CN1826761A - 无线中继网络中的干扰消除 - Google Patents

Abstract

根据本发明，将代表要在至少一条链路上传输一次以上的第一组信息的信号信息作为先验已知信号信息存储。它可以是先前接收和/或检测到的信息、自己已发送的信息或节点中的其它的可用相关信号信息。接收代表第二组信息的信号信息，其中，所述第一组信息的发送干扰所述第二组信息的接收。尽管存在干扰，但是仍可以利用已接收到的信号信息和至少部分先前存储的先验已知信号信息成功检测到所述第二组信息的至少一部分。所述信息是通过基于所接收到的信号信息和先验已知信息的相关部分的干扰消除来检测的。最好通过持续存储新检测到的信息来更新先验已知信号信息集合。

Description

无线中继网络中的干扰消除

技术领域

本发明一般地涉及通信网络，更具体地说涉及多跳、自组织和协作性中继网络等无线网络，其中多个用户共享共用的通信媒体，本发明旨在提高此类网络中的性能。

背景技术

用于多用户之间有效共享无线媒体的协议通常称为多路访问协议、信道访问方案或媒体访问方案。为了有效地(和常常公平地)共享无线媒体，多年来已经开发出了具体针对分布式网络，如多跳/自组织网络的各种信道访问方案。

经典的多路访问协议可以划分为两个主要类别：无冲突协议和基于竞用的协议。

无冲突多路访问协议

无冲突协议，有时也称为调度的信道访问协议，它确保任何时候执行的传输都成功，即不受其它传输干扰。无冲突传输可以通过以静态方式或动态方式为用户分配信道来实现。这常常分别表示为固定或动态调度。站点之间的精确协调的好处在于：经设计它可实现较高的效率，但代价是产生了复杂性且有时要交换大量控制流量。

在文献[1]中，Kleinrock和Sylvester建议在空间上调度和复用TDMA时隙。其思想是聚集可以同时使用而不会导致有害相互干扰的链路组(也称为无冲突矢量或集合(clique))。可以将若干这样的组加以标识，然后以类似TDMA帧的方式依次处理这些组。此方案通常称为STDMA，代表空间TDMA。

基于竞用的多路访问协议

基于竞用的协议与无冲突协议的基本区别在于：不保证传输成功。因此该协议需要制订一个在一旦发生冲突即予以解决的规程，以便最终成功地发送所有消息。

分组无线电网络或自组织网络中的一个常见问题是存在所谓的隐藏终端。参考图1，隐藏终端问题意味着：正在向B传输的节点A不知道另一个节点C向D(或可能向B)的传输干扰A向B的传输。其结果显然是B上发生冲突，这降低了各个方面(吞吐量、延迟等)的性能。自70年代中期已提出一些解决该问题的方式，因此我们简介一下这些经典的“解决方案”。但是，首先要注意CSMA[1]未处理这种问题，因为根据定义C和A不会无意中监听到彼此的传输。因此载波侦听被认为对于分组无线电网络是不适合的[3]。在最坏的情况下，CSMA的性能降低到ALOHA的性能[1]。

下面将描述解决隐藏终端问题的各种面向竞用的方法：

采用冲突避免的多路访问(MACA)

Karn提出的一种称为MACA(采用冲突避免的多路访问)的方法[4]基于发送请求发送(RTS)和清除发送(CTS)消息来确保B的邻节点知道谁将进行发送。假定A发出RTS，则B只要接收到该RTS就会以CTS进行响应。节点A接收到CTS消息并启动数据传输。另一方面，C避免发送任何东西，因为它已经监听到来自节点B的CTS。同样地，节点A周围监听到RTS消息的节点避免当A在等待CTS消息时发送任何东西。采用一种后退(back-off)方案来缓解重复发生RTS消息冲突的影响。

MACAW

在文献[5]中，Bhargawan等人改进了MACA协议，并将其重新命名为MACAW。他们对RTS消息引入了链路层确认以及CSMA。他们还通过基于源-目的地对而非节点来运行上述后退方案来提高公平性。此外还添加了用于拥塞控制的手段。IEEE 802.11现在其工作模式之一中采用了非常类似的RTS-CTS方案(称为DFWMAC)。

忙音多路访问(BTMA)

与MACA更相似的方法是忙音多路访问方案BTMA[6]。节点B不发送CTS消息，而是利用某个并行信道上的忙音(读取其它频率)来指示它很忙。只要B已经接收到它的地址内容，这就可以实现。但是，所提出的另一种更不用说有用的方法是，检测到分组传输的所有节点均发送忙音。后一种方法可能导致大面积的严重阻塞。任一方案的实际用途非常有限，主要在学术文献中大量出现。

其它经典的多路访问协议

另一种媒体访问技术基于直接序列码分多址DS-CDMA。原理上，两种方法均可行。

例如，再次参考图1，可以实施一些旨在确保节点A和C采用正交码并因此不会干扰彼此的机制。

另一种方法是利用接收器引导的扩频码。后者假定C将其数据发往节点D。注意，通过采用正交码，可由发送方划分可用的带宽资源。

面向多用户的多路访问协议

在文献[7]中，描述了一种多路访问协议，它将STDMA与多用户检测进行组合。在该方法中，在时间、空间以及接收功率上对传输进行调度。选择发射功率电平，以便通过使用多用户检测器可同时接收多个传输并将其解码。其好处在于，比之于经典的信道方案，网络吞吐量得以提高。

