器不能产生数据，但可以具有较高的传输功能容量，并且可以是静态的（固定的）或半静态的（例如固定在火车上的位置）。
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施方式来描述本发明的某些实施例。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性框图。移动网络包括多个个基站，本领域称为增强的Node-B101（eNB），其中每个包括能够经由无线电接口进行向多个移动通信设备105和从多个移动通信设备105进行数据通信的收发器单元103。每个移动通信设备105包括用于通信数据至eNB和从eNB通信数据的收发器和唯一标识移动通信设备的USIM。
每个eNB101提供覆盖区域（即，小区）并通信数据到覆盖区域/小区内的移动通信设备102和从覆盖区域/小区内的移动通信设备102通信数据。每个eNB101连接到服务网关（S-GW）104，如本领域所知，该网关104当移动通信设备105在eNB101之间切换时将用户数据路由到eNB101和从eNB101路由用户数据并且支持移动性。
移动网络被典型地划分为大量的跟踪区域，每个跟踪区域包括大量eNB。跟踪区域合起来形成网络覆盖区域，该覆盖区域提供在地理区域上对公共陆地移动网络（PLMN）的接入。S-GW104连接到分组数据网络网关106（P-GW），该网关106是分组数据从其路由进网络和路由出网络的网络实体。移动电信网络还包括连接到S-GW104和eNB101的移动性管理实体107（MME）。MME107负责通过检索存储在归属用户服务器108（HSS）中存储的用户简档信息对尝试接入网络的移动通信设备105进行认证。MME107还跟踪已经加入到网络中的每个移动通信设备105的位置。分组在一起的eNB形成PLMN的无线电网络部分和PLMN的基础设施设备，即S-GW、MME和P-GW形成PLMN的核心网络部分。
图8示意性地示出了用于图7的基于LTE的网络的示例下行链路数据和控制信道结构。根据LTE标准，物理的下行链路帧用于在下行链路（基站到终端设备）上通信控制信令和数据。图8是这一形式的稍微简化的形式，例如LTE帧通常包括10个子帧，但仅6个子帧130表示图8的下行链路帧120。在图8中在LTE帧120的表示的下面是子帧130之一的展开版本。在每个子帧130中，示出了物理下行链路控制信道（PDCCH）140，其占用跨越整个频带（垂直）和跨时间轴（水平）上1至3个符号展开的资源区中的部分时间和频率资源，其中时间和频率资源通常基于随机或伪随机算法分布在该区域中。相反，物理下行链路共享信道（PDSCH）150包括经PDCCH分配的多个时间和频率资源。实际上，PDCCH为移动通信设备提供资源分配和对应的寻址信息（例如无线电网络临时标识符-RNTI）。因此，移动通信设备能够基于RNTI知道其应该解码哪些资源分配以接收针对其（寻址到其）的数据。该数据可以是仅用于该移动通信设备的数据或者是用于小区中的所有移动通信设备的数据。在图8中，突出了两个资源块162、164。可以通过PDCCH140中所提供的与特定终端设备的RNTI相关联的控制信息，将这些资源块分配给该特定终端设备。然后终端设备将知道解码以此频率/符号分配传输的数据。
以类似的方式，图9示意性地示出了用于图7中所示的网络的示例上行链路数据和控制信道结构。如与下行链路侧一样，物理上行链路帧220用于在上行链路（终端设备到基站）上传送控制信令和数据。再者，如与图8一样，图9是该形式的稍微简化的形式。在图9中，将物理上行链路帧220划分为子帧230。图9中LTE帧220的表示的下面是子帧230之一的展开版本。在每个子帧230中，示出物理上行链路控制信道（PUCCH）240，其占用跨越整个时间（符号）带（水平）和跨频带中的最上端部分和最下端部分（垂直）展开两个资源区中的部分时间和频率资源。相反，物理上行链路共享信道（PUSCH）250包括经由PDCCH（在下行链路帧中）分配的多个时间和频率资源。因此，PDCCH为移动通信设备提供资源分配和对应的寻址信息（例如，无线电网络临时标识符-RNTI）以传输和接收控制信令和数据。移动通信设备因此能够基于RNTI知道其应该在哪些资源分配上传输数据。在图9中，突出两个资源块262、264。可以通过PDCCH240中所提供的与特定终端设备的RNTI相关联的控制信息将这些资源块分配给特定终端设备。然后终端设备将知道使用此频率/符号分配来传输数据。
