CN104320364A - 一种用于无线通信的中继方法和装置 - Google Patents
一种用于无线通信的中继方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种用于无线通信的中继方法和用于无线通信的中继装置，实现无线通信节点之间的多跳多点网状中继。本发明实施例方法将载波频偏和定时频偏进行预先矫正，使得达到中继条件的一个或多个节点可以同时中继来自同一发射节点或中继节点的信号，接收节点可以将以上多个中继信号进行合并处理且不产生干扰，能大大提高无线通信距离，并保证中继的质量或可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信中的中继技术，具体涉及一种预矫正载波频偏和定时频偏的多跳多点网状中继方法和装置。
背景技术
无线通信网络存在的高数据率带宽和高可靠性的矛盾，既要保证用户有足够高的数据率带宽，又要满足传输距离和覆盖效果的要求。因此，发展无线通信网络需要综合运用各种技术手段，针对不同应用需求采取不同的核心技术手段，解决不同区域、不同用户群对带宽及业务的不同需求，达成无线通信网络的高可靠性和安全性。
中继是作为扩大通信覆盖范围的主要手段之一。无线通信系统由多个终端节点组网构成，终端的随机移动、节点的随时开机和关机、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影响，终端间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。传统的中继技术需要进行路由来选择中继线路，每一级均只有一个节点进行中继，中继线路中任意节点的移动、断线都会影响中继的质量与连通性，从而导致重复性的搜索和更新中继线路，降低了系统的可靠性与有效数据带宽。
无线信道本身的物理特性决定了中继网络带宽比有线信道要低很多，而竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰及信道干扰等因素使得移动终端的实际带宽小于理论值。由于终端的发射功率和覆盖范围有限，当终端要与覆盖范围之外的终端进行通信时，需要利用中间节点进行中继转发。传统无线通信电台一般不具备中继功能，已有的中继功能的无线通信电台是一个网络层的多跳单点线状中继，通过网络层协议来选择路由线路进行中继。同时，中继网络一般会有控制节点，用于控制中继节点的选择方式与路由方式，当控制节点出现故障或离开网络时，系统会无法正常运行。
发明内容
至少为了解决上述问题中的一种或多种，本发明提出了一种用于无线通信的中继方法，将数据信息的接收、发射、中继等处理统筹规划、自动判决、多点中继，实现无线信号的传播、覆盖和中继，完成语音、数据、视频等数据信息的无误传输。解决了目前无线通信领域传输距离受限和覆盖效果差的难题，并且具有抗干扰能力强，大大提高了在一个特定区域内的无线接入范围。本发明还提出了一种用于无线通信的中继装置，通过该装置可以完成多点同步中继并形成中继网络。与一般网络中的路由中继不同，本发明提出的中继网络的多跳路由是由普通节点共同协作完成的，而不是由专门的路由设备完成的,所有节点可直接根据底层信道传输特性选择是否参与中继转发。本发明实施例方法将载波频偏和定时频偏进行预先矫正，任意节点可以接收处理来自多个节点同时转发的同一信号，将这些来自不同节点转发的信号进行信号合并，最大可能的解调原始信息。因此具有更大的传输距离和更高的传输可靠性。
在本发明的一个优选实施例中，本发明提出了一种用于无线通信的中继方法，其特征在于它包括以下步骤：
1）发射节点将数据信息进行基带信号发射处理后上变频到射频载波上去，在时隙1发射；
2）中继节点接收来自发射节点或上级中继节点的射频信号后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息，并进行载波频偏估计和定时频偏估计，进行是否中继的判决；
3）判决需要中继的节点对所需中继的数据信息进行基带信号发射处理后，预先矫正载波频偏和定时频偏，并上变频到射频载波上去，在下一个时隙发射；
4）接收节点接收来自一个或多个中继节点的射频信号后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息。
上述用于无线通信的中继方法所述的是否中继的判决方法为：当还原的数据信息无误并且接收信号质量达到预设标准后才进行中继。
上述用于无线通信的中继方法所述的数据信息无误判断标准为：CRC校验是否成功、解码的迭代次数是否达到最大迭代次数。
上述用于无线通信的中继方法所述的接收信号质量为接收信号场强、译码迭代次数和同步跟踪精度的一种或多种的组合。
上述用于无线通信的中继方法所述的载波频偏估计方法为导频估计法或帧同步序列相关估计法，其中，导频估计法即在导频处的相位偏移的递增量统计除以导频递增数得到载波频偏估计；帧同步序列相关估计法即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的相位偏移除以相邻两个相关峰的距离即可得到载波频偏估计。
上述用于无线通信的中继方法所述的定时频偏估计方法为导频估计法或帧同步序列相关估计法，其中，导频估计法即在导频处的时间偏移的递增量统计除以导频递增数得到定时频偏估计；帧同步序列相关估计法即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的时间偏移除以相邻两个相关峰的距离即可得到定时频偏估计。