发明概述

本发明克服了现有技术方案的这些和其它缺点。

本发明的一般目的在于达到提高无线中继网络(如多跳网络、自组网络、协作性中继网络和基于转发器的网络)的性能，所述无线中继网络中，多个用户共享共用的通信媒体。具体而言，希望在吞吐量和延迟方面提高网络性能。

本发明的另一个目的在于提供一种改进的方法和装置，用于检测无线中继网络中的信号信息。

这些和其它目的通过所附权利要求限定的本发明来实现。

本发明基于如下观察：大多数干扰是由无线中继网络如多跳网络、自组网络、协作性中继网络和基于转发器的网络中至少一条链路上，且通常多于一条链路上多次传送的分组引起的。例如，在多跳网络中，信息可以在源和目的地之间的多跳(hop)或段(segment)中传输。虽然多次传输可能是因重发所致，但主要原因是同一分组或信息从节点到节点转发，直到到达目的地为止。

根据旨在将已经可用的信息用于信号检测过程的本发明，将代表第一组信息的信号信息作为先验已知信号信息存储，所述第一组信息包括至少要在至少一条链路上传送总共一次以上的至少一个数据单元。这可以是节点上先前接收到和/或检测到的信息、自己已发送(还包括已转发)的信息或以其它方式可用和相关的信号信息。随后，接收代表第二组信息的信号信息，其中所述第一组信息的一个或多个数据单元的传输干扰所述第二组信息的接收。尽管存在干扰，但是仍可以利用所述已接收到的信号信息和至少部分所述先前存储的先验已知信号信息成功检测到所述第二组信息的至少一部分。最好通过基于所接收到的信号信息和先验已知信息的相关部分的干扰消除来检测所述信息。

例如，所述存储的先验已知信号信息可以包括自己已发送的信息、先前接收到和检测到的信息、甚至是先前无意监听到的信息。

在许多应用中，所述第一组信息包含要在多于一条链路上总共传输一次以上的一个或多个数据单元。

最好通过结合新检测到的信息以及除去过时的信息来持续更新所述先验已知信号信息集合。

本发明因此通过存储和利用先验已知信息的创新机制为信道访问问题添加了一个新的方面，从而提高了网络性能和有效解决了经典的隐藏终端问题。更具体地说，已经证明本发明提供了较高的吞吐量并降低了延迟。

对于单用户或多个用户，可以按比特或码元或比特序列或码元序列来进行检测。检测可以对编码信息或信息比特进行。这意味着检测到的信息实际可以是解调的编码信息和/或既解调又解码的信息。

如上所述，本发明通常适用于诸如多跳网络、协作性中继网络和基于转发器的网络等无线中继网络。

应理解，本发明可以采用许多不同类型的干扰消除技术，包括显式和隐式干扰消除技术。例如，检测过程可以包括从所述接收到的信号信息中除去先验已知信号信息以生成剩余信号，然后将所述剩余信号解码。或者，可以通过对先前接收到的基带信号信息形式的先验已知信息与当前接收到的基带信号信息进行联合处理来检测所述信息。

所述检测过程可进一步基于传输调度信息执行，以便更精确地将先验已知信号信息的利用与所述干扰信号信息的传输实例相关联。

本发明具有如下优点：

●提高了网络性能；

●提高了吞吐量和降低了延迟；

●提供了经典隐藏终端问题的有效解决方案；

●成功信号检测的概率更高；

●允许开发专门设计的MAC(媒体访问控制)协议、路由方法、RRM(无线电资源管理)方案进一步提高性能。

在阅读本发明实施例的如下详细说明之后，可以理解本发明所提供的其它优点。

附图简介

结合附图参考如下描述，可以最佳地理解本发明及其其它目的和优点。

图1说明经典的隐藏终端问题；

图2以流程图说明根据本发明优选实施例的基本原理；

图3以流程图说明根据本发明优选实施例，具体基于多用户检测的本发明的基本原理；

图4以框图说明根据本发明优选实施例，结合了用于基于先验已知信息的干扰消除的装置的网络节点；

图5以示意序列图说明消除自己转发的数据所致干扰的示范情况；

图6以曲线图说明在采用和不采用所提出的干扰消除技术的情况下，图5所示系统的吞吐量性能按函数关系随信噪比变化的实例。

图7A-D以示意序列图说明消除无意监听到的数据所致干扰的示范情况；

图8以示意序列图说明相应于五个示例方案(包括两个参考方案)，2-跳中继信道中先验已知信息的干扰消除；

图9以曲线图说明相应于图8的五个示例方案，吞吐量性能按函数关系随信噪比变化的实例；

图10A-B以示意图说明协作性中继概念的一个示例；11以序列图说明在协作性中继的情况下，根据本发明实施例的干扰消除；图12A-B以示意图说明有并发的上行业务和下行业务的情况下协作性中继的概念；图13以序列图说明有并发的上行业务和下行业务的情况下协作性中继中根据本发明实施例的干扰消除；图14以流程图说明根据本发明优选实施例，具体基于联合处理规程的本发明基本原理；