在多跳网络配置中，最好能够选择传送数据的最佳路由。在一些情况下，该路由可以是具有最纯净的信道条件（最高质量的无线电链路）的路由，在其他情况下，该路由可以是具有足够信道条件但跳数较少的路由。例如，要求更大程度的可靠性的数据通信可能有利于高质量信道条件，而要求低延迟（传输延迟）的数据通信可能倾向于限制传输中的中间级数量。此外，无线电链路的质量可能会对要分配至传输的时间/频率资源（例如，PUSCH中的数个资源块），或应该使用的编码类型/速率和传输功率产生影响。为了实现这一点，测量每个无线电链路的质量并向基站报告。
图10示意性地示出了用于传输并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（RN，RN2）传输预定信标（参考）信号。来自eNB的参考信号由第一中继节点RN1接收并对其进行测量，将信道质量信息（CQI）反馈给eNB。来自第一中继节点RN1的参考信号由第二中继节点RN2接收并对其进行测量，经由第一中继节点RN1将信道质量信息（CQI）反馈给eNB。最后，来自第二中继节点RN2的参考信号由终端设备（UE）接收并对其进行测量，经由第二中继节点RN2和第一中继节点RN1将信道质量信息（CQI）反馈给eNB。可以将信道质量信息传输至基站作为PUCCH中的控制信令。在基站（eNB）接收的信道质量信息然后用于为各无线电链路分配上行链路授权。如从图10可以看出，然后直接相应的各上行链路授权传输至各中继节点和终端设备（作为PDCCH中的控制信令）。通过这种方式，可对路由每跳的上行链路授权以补充每跳的信道条件。
要了解的是，相同的原则可应用于网格网络，其中至少一些终端设备充当与其他终端设备有关的中继器。
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网络上来自各个设备的信标信号的传输。具体地，子帧330的PDCCH340中提供的控制信令指示PDSCH350中的将在其上传输相应信标信号的无线电资源（信标传输资源块）360。通过这种方式，基站能够调度信标传输，使得网络设备知道何时传输其信标信号，以及任选地知道何时从相邻设备接收信标信号。基于具有预定传输功率的信标信号，接收设备能够计算每个接收的信标信号的接收功率并以PUCCH上携带的上行链路控制信号的形式将其传送回基站。
一旦基站决定从终端设备的上行链路数据的合适路由，该基站就将路由信息传输至决定的路由上的终端设备和任何中间设备。路由信息可以由基站利用PDCCH广播。图12示意性地示出了用于沿指定路由传输路由信息并作为响应接收上行链路数据的示例信号流。从图12可以看出，可以并行地经由PDCCH将三组路由信息传输至第一中继节点（RN1）、第二中继节点（RN2）和终端设备（UE）。下行链路上不需要多跳。第一组路由信息（RN1->eNB）被引导至第一中继节点RN1并指导第一中继节点RN1将通信引导至eNB。第二组路由信息（RN2->RN1）被引导至第二中继节点RN21并指导第二中继节点RN2将通信引导至第一中继节点RN1。第三组路由信息（UE->RN2）被引导至移动终端（UE）并指导移动终端将通信引导至第二中继节点RN2。
随后，当移动终端将数据传输至基站时，遵循第三组路由信息提供的指令并经数据引导至第二中间节点RN2。第二中继节点RN2然后遵循第二组路由信息提供的指令并经数据引导至第一中间节点RN1。第一中继节点RN1然后遵循第一组路由信息提供的指令并经数据引导至基站。通过这种方式，基站能够通过网络对上行链路数据的路由进行控制。路由信息可以使用两个地址，一个是发射器的地址（使得发射器了解其是路由信息的指定接收者），另一个是接收器的地址（使得发射器知道向哪里发送数据）。当在PDCCH上广播路由信息时，接收器地址还有助于供接收器本身了解从发射器的期望的传输。地址可以是无线电网络临时标识符（RNTI），用于标识LTE网络环境中的各个设备（包括基站、中继器和终端设备）。