上述用于无线通信的中继方法所述的载波频偏矫正方法为共轭乘法。
上述用于无线通信的中继方法所述的定时频偏矫正方法为插值滤波，可通过FIR内插滤波器实现、IIR内插滤波器实现、傅里叶变换到频域后通过滤波频响乘法后再进行傅里叶反变换实现。
上述用于无线通信的中继方法所述的中继节点的跳数可以是包含1在内的任意正整数。
上述用于无线通信的中继方法所述的基带信号发射处理包括：编码、交织、导频插入、信号成帧、滤波成型。
其中，编码的实施方式可以是卷积码、Reed-solomon(RS)码、LDPC码、Turbo码中的一种或多种的级联组合；
其中，交织的实施方式可以是卷积交织、块交织的一种；
其中，导频插入的实施方式可以是离散导频、连续导频的一种或两种的组合；
其中，信号成帧的实施方式可以是通过在数据帧前面或后面插入帧同步序列的方式来实现；
其中，滤波成形的实施方式可以是升余弦滚降滤波、平方根升余弦滚降滤波、匹配滤波、巴特沃兹滤波、契比雪夫滤波的一种。
上述用于无线通信的中继方法所述的基带信号接收处理包括：滤波、载波同步、定时同步、帧同步、信道估计、信道均衡、解交织、解码。
其中，编码的实施方式可以是卷积码、Reed-solomon(RS)码、LDPC码、Turbo码中的一种或多种的级联组合；
其中，交织的实施方式可以是卷积交织、块交织的一种；
其中，导频插入的实施方式可以是离散导频、连续导频的一种或两种的组合；
其中，信号成帧的实施方式可以是通过在数据帧前面或后面插入帧同步序列的方式来实现；
其中，滤波成形的实施方式可以是升余弦滚降滤波、平方根升余弦滚降滤波、匹配滤波、巴特沃兹滤波、契比雪夫滤波的一种。
上述实施例1中的步骤2)、步骤4)中所述的基带信号接收处理包括：滤波、载波同步、定时同步、帧同步、信道估计、信道均衡、解交织、解码。
其中，滤波的实施方式可以是升余弦滚降滤波、平方根升余弦滚降滤波、匹配滤波、巴特沃兹滤波、契比雪夫滤波的一种；
其中，载波同步的实施方式是导频载波信息的捕获和跟踪；
其中，定时同步的实施方式是导频定时信息的捕获和跟踪；
其中，帧同步的实施方式是帧同步序列相关峰的捕获和跟踪；
其中，信道估计的实施方式可以是频域信道估计、时域信道估计、相干信道估计、非相干信道估计的一种；
其中，信道均衡的实施方式可以是频域均衡、时域均衡、反馈均衡的一种；
其中，解交织的实施方式可以是卷积解交织、块解交织的一种；
其中，解码的实施方式可以是卷积解码、Reed-solomon(RS)解码、LDPC解码、Turbo解码中的一种或多种的级联组合。
本发明提出的中继方法的工作原理如图1所示。终端0试图与终端4进行通信，系统共划分有4个时隙。终端0使用时隙1进行信号传输；与终端0就近的终端1_1、终端1_2和终端1_3处于中继的第一级，终端1_1、终端1_2和终端1_3接收到来自终端0发射的数据信息后，通过本发明提出的中继判决方法来判决达到中继条件后，通过本发明提出的中继方法进行载波频偏及定时频偏预矫正后，使用时隙2进行信号中继传输；终端2_1、终端2_2、终端2_3和终端2_4处于中继的第二级，终端2_1接收到来自终端1_1和终端1_2中继的数据信息后，通过本发明提出的中继判决方法来判决达到中继条件后，通过本发明提出的中继方法进行载波频偏及定时频偏预矫正后，使用时隙3进行信号中继传输；终端2_2接收到来自终端1_1、终端1_2和终端1_3中继的数据信息后，通过本发明提出的中继判决方法来判决达到中继条件后，通过本发明提出的中继方法进行载波频偏及定时频偏预矫正后，使用时隙3进行信号中继传输；终端2_3接收到来自终端终端1_3中继的数据信息后，通过本发明提出的中继判决方法来判决达到中继条件后，通过本发明提出的中继方法进行载波频偏及定时频偏预矫正后，使用时隙3进行信号中继传输；终端2_4接收到来自终端1_3中继的数据信息后，通过本发明提出的中继判决方法来判决达到中继条件后，通过本发明提出的中继方法进行载波频偏及定时频偏预矫正后，使用时隙3进行信号中继传输；终端3_1和终端3_2处于中继的第三级，终端3_1接收到来自终端2_1和终端2_2中继的数据信息后，通过本发明提出的中继判决方法来判决达到中继条件后，通过本发明提出的中继方法进行载波频偏及定时频偏预矫正后，使用时隙4进行信号中继传输；终端3_2接收到来自终端2_1、终端2_2、终端2_3和终端2_4中继的数据信息后，通过本发明提出的中继判决方法来判决达到中继条件后，通过本发明提出的中继方法进行载波频偏及定时频偏预矫正后，使用时隙4进行信号中继传输；终端4接收到来自终端3_1和终端3_2中继的数据信息后，即完成了数据信息从终端0到终端4的传输。数据信息从终端4到终端0的传输与上述数据信息从终端0到终端4的传输类似。这样，利用本发明提出的中继方法完成了终端0和终端4的多跳多点中继，系统在每一级中继线路上都有1到多个中继节点参与中继，并且由于中继节点在转发数据信息前已经进行了载波频偏和定时频偏的预矫正，在同一级的多个中继所中继的信号不会产生干扰，反而会得到信号的增强并能扩大覆盖范围。中继网络中的任意节点的离开不会影响其他中继线路上的中继质量，使得本发明提出的中继方法具有更好的可靠性和更大的覆盖范围。