图15以流程图说明根据本发明的优选实施例，显式干扰消除与剩余解码和将剩余基带信号作为先验已知信息存储混合的基本原理。

发明的详细说明

所有这些附图中，相同的参考标记用于表示对应的或相似的元素。

如上所述，现有技术的方法在吞吐量和延迟等方面都不是最优的。本发明基于如下观察：大多数干扰是由特别是诸如多跳网络、自组网络、协作性中继网络和基于转发器的网络等无线中继网络中一条或多条链路上多次传送的分组引起的。

本发明旨在将已经可用的信息利用于信号检测过程，最好基于：

●将代表第一组信息的信号信息作为先验已知信号信息存储，所述第一组信息包含要在至少一条(通常多于一条)链路上总共传输一次以上的一个或多个数据单元；

●接收代表第二组信息的信号信息，其中所述第一组信息的一个或多个数据单元的传输干扰所述第二组信息的接收；以及

●通过基于所述已接收到的信号信息和至少部分所述先前存储的先验已知信号信息的干扰消除来检测所述第二组信息的至少一部分。

所述第一组和第二组信息可以各自包含一个或多个数据单元，以及单用户检测和多用户检测是可以根据具体应用和设计选择来选择的可能的备选检测方式。应理解，本发明可以采用许多不同类型的干扰消除技术，包括显式和隐式干扰消除技术。

这样，通过维护和利用先验已知信号信息，可以有效地解决经典的隐藏终端问题，从而提高整个网络的性能。

因此，本发明提供利用多次传输的发生的接收器和/或信号检测模块(解码器)。这还允许开发专门设计的MAC(媒体访问控制)协议、路由方法、RRM(无线电资源管理)方案以进一步提高性能。

虽然常规多用户检测器的方法在选择最大吞吐量时性能良好，但它未能利用可用信息。

还应注意，混合ARQ(自动重复请求)方案还可以利用更早前发送的信息。但是在ARQ中，先前发送的信息和随后重发的信息在不同时隙上通过同一链路发往同一个节点，该方案仅用于有效的ARQ，而不用于干扰消除目的。

要注意，虽然下文讨论的焦点集中在多跳网络和所谓的协作性中继网络，但本发明一般地适用于其中相同信息在多条链路上传输多次的无线中继网络，包括基于转发器的网络。

下文中，将描述两个基本的示范概念。第一个概念集中在一种利用已检测到的分组的稍微更实际的方法。这将作为主要论题的引言和动机。第二个概念则更一般，而且性能必然更好，因为更多的信息得以保存和利用，但也表现出更高的复杂性。第三个混合形式是后来提出的，在第一个概念的低复杂性和第二个概念提供的高性能之间取得平衡的概念。

示范概念1

如上所述，多跳网络中的某些干扰是因较早接收到和转发的分组或正好从其它节点无意监听到的再次发送的分组所引起的。因为该信息在某种意义上是已知的先验信息，可以从接收到的信号中除去，而留下剩余信号进行解码。因此，由于可以提高信号噪声干扰比(SINR)，所以系统性能会提高。这种性能提高包括吞吐量增加、延迟减少和/或接收方稳健性提高。

在利用先验已知数据的检测器的图2所示流程图中概括了根据本发明优选实施例的基本原理。在步骤S1，接收信号，并判断是否存在以及有多少与该信号相关联的先验已知数据。在步骤S2A，基于先验已知信息执行信号检测。为此，可以从接收到的信号中消除(减去)先验已知数据所致的干扰来生成剩余信号，下文将对此予以详细说明。要注意虽然数据通常由分组，即若干1和0构成的字来表示，但它通常是从接收到的信号中减去的经调制的先验已知数据序列的一个或多个副本。然而，可以设想多种检测方法(如后进一步描述)。随后，对剩余信号进行解码，并例如通过CRC(循环冗余校验)来检查其有效性。如果通过检查，则在步骤S3将新近检测到或解码的数据与先前检测到或解码的数据序列存储在一起，以便持续更新先验已知信号信息。为了响应性，最好可以将该信息作为调制的序列存储(假定采用下文所述的干扰去除方法)，但是在存储容量有限和速度不是问题的情况下，将其存储为具有若干1和0的纯数据序列。在步骤S4，还将解码的数据转发到通常位于更高层的下一适当功能。在将该数据发送到更高层之后，可以将其路由到另一个节点或由驻留在节点内的应用使用。或者，如果采用第一层转发，例如采用再生转发器功能，可以将解码的数据发送到第一层中的缓存器，随后再对其进行传送。在采用非再生转发器功能的另一个第一层转发实例中，可以将剩余信号(即消除先验已知序列的干扰之后)发送到第一层中的缓存器，随后再对其进行传送。注意解码数据的显式使用并不是这里所关注的。存储数据并将其转发到下一层的顺序是随意的。最后，因为一些数据越来越远，因此不会在所考虑的接收器中引起任何有害的干扰，或者最终到达目的地节点，并因此不再被发送，所以消除此类数据的影响没有什么作用。因此，在步骤S5，该数据可以从先前检测到的序列列表中除去。该除去操作可以例如由定时器启动(非常旧的消息可能过时，虽然未得到保证)或者由显式信今来触发。