图13示意性地示出了用于设置并调度与所选的无线电链路有关的上行链路授权并响应于该分配提供上行链路数据的示例信号流。在PDCCH上，上行链路授权被广播至第一中继节点RN1、第二中继节点RN2和移动终端（UE）（以及实际上在范围内的任意其他设备）的每一个，但不单独寻址到这些设备。下行链路上不需要多跳。作为响应，终端设备（UE）利用分配的无线电资源将上行链路数据传输至第二中继节点RN2（如在图12中由第三路由信息所要求的）。在收到后，第二中继节点RN2利用分配的无线电资源将接收的数据中继转发至第一中继节点（如在图12中由第二路由信息所要求的）。在收到后，第一中继节点RN1利用分配的无线电资源将接收的数据中继转发至基站（如在图12中由第一路由信息所要求的）。通过这种方式，基站能够基于每个无线电链路分配无线电资源。要了解的是，可组合图12和图13的信令，其中基站在单个步骤中提供路由信息和上行链路授权。
图14示意性地示出了用于路由中继网络中的信息和数据的示例信号流。图14应结合图12进行阅读。在图14中，设置基站（eNB）410。基站410在下行链路上将路由信息传输至第一中继节点RN1420、第二中继节点RN2430和移动终端（UE）440中的每一个。这些设备与上文讨论的与图12有关的基站、第一中继节点、第二中继节点和基站对应。在此情况下，假设基站410已经事先确定了经由连续的第二中继节点430和第一中继节点420从移动终端至基站的适当路由。如从图14可以看出，基站通过在下行链路上将路由信息传输至移动终端440、第一中继节点420和第二中继节点430中的每一个来设置该路由。在上行链路侧，根据各路由信息以多跳方式将数据从移动终端440传输至第二中继节点430、从第二中继节点430传输至第一中继节点420并从第一中继节点420传输至基站410。
图15示意性地示出了用于多跳确认（ACK）过程的示例信号流。图15应结合图14进行考虑。当传输设备将数据传输至接收设备时，可以期望来自接收设备的指示传输数据已经到达的确认信号。如果未收到该确认信号，则传输设备可以希望重新发送数据（自动重复请求-ARQ）。多跳路由场景的问题是每条无线电链路确认的执行都可能不容易。在图15中，当移动终端（UE）将上行链路数据传输至第二中继节点RN2时，可以期望第二中继节点用单链路（per-link）ACK回复。然而，这并不保证在基站上数据将到达其最终目的地。那么路由中的后继跳跃对移动终端来说全部不可见，其中，进一步的单链路ACK仅传输至在每个阶段提供上行链路数据的设备。这些进一步的单链路ACK起到的实用作用在于，如果其没有被收到，则例如可以从第一或第二中继节点等进行重新传输。为了终端设备可以知道基站已经接收上行链路数据，该基站传输两条ACK消息。其中一条传输至第一中继节点，以便第一中继节点了解上行链路数据的传输已经成功了。第一中继节点然后可以省去上行链路数据，因为不需要重新传输。将另一个ACK消息直接传输至终端设备。由此使终端设备了解上行链路数据在基站上已经到达其最终目的地，并且然后可以省去上行链路数据。在这之前，存在的风险是即使已经收到来自第二中继节点RN2的ACK消息，上行链路数据也可能沿路由至基站进一步丢失。如果移动终端在各指定的时间段内没有接收单链路ACK或最终ACK，则可以决定重新传输上行链路数据。
换句话说，为了缓解自动重复请求的问题，基站（eNB）对一条接收数据消息发送两条确认消息：朝该数据消息的发射器（中继节点）发送的单链路ACK以及朝数据消息的来源（UE端）发送的进一步的ACK。