传统的中继方法需要路由，工作原理如图2和图3所示。图中虚线代表路由可能选择的通信线路，实线代表路由实际选择的通信线路。在图2中，路由选择终端1_3作为第一级的中继节点、终端2_3作为第二级的中继节点、终端3_2作为第三级的中继节点，从而完成终端0和终端4的中继通信。传统中继方法的每一级均只有一个节点，是一个线状的多跳单点中继系统。此时如果终端1_3离开网络，路由将重新选择中继线路，新选择的中继线路如图3所示，路由选择终端1_1作为第一级的中继节点、终端2_2作为第二级的中继节点、终端3_1作为第三级的中继节点，从而完成终端0和终端4的中继通信。由此可见，传统中继方法是一个多跳单点的线状中继网络，中继线路中任意节点的移动、断线都会影响中继的质量与连通性，从而导致重复性的搜索和更新中继线路，降低了系统的可靠性与有效数据带宽。本发明提出的中继方法形成了一种多跳多点的网状中继网络，与传统的多跳单点的线状中继方式相比，有着稳定性可靠性高、无需路由的优势，能保证通信的连续性、可靠性和高效性。在中继过程中，任意节点可以接收处理来自多个节点同时转发的同一信号，将这些来自不同节点转发的信号进行信号合并，最大可能的解调原始信息。如图1所示，终端2_1收到了来自终1_1和终端1_2转发的终端0的相同信号，由于终端1_1和终端1_2在转发时已进行了载波频偏矫正和定时频偏矫正，终端2_1对其进行了合并，将干扰处理转换成为能量叠加，因此具有更大的传输距离和更高的传输可靠性。本发明开创性的中继方式不需要路由，多个节点自动判决是否启动转发，将中继由多跳单点线状中继提升为多跳多点网状中继，中继网络中任意节点发生断线脱网时，中继网络中的其它中继线路正常工作，使得中继效果不受影响。
本发明提出了一种用于无线通信的中继装置，它含有：
系统控制模块：它与数据选择模块相连，提供数据选择控制信号给数据选择模块，用于控制数据信息的选择；它与收发射频开关模块相连，提供收发控制信号给收发射频开关模块，进行射频信号的收发控制；它与定时频偏及载波频偏估计模块相连，获取定时频偏和载波频偏估计；它与基带信号接收模块相连，获取场强和迭代次数，进行中继判决，生成预矫正控制信号；它与定时频偏及载波频偏矫正模块相连，提供预矫正控制信号给定时频偏及载波频偏矫正模块，用于控制定时频偏和载波频偏的预矫正；
数据选择模块：它与系统控制模块、基带信号接收模块、基带信号发射模块相连，根据数据选择控制信号来选择来自外部的数据信息输入和来自基带信号接收模块的数据信息输出之一，作为送给基带信号发射模块的数据信息；当系统处于一般模式时，选择来自外部的数据信息输入，当系统处于中继模式时，选择来自基带信号接收模块的数据信息输出；
基带发射模块，它与数据选择模块、定时频偏及载波频偏矫正模块相连，将来自数据选择模块输出的数据信息进行基带信号发射处理后送给定时频偏及载波频偏矫正模块；
定时频偏及载波频偏矫正模块：它与基带信号发射模块、系统控制模块、上变频模块相连，按照系统控制模块提供的预矫正控制信号对来自基带信号发射模块输出的基带发射信号进行定时频偏和载波频偏的矫正后，送给上变频模块；
上变频模块：它与定时频偏及载波频偏矫正模块、射频开关模块相连，将定时频偏及载波频偏矫正模块处理后的基带发射信号进行上变频到射频，并送给射频开关模块；
射频开关模块：它与上变频模块、下变频模块、系统控制模块相连，根据系统控制模块提供的收发控制信号，进行射频开关控制，当收发控制信号处于发射状态时，将上变频模块输出的射频信号送到射频载波上，当收发控制信号处于接收状态时，将射频载波上的射频信号送给下变频模块；
下变频模块：它与射频开关模块、定时频偏及载波频偏估计模块、基带信号接收模块相连，从射频开关模块获取射频信号，进行下变频处理后输出基带接收信号，并送给定时频偏及载波频偏估计模块、基带信号接收模块；
定时频偏及载波频偏估计模块：它与下变频模块、系统控制模块相连，从下变频模块获取基带接收信号后进行定时频偏和载波频偏估计，并将所估计的定时频偏和载波频偏送给系统控制模块；
基带信号接收模块：它与下变频模块、数据选择模块、系统控制模块相连，从下变频模块获取基带接收信号后进行基带信号接收处理，将处理后得到的数据信息送给数据选择模块，同时输出，将处理后得到的场强和迭代次数信息送给系统控制模块。
上述的无线中继装置中所述的基带信号发射模块包括编码模块、交织模块、导频插入模块、信号成帧模块、滤波成型模块，如图6所示。
其中，编码模块的实施方式可以是卷积码模块、Reed-solomon(RS)码模块、LDPC码模块、Turbo码模块中的一种或多种的级联组合；
其中，交织模块的实施方式可以是卷积交织模块、块交织模块的一种；
其中，导频插入模块的实施方式可以是离散导频模块、连续导频模块的一种或两种的组合；
其中，信号成帧模块的实施方式可以是通过在数据帧前面或后面插入帧同步序列的模块来实现；
其中，滤波成形模块的实施方式可以是升余弦滚降滤波模块、平方根升余弦滚降滤波模块、匹配滤波模块、巴特沃兹滤波模块、契比雪夫滤波模块的一种。
上述的无线中继装置中所述的基带信号接收模块包括滤波模块、载波同步模块、定时同步模块、帧同步模块、信道估计模块、信道均衡模块、解交织模块、解码模块，如图7所示。
其中，滤波模块的实施方式可以是升余弦滚降滤波模块、平方根升余弦滚降滤波模块、匹配滤波模块、巴特沃兹滤波模块、契比雪夫滤波模块的一种。
其中，载波同步模块的实施方式是导频载波信息的捕获和跟踪模块。
其中，定时同步模块的实施方式是导频定时信息的捕获和跟踪模块。