上述方案可以加以调整/扩展以适应多用户检测的情况，如图3所示。检测器的一般形式是多用户检测器(MUD)，它同时接收多个分组，并尝试从接收到的信号中检测特定数量的消息或尽可能多的消息。根据优选实施例，多用户检测还通过将先验已知的检测的或解码的分组纳入考虑来执行，如步骤S2B所示。随后，更新检测的或解码的分组集合，以包括新检测到或解码的分组。

图4以框图说明根据本发明优选实施例，结合了用于基于先验已知信息的干扰消除的装置的网络节点。网络节点100在逻辑上被分成接收部分和发送部分，而且基本上包括连接到常规接收链10的天线、检测器单元20、用于存储先验已知信号信息的存储单元30、传输调度信息单元40、其它(更高层)功能50、更新控制单元60、发送队列70、封装单元80、调制和编码90和连接到天线的发送链95。

本发明主要关注网络节点100的接收器结构，且主要创新是在存储单元30中保持先验已知信号信息，并在检测器单元20执行的比特和/或序列检测(解调和/或解码)过程中利用该信息。检测器单元20可以是单用户检测器或多用户检测器，它通过基于来自接收链10的信号信息和来自存储单元30的先验已知信号信息的干扰消除来检测信号信息。例如，检测过程可以包括从所述接收到的信号信息中除去先验已知信号信息以生成剩余信号，然后将所述剩余信号解码。或者，信号信息可以通过将先前接收到的基带信号信息形式的先验已知信息与当前接收到的基带信号信息加以联合处理来检测。检测过程可进一步基于来自单元40的传输调度信息，对此下文将作更详细的说明。

检测之后，检测到或解码的数据通常转发到通常可能位于更高层的下一个适当功能50。在将该数据发送到更高层之后，可以将其路由到另一个节点或由节点内驻留的应用使用。当要将数据发送到另一个节点时，将其置于发送队列70中。从那里，该数据转移到封装单元80以进行封装和定址。封装的数据然后由单元90进行调制和编码，最后通过发送链95和天线进行发送。

在此特定实例中，节点适用于多跳分组无线电网络中。不过，应理解，协作性中继和某些多跳实现方案不一定要使用分组首部。还存在基于非再生中继的协作性中继方案，这意味着可以省略一些上述操作，如调制。

为更好地理解本发明，说明可应用本发明的一些示范场合将是有用的。下面首先参考图5和图6描述对自己转发的数据执行干扰消除的总体方案，然后，参考图7A-C描述对先前无意监听到的数据执行干扰消除。

自己转发/发送的数据：

出于说明目的，假定采用时隙媒体访问方案。参考图5的消息序列图，在时刻T₁，编码成信号S₁的数据从节点A发送到节点B，其中我们假定它被正确解码。在T₂，S₁从节点B发送到C，其中也假定它被正确解码。在T₃，发送分别编码成S₁和S₂的两个数据分组。在现有技术中，节点B从节点A的接收会受节点C传输的干扰。但在本发明中，由于消除了信号S1的影响，所以信号S₂的接收和检测、码元或序列检测都OK。

如果未采用本发明，则在T₃上干扰可能显著。通过考虑T₃时刻从节点A到节点B的分组传输的香农信道容量，给出一个过分简单但有指导性的实例。利用本发明，节点B将经历信噪比SNR＝P·G/N，其中P是发送功率，G是从节点A到节点B的路径增益以及N是噪声功率。但是，如果未采用本发明，如果节点C以功率P发送且至节点B的路径增益也是G，则有效信噪比是SNR_eff＝SNR/(SNR+1)。

图6中绘制了香农容量极限，以说明采用和不采用本发明提出的干扰消除方法的情况下吞吐量性能的实例。在实际的多跳系统中，存在严重的问题，因此必须增加复用距离，以不致于产生这种破坏性干扰效应。这也就意味着降低了吞吐量。

无意监听到的数据：

除了图5所示的实例，图7A-D中显示了不同情况的一些实例，其中，在后续干扰消除操作中利用了无意监听到的数据。

更为具体地说，在图7A中，编码成S₁和S₂的两个数据序列通过不同但相邻的路径传送。在时刻T₁，节点F无意监听(并正确解码)通过从节点A到节点B的链路传输的信号S₁。该信号S₁作为先验已知信息被存储在节点F。在时刻T₂，节点B通过另一条链路将S₁发送到节点C，并引起与节点F相关的干扰。节点F通过消除从节点B发送到节点C的干扰传输S₁来接收从节点E发送来的信号S₂并将其解码。