还应注意的是，基站可以基于中间设备的数量来确定上行链路数据传输的延迟预算，从终端设备至基站的上行链路数据传输将经由所述中间设备路由。基站可以使用确定的延迟预算来设置超时期限，在此超时期限之后可以认为丢失从终端设备传输至基站的上行链路信号。超时期限可以在控制信令中传送至终端设备，并使终端设备能够确定（例如）在重新传输上行链路数据之前ACK消息的等待时间。
图16A-16I示意性地示出了利用信标信号建立多跳上行链路的示例方法。建立上行链路多跳链路的一个示例方法在该部分中通过样本场景进行描述，但要了解的是其他方法也将是可行的。描述的该方法与网格网络有关，但也可应用于中继网络，其中某些UE设备用专用中继设备替代。
首先参照图16A，终端设备UE A530在上行链路中经由终端设备UEB520连接至基站eNB510。终端设备UE B520直接与基站eNB510连接。终端设备UE A530具有用圆圈535指示的信标传输范围。新终端设备UEC540在UE A的无线电（信标）范围内。
接下来参照图16B，想要与网络连接的终端设备UE C540将至少侦听预定义的信标时间间隔，监听任意终端设备是否在附近。由于终端设备UE C540已经进入终端设备UEA530的无线电射程535，因此会监听到由终端设备UE A530传输的信标。
如果终端设备UE C540听到多于一个信标，则将测量这些信标的接收功率电平以确定最强信号并存储最强传输终端设备，因为可以认为这是适于连接的最靠近的终端设备。
接下来参照图16C，一旦终端设备UE C540接收从终端设备UE A530发送的信标，就将连接请求发送回终端设备UE A530。如果终端设备UE C540听到多于一个的信标，则向认为最靠近的终端设备发送连接请求。终端设备UE A530和UE B540将该请求转发至管理路由的基站eNB510。
接下来参照图16D，在收到该请求后，基站eNB510将直接向终端设备UE C540发送连接授权消息。每当有什么要发送时，连接授权指示终端设备UE C540连接至终端设备UEA530。
图16E假设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的范围。
在图16F中，假设所有终端设备正按某一间隔发送信标。最终，终端设备UE C540将监听到从终端设备UE D550发送的信标并注意到终端设备UE D550已经在无线电射程内。
参照图16G，在收到信标后，终端设备UE C540通过已经建立的上行链路报告这一事实并向基站eNB510指示信号的强度。
参照图16H，在收到信标报告后，基站eNB510将确定上行链路路由的变化是否有必要。可以根据移动终端之间的报告信号强度或通过移动终端UE C540和基站eNB510之间的跳数作出决定。
参照图16I，因为基站eNB510至终端设备UE C540之间的当前线路的跳数为3跳，并且通过终端设备UE D550为2跳，所以基站eNB510指示终端设备UE C540重新路由以与终端设备UE D550连接，从而减少跳数。减少跳数有利于低延迟和开销。
通过采用参照图16A-16I描述的方法操作，路由可以全部由基站管理，从而可以降低移动终端的复杂度。
图17是示出了涉及在上行链路/下行链路上非对称地传送数据的多个步骤的示意性流程图。具体地，步骤S1，终端设备建立与网络的连接。例如这可利用所描述的与图16A到16D有关的方法来实现。然后，步骤S2，获得与在网络中的设备之间可用的无线电链路有关的信道质量信息并将其传送至基站。例如这可利用所描述的与图16E到16G有关的方法来实现。步骤S3，基站基于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）。例如这可利用所描述的与图16H有关的方法来实现。步骤S4，基站将调度信息直接传输至网络设备。例如这可利用所描述的与图12到14、图16G和图16I有关的方法来实现。步骤S5，根据调度信息将上行链路数据以多跳方式传输至基站。例如这可利用所描述的与图12到14有关的方法来实现。步骤S6，进行双部（two-part）确认（ACK）过程以通知终端设备基站已经成功接收上行链路数据。例如这可利用所描述的与图15有关的方法来实现。最后，步骤S7，完成通信。