其中，帧同步模块的实施方式是帧同步序列相关峰的捕获和跟踪模块。
其中，信道估计模块的实施方式可以是频域信道估计模块、时域信道估计模块、相干信道估计模块、非相干信道估计模块的一种。
其中，信道均衡模块的实施方式可以是频域均衡模块、时域均衡模块、反馈均衡模块的一种。
其中，解交织模块的实施方式可以是卷积解交织模块、块解交织模块的一种。
其中，解码模块的实施方式可以是卷积解码模块、Reed-solomon(RS)解码模块、LDPC解码模块、Turbo解码模块中的一种或多种的级联组合。
上述的无线中继装置中所述的定时频偏及载波频偏矫正模块包括定时频偏矫正模块和载波频偏矫正模块，其中，定时频偏矫正模块为插值滤波模块，可以通过FIR内插滤波模块实现，也可以通过IIR内插滤波模块实现，还可以通过傅里叶变换到频域后通过滤波频响乘法后再进行傅里叶反变换的模块实现。
上述的无线中继装置中所述的定时频偏及载波频偏矫正模块包括定时频偏矫正模块和载波频偏矫正模块，其中，载波频偏矫正模块为共轭乘法模块。
上述的无线中继装置中所述的定时频偏及载波频偏估计模块包括定时频偏估计模块和载波频偏估计模块，其中，载波频偏估计模块为导频估计模块或帧同步序列相关估计模块。导频估计模块，即在导频处的相位偏移的递增量统计除以导频递增数的模块；帧同步序列相关估计模块，即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的相位偏移除以相邻两个相关峰距离的模块。
上述的无线中继装置中所述的定时频偏及载波频偏估计模块包括定时频偏估计模块和载波频偏估计模块，其中，定时频偏估计模块为导频估计模块或帧同步序列相关估计模块。导频估计模块，即在导频处的时间偏移的递增量统计除以导频递增数的模块；帧同步序列相关估计模块，即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的时间偏移除以相邻两个相关峰距离的模块。
上述的无线中继装置中所述的系统控制模块包括中继判决模块，该中继判决模块包括数据信息无误判决器和接收信号质量判决器。
上述的无线中继装置中所述的数据信息无误判决器包括CRC校验判决器或解码迭代次数判决器中的一种。
上述的无线中继装置中所述的接收信号质量判决器包括接收信号场强判决器、译码迭代次数判决器和同步跟踪精度判决器中的一种或多种的级联组合。
基于本发明提出的一种用于无线通信的中继装置可以完成多点同步中继并形成中继网络。在该中继网络中，由于用户终端的随机移动、节点的随时开机和关机、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影响，终端间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。本发明提出的一种用于无线通信的中继装置不需要路由，多个节点自动判决是否启动转发，将中继由多跳单点线状中继提升为多跳多点网状中继，中继网络中任意节点发生断线脱网时，中继网络中的其它中继线路正常工作，使得中继效果不受影响。本发明提出的中继装置所形成的中继网络具有自组织性，具有动态变化的网络拓扑结构，网络中没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，是一种对等式网络。节点能够随时加入和离开网络，任何节点的故障都不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
附图说明
图1为本发明的用于无线通信的中继方法示意图；
图2为传统中继系统的一种中继链路示意图；
图3为传统中继系统的另一种中继链路示意图；
图4为本发明实施例1所使用的中继链路示意图；
图5为本发明的用于无线通信的中继装置示意图；
图6为本发明的基带信号发射模块示意图；
图7为本发明的基带信号接收模块示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种用于无线通信的中继方法和装置，现结合附图和实施例说明如下。本发明提出的用于无线通信的中继方法的示意图如图1所示，本发明提出的用于无线通信的中继装置的示意图如图5所示。
实施例1
系统共有2个时隙、1跳中继、4个通信终端，如图4所示。通过以下步骤完成终端0和终端2的中继通信：
1）终端0将数据信息进行基带信号发射处理后上变频到射频载波上去，在时隙1发射；
2）终端1_1终端1_2接收来自终端0的射频信号后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息，并进行载波频偏估计和定时频偏估计，进行是否中继的判决；
3）终端1_1和终端1_2判决需要中继，对所需中继的数据信息进行基带信号发射处理后，预先矫正载波频偏和定时频偏，并上变频到射频载波上去，在时隙2发射；
4）终端2接收来自终端1_1和终端1_2的射频信号后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息。
上述实施例1中的步骤2)中所述的判决方法为：当还原的数据信息无误并且接收信号质量达到预设标准后才进行中继。接收信号质量为接收信号场强、译码迭代次数和同步跟踪精度的一种或多种的组合。
上述数据信息无误的检测方式可以是：
实施方式一：通过CRC校验是否成功来判断，CRC校验成功则说明数据信息无误，CRC校验失败则说明数据信息有误；