该性能提高难以分析方式确定，但是初始仿真表明可以成功抑止先验已知信号以提高整体吞吐量。但是，性能通常取决于谁接收、谁发送、发送什么以及何时发送的调度。对于不重要的情况，已表明理论上可以保证本发明会提高通信逼真度，并可以将其量化。还预计多跳情况下的增益一般会因通常消除一个以上的消息而高得多，而且最近无意监听到或转发的业务一般产生局部有害干扰。

图7B显示所谓的组播节点A的情况，它在时刻T₁向某个其它节点(这里表示为B)发送信号S₁。该信号被相邻节点F无意监听到(并正确解码)，节点F将该信号S₁作为先验已知信号信息存储。在时刻T₂，节点A将S₁发送到另一个节点(这里表示为C)，节点B通过另一条链路将S₁传送到节点C，并在节点F接收从节点E发送的信号S₂时引起与节点F有关的干扰。节点F通过消除干扰传输S₁来将从节点E发送的信号S₂正确地解码。

图7C显示又一种情况，其中节点A沿着两条并行路径向节点D发送信号S₁。在时刻T₁，节点A将S₁发送到节点B和C，在时刻T₂，节点B和C将S₁中继到节点D。在时刻T₁，信号S₁被相邻节点F无意监听到，节点F将该信号S₁作为先验已知信号信息存储。在时刻T₂，节点F通过消除从节点B和C发送到节点D的干扰传输S₁来接收从节点E发送的信号S₂并将其解码。

图7D显示一个示范情况，其中在节点A与节点B之间的同一条链路上在不同的时刻T₁和T₂发送信号S₁。在时刻T₁，该信号被相邻节点F无意监听到(并正确解码)，节点F将该信号S₁作为先验已知信号信息存储。在时刻T₂，节点A再次向节点B发送S₁，并因此在节点F接收从节点E发送来的信号S₂时引起与节点F有关的干扰。

中继：双向业务

中继信道是信息论中的一个经典问题[9]。具体地说，以具有三个节点的普通情况作为研究对象。我们将在这里举例说明本发明，结合具有三个节点的中继信道，更具体地说针对两个节点A和B之间的双向业务(一般不结合经典的中继信道来处理)，其中节点C设在两个源节点之间。图8示意性地说明相应于五个示例方案a-e，2-跳中继信道中先验已知信息的干扰消除，其中方案a、b和e采用本发明，而剩余情况c和d视作参考。注意，在本发明的方案a、b和e中，节点C将在信息S1和S2之间划分可用发送功率。在任何需要的时候采用多用户检测。在情况a和e中，信号交换在第二阶段发生，在情况b和c中发生在第三阶段而情况d中发生在第四阶段。根据本发明的示范实施例，节点A存储它自己发送的信号S₁以及节点B存储它自己发送的信号S₂，或存储其适合的表示。这使得中间中继节点C可以同时向节点A和节点B发送(代替分别发送)接收到的信号S₁和S₂。因为在并发传送的信号S₁和S₂中，节点A将消除S₁而节点B将消除S₂。这样，节点A可将S₂正确解码，而节点B可将S₁正确解码。在情况a)中，整个操作过程只涉及两个阶段，采用发往和来自中间中继节点的并发传输，其中，在中间中继节点C上进行多用户检测，而在节点A和B上进行干扰消除。

更仔细的加以研究，可以看到，采用先验已知信息的干扰消除代表信息论中继信道的一种创新扩展，这是之前未提出过的。

一般而言，中间中继节点因此配置为同时转发从通信节点接收到的信号信息，每个通信节点配置为通过将其自己发送的信号信息用作先验已知信息的干扰消除来检测来自其它节点的信号信息。

还要注意本发明可以与各种熟知的扩展情况相结合。例如，在方案b中，如果节点A和B分别存储来自节点B和节点A的单次传输的接收能量并在以后加以利用。但是，这样做的获益常常非常低，因此可能不值得。

假定节点A至C与节点B至C的间隔等距离，且每个节点在以总发送功率P发送，采用传播指数α＝4的幕函数路径损耗模型(power-law path loss model)和香农容量公式，则总的系统吞吐量将遵从图9所示的曲线图。有关推导的细节，请参阅附录A。

显然，虽然在不同的SNR范围中，但仍是a}和e}性能最好。对于1b/Hz/s以上的信道效率，采用本发明(a、b和e)的最佳方案的增益比最佳传统方案(c或d)好2至8dB。对于较低传播损耗常数，例如当α＝2时，增益较低且相应于感兴趣的SNR和速率范围，该增益范围在1.5至3dB之间。虽然增益总的来说并不明显，但无疑显示出优于现有技术的性能提升。然而，方案a)和e)似乎在宽的SNR范围上最有价值。

当比较这些方案时还可以采用不同于固定发送功率电平的其它条件，例如固定平均功率(或每周期等效能量输出(energy outtake))。

这样做时，相对于图8所示的2阶段方案，b)将使其性能提升

${10\log }_{10}\left(\frac{P/2}{P/3}\right)=1.8\mathrm{dB}$ 以及c}将使其性能恶化 ${10\log }_{10}\left(\frac{P/2}{2P/3}\right)=-1.25\mathrm{dB}.$