Claims (32)
1.一种经由无线通信系统内的多个中间设备中的一个或多个向基站和从基站无线通信数据的终端设备，所述终端设备包括：
接收器，被配置为从所述基站无线接收下行链路信号，所述下行链路信号包括将所述中间设备之一指示为目标设备的终端控制信号，所述终端设备将把针对所述基站的上行链路信号引导至所述目标设备；以及
发射器，被配置为经由所述终端控制信号所指示的所述中间设备将所述上行链路信号无线传输至所述基站。
2.根据权利要求1所述的终端设备，其中，
所述终端控制信号包括具有多于一个的地址字段的调度信息，所述地址字段包括标识所述终端设备的发射器地址字段以及标识经由其传输所述上行链路信号的所述中间设备的接收器地址字段。
3.根据权利要求2所述的终端设备，其中，所述地址字段是在由所述基站广播的物理下行链路控制信道(PDCCH)上指定的无线电网络临时标识符(RNTI)。
4.根据权利要求1所述的终端设备，其中，
所述终端设备可操作用于从中间设备接收信标信号并利用所接收的信标信号生成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；并且
所述终端设备可操作用于在所述上行链路信号中将所述无线电链路质量的所述度量传输至所述基站。
5.根据权利要求4所述的终端设备，其中，
所述终端设备可操作用于从多个中间设备接收信标信号并针对所述终端设备与从其接收到信标信号的中间设备之一之间的每条无线电链路利用所接收的信标信号生成所述无线电链路质量的相应度量；并且
所述终端设备可操作用于在所述上行链路信号中将所述无线电链路质量的相应度量传输至所述基站。
6.根据权利要求4所述的终端设备，其中，根据所传输的无线电链路质量的度量来确定经由一个或多个所述中间设备从所述终端设备至所述基站的传输路由。
7.根据权利要求5所述的终端设备，其中，根据所传输的无线电链路质量的度量来确定经由一个或多个所述中间设备从所述终端设备至所述基站的传输路由。
8.根据权利要求3到7中任一项所述的终端设备，其中，所述控制信号包括调度信息，所述调度信息指定传输功率、数据速率、传输频率、传输时隙和所述上行链路信号的资源块数量中的一个或多个。
9.根据权利要求8所述的终端设备，其中，基于为每个无线电链路报告的所述无线电链路质量的度量来对每个无线电链路设置所述调度信息。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的终端设备，其中，
来自所述终端设备的所述上行链路信号包括指示所述终端设备与相邻设备之间的无线电链路质量的上行链路控制信号；并且
根据所述上行链路控制信号来设置经由一个或多个所述中间设备从所述终端设备到所述基站的上行链路路由和用于控制所述上行链路路由中来自每个设备的数据传输的传输控制参数中的一个或多个。
11.根据权利要求1到3中任一项所述的终端设备，其中，
所述终端设备可操作用于从中间设备接收信标信号并利用所接收的信标信号生成在所述终端设备与所述中间设备之间的无线电链路质量的相应度量；
所述终端设备可操作用于将所述无线电链路质量的所述度量传输至所述中间设备；以及
所述中间设备可操作用于将所述无线电链路质量的所述度量中继至所述基站。
12.根据权利要求1至7中的任一项所述的终端设备，其中，
在经由一个或多个中间设备将上行链路数据信号从所述终端设备传输至所述基站之后，所述终端设备被配置为从直接被传输所述上行链路信号的所述中间设备接收第一确认消息，并直接从所述终端设备接收第二确认消息。
13.根据权利要求1所述的终端设备，其中，
所述终端设备保留所述上行链路信号直至在所述终端设备收到第二确认消息为止。
14.根据权利要求1至7中的任一项所述的终端设备，其中，基于从所述终端设备到所述基站的上行链路数据传输将经由的中间设备的数量来确定所述上行链路数据传输的延迟预算。
15.根据权利要求14所述的终端设备，其中，根据所确定的延迟预算来设置超时期限，在该超时期限之后能够认为丢失从所述终端设备传输至所述基站的上行链路信号。