实施方式二：通过解码的迭代次数是否达到最大迭代次数来判断，当解码迭代次数未达到最大迭代次数时则说明数据信息无误，当解码迭代次数达到最大迭代次数时则说明数据信息有误。
上述接收信号质量预设标准的实施方式可以是：
实施方式一：接收信号场强不小于-95dBm、并且迭代次数不大于最大迭代次数的35％、并且同步跟踪精度达到误差小于2％；
实施方式二：接收信号场强大于-87dBm、并且迭代次数小于最大迭代次数的1/2、并且同步跟踪精度达到误差不大于9‰；
实施方式三：接收信号场强不小于-73dBm、并且迭代次数不大于最大迭代次数的1/3、并且同步跟踪精度达到误差小于2‰；
实施方式四：接收信号场强不小于-65dBm；
实施方式五：迭代次数不大于最大迭代次数的40％；
实施方式六：同步跟踪精度达到误差小于6‰；
实施方式七：接收信号场强大于-81dBm、并且迭代次数小于最大迭代次数的1/2；
实施方式八：接收信号场强大于-86dBm、同步跟踪精度达到误差不大于5‰；
实施方式九：迭代次数小于最大迭代次数的1/3、并且同步跟踪精度达到误差不大于0.1‰。
上述接收信号质量预设标准的各种阈值设定及各种组合方式均是本发明保护的内容。
上述实施例1中的步骤2)中所述的载波频偏估计方法的实施方式可以是：
实施方式一：导频估计法，即在导频处的相位偏移的递增量统计除以导频递增数得到载波频偏估计；
实施方式二：帧同步序列相关估计法，即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的相位偏移除以相邻两个相关峰的距离即可得到载波频偏估计。
上述实施例1中的步骤2)中所述的定时频偏估计方法的实施方式可以是：
实施方式一：导频估计法，即在导频处的时间偏差量除以导频递增数得到定时频偏估计；
实施方式二：帧同步序列相关估计法，即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的时间偏移除以相邻两个相关峰的距离即可得到定时频偏估计。
上述实施例1中的步骤3)中所述的载波频偏矫正方法为共轭乘法，即用所估计的载波频偏形成的相位偏移序列与所发射的信号进行共轭乘法。
上述实施例1中的步骤3)中所述的定时频偏矫正方法为插值滤波，其实施方式可以是：
实施方式一：通过FIR内插滤波器实现；
实施方式二：通过IIR内插滤波器实现；
实施方式三：通过傅里叶变换到频域后通过滤波频响乘法后再进行傅里叶反变换实现。
上述实施例1中的步骤1)、步骤3)中所述的基带信号发射处理包括：编码、交织、导频插入、信号成帧、滤波成型。
其中，编码的实施方式可以是卷积码、Reed-solomon(RS)码、LDPC码、Turbo码中的一种或多种的级联组合；
其中，交织的实施方式可以是卷积交织、块交织的一种；
其中，导频插入的实施方式可以是离散导频、连续导频的一种或两种的组合；
其中，信号成帧的实施方式可以是通过在数据帧前面或后面插入帧同步序列的方式来实现；
其中，滤波成形的实施方式可以是升余弦滚降滤波、平方根升余弦滚降滤波、匹配滤波、巴特沃兹滤波、契比雪夫滤波的一种。
上述实施例1中的步骤2)、步骤4)中所述的基带信号接收处理包括：滤波、载波同步、定时同步、帧同步、信道估计、信道均衡、解交织、解码。
其中，滤波的实施方式可以是升余弦滚降滤波、平方根升余弦滚降滤波、匹配滤波、巴特沃兹滤波、契比雪夫滤波的一种；
其中，载波同步的实施方式是导频载波信息的捕获和跟踪；
其中，定时同步的实施方式是导频定时信息的捕获和跟踪；
其中，帧同步的实施方式是帧同步序列相关峰的捕获和跟踪；
其中，信道估计的实施方式可以是频域信道估计、时域信道估计、相干信道估计、非相干信道估计的一种；
其中，信道均衡的实施方式可以是频域均衡、时域均衡、反馈均衡的一种；
其中，解交织的实施方式可以是卷积解交织、块解交织的一种；
其中，解码的实施方式可以是卷积解码、Reed-solomon(RS)解码、LDPC解码、Turbo解码中的一种或多种的级联组合。
在实施例1中，时隙数量还可以是3、4、5、6、8、16等任意正整数，终端数量还可以是3、5、6、8、12、16等任意正整数，中继跳数还可以是2、3、4、5、6、8等任意正整数。时隙数量、终端数量、中继跳数的任意选择均是本发明所保护的内容。
实施例2
系统共有4个时隙、3跳中继、11个通信终端，如图1所示。通过以下步骤完成终端0和终端4的中继通信：
1）终端0将数据信息进行基带信号发射处理后上变频到射频载波上去，在时隙1发射；
2）第一级中继：终端1_1、终端1_2和终端1_3接收来自终端0的射频信号后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息，并进行载波频偏估计和定时频偏估计，进行是否中继的判决；
3）终端1_1、终端1_2和终端1_3判决需要中继，对所需中继的数据信息进行基带信号发射处理后，预先矫正载波频偏和定时频偏，并上变频到射频载波上去，在时隙2发射；
4）第二级中继：终端2_1接收来自终端1_1和终端1_2的射频信号，终端2_2接收来自终端1_1、终端1_2和终端1_3的射频信号，终端2_3接收来自终端1_3的射频信号，终端2_4接收来自终端1_3的射频信号；然后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息，并进行载波频偏估计和定时频偏估计，进行是否中继的判决；