协作性中继：

基于先验知识的干扰消除概念还可以应用于协作性中继网络。

最近协作性中继的概念在某种意义上可以视为仅涉及两跳的多跳的退化情况，但同时被一般化，允许利用并行路径以及信号处理。此外，协作性中继可以利用各种形式的中继的信息，如基本的转发器(非再生)功能或“解码和转发”(再生)，如多跳网络中按惯列要执行的那样。

有关协作性中继的更多信息可以参阅例如参考文献[10]。

图10A-B以示意图说明协作性中继概念的一个实例，这里以双向(并发)业务为例来进行说明。在图10A中，基站(BS)100-1和移动终端(MT)100-2沿并行路径在时隙n上同时传输，每条路径具有至少一个中间节点。然后处理接收到的信号，再由中继站点于时隙n+1重发，如图10B所示。处理可以包括但不限于下列操作的任意组合：利用MUD、引入各种分集方案(如Alamouti分集、延迟分集)、使用数据的共轭、取反、重新排序、不同的放大系数和可选的相位系数。

MT和BS都将接收到它们自己以及另一站点生成的信息的叠加。这里的要点是，基于各站点已发送信息的先验知识，它们可以消除其相应的影响。此基本原理如图11所示，图11以序列图说明协作性中继情况下根据本发明实施例的干扰消除。图11显示两个节点A和B通过中间中继节点C、D和E彼此进行通信的情况。每个中间节点具有一个“处理块”，它涵盖前述的任何一个处理操作。当在时隙n+1接收时，节点A和B中每个节点可以基于该节点时隙n已发送信息的先验知识来消除干扰影响。

应该强调的是本文所述的方法可以扩展为结合通过一组中继进行通信的两个以上的站点。此方法还可以扩展到多个两跳协作性中继集合构成的链，由此实现采用干扰消除的多跳协作性中继混合方案。

协作性中继：“并发的”上行和下行业务

图12A-B和图13中显示了在基于协作性中继的网络中先验已知信息干扰消除的另一种用法。其思想是允许上行和下行方向上的“并发”传输，以便两个消息在两个时隙到达它们的目的地站点，由此得到1的利用率，即每两个时隙两个分组。其效率为在一个方向上通过两跳转发业务时的两倍。

在显示时隙N上的多个传输的图12A中，第一移动终端(MT)200-1向朝向基站(BS)100的方向上的多个中继节点发送。基站100向第二移动终端(MT)200-2方向上的多个中间中继节点发送。

在显示时隙N+1上的多个传输的图12B中，从第一移动终端200-1接收信号信息的中间中继节点向基站100发送。从基站100接收到信号信息的中继节点向第二移动终端200-2发送，同时引起对基站100的干扰。来自MT₁200-1的对靠近MT₂200-2的中继的干扰常常很小，很可能不会引起任何问题。但是，如果它会引起显著的干扰，则必须采取适当的RRM和调度步骤。

如图13所示，在基站节点E上消除的干扰是从中间中继沿途向节点A传送时信号S₁的干扰。图13所示的处理用于先前讨论的任何方案。注意，图12A-B和图13所示的相同方法也可应用于多跳场景中。

干扰消除

本章节的目的是举例说明适用于本发明的多种实用的干扰消除技术。但要强调的是，其它熟知或将来的干扰消除技术也可采用。

首先，我们需要一个示范系统模型。例如，假定为简单起见，该系统是同步的，且采用了OFDM(正交频分复用)，以避免对过分精确的(定时)同步和码间干扰(ISI)问题进行不必要的详细讨论。其原理一般足以扩展到其它调制方法和完全不同步的系统，其中每个要求其特殊的考虑。

我们假定网络中总共有d_max个数据分组，其中每个数据分组D^d由索引d＝{1，...，d_max}唯一地标识。所有分组的整个集合表示为D_∑＝{D^d；d＝{1，...，d_max}}。

我们进一步假定有一个唯一的函数f_mod，它根据S^d＝f_mod(D^d)将数据分组映射到调制的码元。当特定节点v_j发送分组D^d时，利用符号D^d表示(编码的/原始的)数据分组，而S^d表示对应的(编码的)调制信号，将分组和发送节点相联系。此外，集合V＝{v_j；j＝{1，...，j_max}}包含所有在时隙n上传输的节点。

现在假定在感兴趣的时隙上，节点v_i接收到信号R_i，R_i可以计算为：

$R_i=\underset{V}{\mathrm{\Σ}}{H}_{\mathrm{ij}}\·\sqrt{P_j}{S}_j^d+N_i$

其中H_ij是节点v_i和v_j之间的复信道增益，以及P_j是节点v_j所用的发送功率。

同时，存储缓冲器包括先前解调和/或解码(以及估计)的分组

的集合。我们将该集合表示为

${\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}=\{{\tilde{D}}^{\mathrm{\δ}};\mathrm{\δ}=\{1,...,{\mathrm{\δ}}_{\max }\left\}\right\}$