16.根据权利要求1所述的终端设备，其中，所述终端设备充当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。
17.根据权利要求1至7中的任一项所述的终端设备，其中，所述终端设备是机器型通信(MTC)设备。
18.一种在无线通信系统内的基站和终端设备之间无线中继数据的中间设备，所述中间设备包括：
接收器，被配置为：
从所述基站无线接收将另一个中间设备或所述基站指示为目标设备的中间控制信号，所述中间设备把针对所述基站的上行链路信号引导至所述目标设备，并且
从所述终端设备或从另一个中间设备无线接收针对所述基站的所述上行链路信号；以及
发射器，被配置为将所接收的上行链路信号无线传输至所述中间控制信号所指示的中间设备或所述基站。
19.根据权利要求18所述的中间设备，其中，所述中间控制信号包括具有多于一个的地址字段的调度信息，所述地址字段包括标识所述中间设备的发射器地址字段以及标识所述中间设备向其引导针对所述基站的上行链路信号的设备的接收器地址字段。
20.根据权利要求19所述的中间设备，其中，所述地址字段是在由所述基站广播的物理下行链路控制信道(PDCCH)上指定的无线电网络临时标识符(RNTI)。
21.根据权利要求18所述的中间设备，其中，
所述中间设备可操作用于从所述基站无线接收要求其接收所述上行链路信号的指示。
22.根据权利要求21所述的中间设备，其中，
所述指示指定了所述中间设备能够预期在其上由所述终端设备或由另一中间设备传输所述上行链路信号至所述中间设备的无线电资源。
23.根据权利要求18所述的中间设备，其中，
所述中间设备可操作用于从所述基站、另一个中间设备和所述终端设备中的一个接收信标信号，并利用所接收的信标信号生成所述中间设备与从其接收所述信标信号的设备之间的无线电链路质量的相应度量；并且
所述中间设备可操作用于在所述上行链路信号中将所述无线电链路质量的所述度量传输至所述基站。
24.根据权利要求23所述的中间设备，其中，根据所传输的无线电链路质量的度量来确定经由一个或多个中间设备从所述终端设备到所述基站的传输路由。
25.根据权利要求23或权利要求24所述的中间设备，其中，所述控制信号包括调度信息，所述调度信息指定传输功率、数据速率、传输频率、传输时隙和所述上行链路信号的资源块数量中的一个或多个。
26.根据权利要求25所述的中间设备，其中，基于为每个无线电链路报告的所述无线电链路质量的度量为每个无线电链路设置所述调度信息。
27.根据权利要求18至24中任一项所述的中间设备，其中，所述中间设备是机器型通信(MTC)设备。
28.根据权利要求18至24中任一项所述的中间设备，其中，所述中间设备是中继器。
29.根据权利要求18至24中任一项所述的中间设备，其中，所述中间设备是另一个终端设备。
30.一种经由无线通信系统内的多个中间设备中的一个或多个在终端设备与基站之间无线通信数据的方法，包括：
在所述终端设备上从所述基站无线接收下行链路信号，所述下行链路信号包括将所述中间设备之一指示为目标设备的终端控制信号，所述终端设备把针对所述基站的上行链路信号引导至所述目标设备；以及
经由所述终端控制信号所指示的所述中间设备将所述上行链路信号从所述终端设备无线传输至所述基站。
31.一种在无线通信系统中的基站与终端设备之间无线中继数据的方法，包括：
在中间设备上从所述基站无线接收将另一个中间设备或所述基站指示为目标设备的中间控制信号，所述中间设备把针对所述基站的上行链路信号引导至所述目标设备；
在所述中间设备上从所述终端设备或从另一个中间设备无线接收针对所述基站的所述上行链路信号；以及
将所接收的上行链路信号无线传输至由所述中间控制信号指示的中间设备或所述基站。
32.一种记录介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时使得所述计算机执行根据权利要求30或31所述的方法。
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