5）终端2_1、终端2_2、终端2_3和终端2_4判决需要中继，对所需中继的数据信息进行基带信号发射处理后，预先矫正载波频偏和定时频偏，并上变频到射频载波上去，在时隙3发射；
6）第三级中继：终端3_1接收来自终端2_1和终端2_2的射频信号，终端3_2接收来自终端2_1、终端2_2、终端2_3和终端2_4的射频信号；然后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息，并进行载波频偏估计和定时频偏估计，进行是否中继的判决；
7）终端3_1和终端3_2判决需要中继，对所需中继的数据信息进行基带信号发射处理后，预先矫正载波频偏和定时频偏，并上变频到射频载波上去，在时隙4发射；
8）终端4接收来自终端3_1和终端3_2的射频信号后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息。
上述实施例2中的步骤2)、步骤4)和步骤6)中所述的判决方法为：当还原的数据信息无误并且接收信号质量达到预设标准后才进行中继。接收信号质量为接收信号场强、译码迭代次数和同步跟踪精度的一种或多种的组合。
上述数据信息无误的检测方式可以是：
实施方式一：通过CRC校验是否成功来判断，CRC校验成功则说明数据信息无误，CRC校验失败则说明数据信息有误；
实施方式二：通过解码的迭代次数是否达到最大迭代次数来判断，当解码迭代次数未达到最大迭代次数时则说明数据信息无误，当解码迭代次数达到最大迭代次数时则说明数据信息有误。
上述接收信号质量预设标准的实施方式可以是：
实施方式一：接收信号场强不小于-90dBm、并且迭代次数不大于最大迭代次数的1/2、并且同步跟踪精度达到误差小于1％；
实施方式二：接收信号场强大于-80dBm、并且迭代次数小于最大迭代次数的1/3、并且同步跟踪精度达到误差不大于5‰；
实施方式三：接收信号场强不小于-70dBm、并且迭代次数不大于最大迭代次数的1/4、并且同步跟踪精度达到误差小于1‰；
实施方式四：接收信号场强不小于-75dBm；
实施方式五：迭代次数不大于最大迭代次数的30％；
实施方式六：同步跟踪精度达到误差小于3‰；
实施方式七：接收信号场强大于-80dBm、并且迭代次数小于最大迭代次数的1/3；
实施方式八：接收信号场强大于-83dBm、同步跟踪精度达到误差不大于7‰；
实施方式九：迭代次数小于最大迭代次数的1/2、并且同步跟踪精度达到误差不大于1‰。
上述接收信号质量预设标准的各种阈值设定及各种组合方式均是本发明保护的内容。
上述实施例2中的步骤2)、步骤4)和步骤6)中所述的载波频偏估计方法的实施方式可以是：
实施方式一：导频估计法，即在导频处的相位偏移的递增量统计除以导频递增数得到载波频偏估计；
实施方式二：帧同步序列相关估计法，即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的相位偏移除以相邻两个相关峰的距离即可得到载波频偏估计。
上述实施例2中的步骤2)、步骤4)和步骤6)中所述的定时频偏估计方法的实施方式可以是：
实施方式一：导频估计法，即在导频处的时间偏差量除以导频递增数得到定时频偏估计；
实施方式二：帧同步序列相关估计法，即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的时间偏移除以相邻两个相关峰的距离即可得到定时频偏估计。
上述实施例2中的步骤3)、步骤5)和步骤7)中所述的载波频偏矫正方法为共轭乘法，即用所估计的载波频偏形成的相位偏移序列与所发射的信号进行共轭乘法。
上述实施例2中的步骤3)、步骤5)和步骤7)中所述的定时频偏矫正方法为插值滤波，其实施方式可以是：
实施方式一：通过FIR内插滤波器实现；
实施方式二：通过IIR内插滤波器实现；
实施方式三：通过傅里叶变换到频域后通过滤波频响乘法后再进行傅里叶反变换实现。
上述实施例2中的步骤1)、步骤3)、步骤5)和步骤7)中所述的基带信号发射处理包括：编码、交织、导频插入、信号成帧、滤波成型。
其中，编码的实施方式可以是卷积码、Reed-solomon(RS)码、LDPC码、Turbo码中的一种或多种的级联组合；
其中，交织的实施方式可以是卷积交织、块交织的一种；
其中，导频插入的实施方式可以是离散导频、连续导频的一种或两种的组合；
其中，信号成帧的实施方式可以是通过在数据帧前面或后面插入帧同步序列的方式来实现；
其中，滤波成形的实施方式可以是升余弦滚降滤波、平方根升余弦滚降滤波、匹配滤波、巴特沃兹滤波、契比雪夫滤波的一种。
上述实施例2中的步骤2)、步骤4)、步骤6)和步骤8)中所述的基带信号接收处理包括：滤波、载波同步、定时同步、帧同步、信道估计、信道均衡、解交织、解码。
其中，滤波的实施方式可以是升余弦滚降滤波、平方根升余弦滚降滤波、匹配滤波、巴特沃兹滤波、契比雪夫滤波的一种；
其中，载波同步的实施方式是导频载波信息的捕获和跟踪；
其中，定时同步的实施方式是导频定时信息的捕获和跟踪；
其中，帧同步的实施方式是帧同步序列相关峰的捕获和跟踪；
其中，信道估计的实施方式可以是频域信道估计、时域信道估计、相干信道估计、非相干信道估计的一种；
其中，信道均衡的实施方式可以是频域均衡、时域均衡、反馈均衡的一种；
其中，解交织的实施方式可以是卷积解交织、块解交织的一种；