其中δ用作索引，而δ_max是存储的数据分组的数量。

或者，可以存储与解码分组对应的信号，即 ${\tilde{S}}_{\mathrm{\Σ}}=f_{\mathrm{mod}}\left({\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}\right)$ 或等效于

${\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}=\{{\tilde{D}}^{\mathrm{\δ}};\mathrm{\δ}=\{1,...,{\mathrm{\δ}}_{\max }\left\}\right\}{\stackrel{f_{\mathrm{mod}}}{\→}\tilde{S}}_{\mathrm{\Σ}}=\{{\tilde{S}}^{\mathrm{\δ}};\mathrm{\δ}=\{1,...,{\mathrm{\δ}}_{\max }\left\}\right\}$

当利用本发明的检测(码元或序列检测)技术时，利用先验已知信息。该检测过程基本上涉及接收到的信号R_i和先验已知信息并根据如下公式生成一个解码数据分组的集合：

$\tilde{D}=\{{\tilde{D}}^{\mathrm{\Δ}};\mathrm{\Δ}=\{1,...,{\mathrm{\Δ}}_{\max }\left\}\right\}$

因此利用目标函数f，存在一个从R_i和 到 $\tilde{D}=\{{\tilde{D}}^{\mathrm{\Δ}};\mathrm{\Δ}=\{1,...,{\mathrm{\Δ}}_{\max }\left\}\right\}$ 的最优映射，以一般形式表示为：

$\tilde{D}=f(R_i,{\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}})$

如下将会阐明，各种方法可用于执行解码，但对于概念1，我们将主要关注检测过程分成如下两个步骤的情况：首先除去或消除先验已知信息的干扰，然后执行常规的MUD/SUD(多用户检测或单用户检测)。

随后通过明确指明了时间的 ${\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}(n+1)={\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}\left(n\right)\∪\tilde{D}\left(n\right)$ 来结合新解码的数据，从而更新存储的数据。

示例方法1-已发送分组未知且信道未知

这里假定复信道是未知的。发送了(先前解码的)哪些分组也是未知的。

通过函数f₁和在目标函数f_1opt表示的最优条件下推导的一个加权参数集合

来生成剩余信号，其中先前解码的分组的影响从该剩余信号中减至最小。所述剩余信号的最一般的形式可以写为：

$R_i^{\′}=f_1(R_i,{\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}},\tilde{A})$

其中

$\tilde{A}=\arg \left\{\underset{A=\{{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\δ}};\∀\mathrm{\δ}\}}{\mathrm{opt}}\right\{f_1(R_i,{\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}},A)\left\}\right\}$

函数f₁的特定情况是，对于所有索引，

$R_i^{\′}=R_i-\underset{\∀\mathrm{\δ}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\δ}}{\tilde{S}}^{\mathrm{\δ}}$

目标函数f_1opt可以定义为R′_i方差的期望值(的最小化)。换言之：

$f_{1\mathrm{opt}}\left(x\right)=E\left\{{\left|x\right|}^2\right\}$

或

$\tilde{A}=\arg \left\{\underset{A=\{{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\δ}},\∀\mathrm{\δ}\}}{\min }E\right\{{\left|R_i^{\′}\right|}^2\left\}\right\}$

此式的解相对简单，因为

中的每个元素可以写为：

${\mathrm{\α}}^{\mathrm{\δ}}=\frac{E\{R_i\·{\tilde{D}}^{{\mathrm{\δ}}^{*}}\}}{E\{R_i\·{R_i}^{*}\}}$

要注意这与信道 和发送数据消息D^δ的节点v_i的发送振幅

之积的估计完全相同。如果数据消息D^δ未发送，则项α^δ应该近似为零。注意，上文中的突出假设是数据消息被假定为不相关的，并且通过扰码可以统计地得到保证。

示例方法2-已发送分组未知，但信道已知

在信道已知的情况下，例如通过基于导频的信道估计已知信道，可以采用另一种策略来估计剩余信号。其最一般的形式可以通过函数f₂和目标优化函数f_2opt公式化为：

$R_i^{\′}=f_2(R_i,{\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}^{\′},{\tilde{H}}_i)$

其中

${\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}^{\′}=\arg \left\{\underset{{\mathrm{PS}}_{J_{\max }}\left({\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}\right)}{\mathrm{opt}}\right\{f_{2\mathrm{opt}}(R_i,{\mathrm{PS}}_{j_{\max }}\left({\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}\right),{\tilde{H}}_{\mathrm{ij}})\left\}\right\}$

以及 是集合

的基数j_max的子集的功率集合。

函数f₂的特殊情况是直接减去确定的先前解码的序列。

$R_i^{\′}=R_i-\underset{\∀{\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}^{\′}}{\mathrm{\Σ}}{H}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{\δ}}\sqrt{P_j^{\mathrm{\δ}}}{\tilde{S}}^{\mathrm{\δ}}$

以及f_2opt是剩余信号(具有以k索引的样本)的平方和的最小值

$f_{2\mathrm{opt}}\left(x\right)=\underset{\∀k}{\mathrm{\Σ}}{\left|x\left(t_k\right)\right|}^2$