其中，解码的实施方式可以是卷积解码、Reed-solomon(RS)解码、LDPC解码、Turbo解码中的一种或多种的级联组合。
在实施例2中，时隙数量还可以是2、3、5、6、8等任意正整数，终端数量还可以是3、4、5、6、16等任意正整数，中继跳数还可以是1、2、3、5、6、8等任意正整数。时隙数量、终端数量、中继跳数的任意选择均是本发明所保护的内容。
实施例3
本发明提出的用于无线通信的中继装置如图5所示。一种用于无线通信的中继装置，它含有：
系统控制模块：它与数据选择模块相连，提供数据选择控制信号给数据选择模块，用于控制数据信息的选择；它与收发射频开关模块相连，提供收发控制信号给收发射频开关模块，进行射频信号的收发控制；它与定时频偏及载波频偏估计模块相连，获取定时频偏和载波频偏估计；它与基带信号接收模块相连，获取场强和迭代次数，进行中继判决，生成预矫正控制信号；它与定时频偏及载波频偏矫正模块相连，提供预矫正控制信号给定时频偏及载波频偏矫正模块，用于控制定时频偏和载波频偏的预矫正；
数据选择模块：它与系统控制模块、基带信号接收模块、基带信号发射模块相连，根据数据选择控制信号来选择来自外部的数据信息输入和来自基带信号接收模块的数据信息输出之一，作为送给基带信号发射模块的数据信息；当系统处于一般模式时，选择来自外部的数据信息输入，当系统处于中继模式时，选择来自基带信号接收模块的数据信息输出；
基带发射模块，它与数据选择模块、定时频偏及载波频偏矫正模块相连，将来自数据选择模块输出的数据信息进行基带信号发射处理后送给定时频偏及载波频偏矫正模块；
定时频偏及载波频偏矫正模块：它与基带信号发射模块、系统控制模块、上变频模块相连，按照系统控制模块提供的预矫正控制信号对来自基带信号发射模块输出的基带发射信号进行定时频偏和载波频偏的矫正后，送给上变频模块；
上变频模块：它与定时频偏及载波频偏矫正模块、射频开关模块相连，将定时频偏及载波频偏矫正模块处理后的基带发射信号进行上变频到射频，并送给射频开关模块；
射频开关模块：它与上变频模块、下变频模块、系统控制模块相连，根据系统控制模块提供的收发控制信号，进行射频开关控制，当收发控制信号处于发射状态时，将上变频模块输出的射频信号送到射频载波上，当收发控制信号处于接收状态时，将射频载波上的射频信号送给下变频模块；
下变频模块：它与射频开关模块、定时频偏及载波频偏估计模块、基带信号接收模块相连，从射频开关模块获取射频信号，进行下变频处理后输出基带接收信号，并送给定时频偏及载波频偏估计模块、基带信号接收模块；
定时频偏及载波频偏估计模块：它与下变频模块、系统控制模块相连，从下变频模块获取基带接收信号后进行定时频偏和载波频偏估计，并将所估计的定时频偏和载波频偏送给系统控制模块；
基带信号接收模块：它与下变频模块、数据选择模块、系统控制模块相连，从下变频模块获取基带接收信号后进行基带信号接收处理，将处理后得到的数据信息送给数据选择模块，同时输出，将处理后得到的场强和迭代次数信息送给系统控制模块。
上述实施例3所述的基带信号发射模块包括编码模块、交织模块、导频插入模块、信号成帧模块、滤波成型模块，如图6所示。
其中，编码模块的实施方式可以是卷积码模块、Reed-solomon(RS)码模块、LDPC码模块、Turbo码模块中的一种或多种的级联组合；
其中，交织模块的实施方式可以是卷积交织模块、块交织模块的一种；
其中，导频插入模块的实施方式可以是离散导频模块、连续导频模块的一种或两种的组合；
其中，信号成帧模块的实施方式可以是通过在数据帧前面或后面插入帧同步序列的模块来实现；
其中，滤波成形模块的实施方式可以是升余弦滚降滤波模块、平方根升余弦滚降滤波模块、匹配滤波模块、巴特沃兹滤波模块、契比雪夫滤波模块的一种。
上述实施例3所述的基带信号接收模块包括滤波模块、载波同步模块、定时同步模块、帧同步模块、信道估计模块、信道均衡模块、解交织模块、解码模块，如图7所示。
其中，滤波模块的实施方式可以是升余弦滚降滤波模块、平方根升余弦滚降滤波模块、匹配滤波模块、巴特沃兹滤波模块、契比雪夫滤波模块的一种；
其中，载波同步模块的实施方式是导频载波信息的捕获和跟踪模块；
其中，定时同步模块的实施方式是导频定时信息的捕获和跟踪模块；
其中，帧同步模块的实施方式是帧同步序列相关峰的捕获和跟踪模块；
其中，信道估计模块的实施方式可以是频域信道估计模块、时域信道估计模块、相干信道估计模块、非相干信道估计模块的一种；
其中，信道均衡模块的实施方式可以是频域均衡模块、时域均衡模块、反馈均衡模块的一种；
其中，解交织模块的实施方式可以是卷积解交织模块、块解交织模块的一种；
其中，解码模块的实施方式可以是卷积解码模块、Reed-solomon(RS)解码模块、LDPC解码模块、Turbo解码模块中的一种或多种的级联组合。
上述实施例3所述的定时频偏及载波频偏矫正模块包括定时频偏矫正模块和载波频偏矫正模块。
上述定时频偏矫正模块为插值滤波模块，其实施方式可以是：
实施方式一：通过FIR内插滤波模块实现；
实施方式二：通过IIR内插滤波模块实现；
实施方式三：通过傅里叶变换到频域后通过滤波频响乘法后再进行傅里叶反变换的模块实现。
上述载波频偏矫正模块为共轭乘法模块。
上述实施例3所述的定时频偏及载波频偏估计模块包括定时频偏估计模块和载波频偏估计模块。
上述载波频偏估计模块为导频估计模块或帧同步序列相关估计模块，实施方式可以是：
实施方式一：导频估计模块，即在导频处的相位偏移的递增量统计除以导频递增数的模块；
实施方式二：帧同步序列相关估计模块，即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的相位偏移除以相邻两个相关峰距离的模块。
上述定时频偏估计模块为导频估计模块或帧同步序列相关估计模块，实施方式可以是：
实施方式一：导频估计模块，即在导频处的时间偏差量除以导频递增数的模块；
实施方式二：帧同步序列相关估计模块，即利用本地帧同步序列与接收到的帧同步序列做相关运算后，通过相邻两个相关峰的时间偏移除以相邻两个相关峰距离的模块。
上述实施例3所述的系统控制模块包括中继判决模块，该中继判决模块包括数据信息无误判决器和接收信号质量判决器。
上述数据信息无误判决器的实施方式可以是：
实施方式一：通过CRC校验判决器实现，CRC校验成功则说明数据信息无误，CRC校验失败则说明数据信息有误；
实施方式二：通过解码迭代次数判决器实现，当解码迭代次数未达到最大迭代次数时则说明数据信息无误，当解码迭代次数达到最大迭代次数时则说明数据信息有误。
上述接收信号质量判决器包括接收信号场强判决器、译码迭代次数判决器和同步跟踪精度判决器的一种或多种的级联组合，实施方式可以是：
实施方式一：用接收信号场强判决器、译码迭代次数判决器和同步跟踪精度判决器的级联来实现，判决标准为：接收信号场强不小于-90dBm、并且迭代次数不大于最大迭代次数的1/2、并且同步跟踪精度达到误差小于1％；
实施方式二：用接收信号场强判决器、译码迭代次数判决器和同步跟踪精度判决器的级联来实现，判决标准为：接收信号场强大于-80dBm、并且迭代次数小于最大迭代次数的1/3、并且同步跟踪精度达到误差不大于5‰；
实施方式三：用接收信号场强判决器、译码迭代次数判决器和同步跟踪精度判决器的级联来实现，判决标准为：接收信号场强不小于-70dBm、并且迭代次数不大于最大迭代次数的1/4、并且同步跟踪精度达到误差小于1‰；
实施方式四：仅使用接收信号场强判决器，判决标准为：接收信号场强不小于-75dBm；
实施方式五：仅使用译码迭代次数判决器，判决标准为：迭代次数不大于最大迭代次数的30％；
实施方式六：仅使用同步跟踪精度判决器，判决标准为：同步跟踪精度达到误差小于3‰；
实施方式七：用接收信号场强判决器、译码迭代次数判决器的级联来实现，判决标准为：接收信号场强大于-80dBm、并且迭代次数小于最大迭代次数的1/3；
实施方式八：用接收信号场强判决器、同步跟踪精度判决器的级联来实现，判决标准为：接收信号场强大于-83dBm、同步跟踪精度达到误差不大于7‰；
实施方式九：用译码迭代次数判决器和同步跟踪精度判决器的级联来实现，判决标准为：迭代次数小于最大迭代次数的1/2、并且同步跟踪精度达到误差不大于1‰。
上述接收信号质量预设标准的各种阈值设定及各种组合方式均是本发明保护的内容。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。
Claims (11)
1.一种用于无线通信的中继方法，其特征在于它包含以下步骤：
（1）发射节点将数据信息进行基带信号发射处理后上变频到射频载波上去，在时隙1发射；
（2）中继节点接收来自发射节点或上级中继节点的射频信号后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息，并进行载波频偏估计和定时频偏估计，进行是否中继的判决；
（3）判决需要中继的节点对所需中继的数据信息进行基带信号发射处理后，预先矫正载波频偏和定时频偏，并上变频到射频载波上去，在下一个时隙发射；
（4）接收节点接收来自一个或多个中继节点的射频信号后下变频到基带，进行基带信号接收处理后还原数据信息。
2.根据权利要求1所述的中继方法，其特征在于，所述的是否中继的判决方法为：当还原的数据信息无误并且接收信号质量达到预设标准后才进行中继。
3.根据权利要求2所述的中继方法，其特征在于，所述的接收信号质量为接收信号场强、译码迭代次数和同步跟踪精度的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的中继方法，其特征在于，所述的载波频偏估计方法为导频估计法或帧同步序列相关估计法。
5.根据权利要求1所述的中继方法，其特征在于，所述的定时频偏估计方法为导频估计法或帧同步序列相关估计法。
6.根据权利要求1所述的中继方法，其特征在于，所述的载波频偏矫正方法为共轭乘法。
7.根据权利要求1所述的中继方法，其特征在于，所述的定时频偏矫正方法为插值滤波。
8.根据权利要求1所述的中继方法，其特征在于，所述的中继节点的跳数可以是包含1在内的任意正整数。
9.根据权利要求1所述的中继方法，其特征在于，所述的基带信号发射处理包括：编码、交织、导频插入、信号成帧、滤波成型。
10.根据权利要求1所述的中继方法，其特征在于，所述的基带信号接收处理包括：滤波、载波同步、定时同步、帧同步、信道估计、信道均衡、解交织、解码。
11.一种用于无线通信的中继装置，其特征在于，该中继装置专用于实施如权利要求1-10之一所述的方法，其中，该中继装置包括多个功能模块，每个功能模块分别用于实施如权利要求1中记载的第1）至4）步骤。
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