或更明确地表示为

${\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}^{\′}=\arg \left\{\underset{{\mathrm{PS}}_{j_{\max }}\left({\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}\right)}{\min }\right\{\underset{\∀k}{\mathrm{\Σ}}{\left|R_i^{\′}\left(t_k\right)\right|}^2\left\}\right\}$

其它方面

还可以利用其它信息(如传输调度)和有关分组当前所在位置的有关信息来改善和可能简化干扰消除程序。这意味着如果与在电路交换的多跳网络一样知道确切的传输调度，并由此知道一些分组不在某些时隙上传输，则无需考虑这些分组，即使先前已经接收到它们。此外，可以拥有平均路径损耗的先验知识(至少估计)。先前所述的图2和图3的流程图中也指示了传输调度的使用。

为了识别信道，可以采用标准的信道估计技术，例如基于导频(a.k.a.训练码元)的估计技术，而且还可以利用调制中的结构或类似的来部署盲信道估计等。

示范概念2

在本发明的第二概念中，建议采用基于先前接收到的信号信息形式的先验已知信息连同当前接收到的信号信息的联合处理程序。接收到的信号信息通常采取基带信号的形式，每个基带信号通常包括多个传输的重叠。虽然接收到的基带信号信息主要例示为与若干时隙相关，但应理解，更一般地，接收信息可以与多个通信实例相关，因为频率可能随通信实例不同而不同。

下文将参考多跳网络描述一个可行实现方案示例。然而，以多跳网络中多个传输的示范接收模型开始可能有益。

假定传输在时隙上进行，并且所考虑的是频率平坦信道(例如通过OFDM中的窄带信号或子载波方式)。首先，假定所有数据分组都是时间连续的序列且通过d索引，该索引唯一地在网络中标识分组。下面为简洁起见，取消符号中的时间索引。在时隙n上，可能发送或可能不发送分组D^d。发送该分组的节点由索引j标识，且接收该分组的节点由索引i标识。在此情况下，如果发送分组D^d，则它的对应调制信号与系数x_i ^(d)(n)目乘，此系数结合了节点i和节点j之间的复(准平稳)信道增益H_ij(n)等，否则在没有进行任何传输的情况下它为零。系数x_i ^(d)(n)在节点i未在接收时(例如因在休眠模式下或正在传输)也假定为零值。数据分组D^d被调制成序列S^(d)(n，i，j，cnt_ret，cnt_tot)，它可能在每次传输时因诸如下列的一组因素发生变化：分组D^d的标识、哪个节点(j)正在发送、分组发送到哪个节点(i)、该分组在哪个时隙(n)发送，还可能与重发计数cnt_ret(每分组和节点)呈函数关系或取决于已发送总次数cnt_tot。这里的一个示例是，是否会采用面向接收器的扩频码。但是，下面我们假定，除表示为C(n，d，i，j，cnt_ret，cnt_tot)的复乘法序列以外，数据分组D^d的信号波形始终保持相同，使得：

S^(d)(n，i，j，cnt_retr，cnt_tot)＝C(n，d，i，j，cnt_retr，cnt_tot)·S^(d)

此乘法序列可用于结合跳频、DS-CDMA扩频、随n变化的复常数或仅为简单的固定值1。例如，如果从同一个站点重发分组，则可以利用复常数变化来建立一种简单的线性时空编码。注意，在最一般的情况下，可以由多个站点在同一个时隙发送同一个分组。这在用于单播路由选择的传统多跳路由选择方案中并不常见，虽然如文献[8]中例示的那样确实可能，不过，这对泛洪(flooded)广播或组播业务确实常见。在DARPA(国防部高级研究计划)的PRnet中，在某些情况下可能对一个分组的多个版本进行路由选择。对于节点i，在时隙n上接收的信号根据如下公式对直到分组d_max的所有可能分组求和：

$R_i\left(n\right)=\underset{d=1}{\overset{d_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\χ}}_i^{\left(d\right)}\left(n\right)\·S^{\left(d\right)}+N_i\left(n\right)$

其中

随后，这可以书写为对于时隙n-m至时隙n的矩阵形式的方程组：

$\left[\begin{array}{c}{R}_i\left(n\right)\\ R_i(n-1)\\ \·\\ \·\\ \·\\ R_i(n-m)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\χ}}_i^{\left(1\right)}\left(n\right)& {\mathrm{\χ}}_i^{\left(2\right)}\left(n\right)& \·\·\·& {\mathrm{\χ}}_i^{\left(d_{\max }\right)}\left(n\right)\\ {\mathrm{\χ}}_i^{\left(1\right)}(n-1)& {\mathrm{\χ}}_i^{\left(2\right)}(n-1)& \·\·\·& {\mathrm{\χ}}_i^{\left(d_{\max }\right)}(n-1)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ {\mathrm{\χ}}_i^{\left(1\right)}(n-m)& {\mathrm{\χ}}_i^{\left(2\right)}(n-m)& \·\·\·& {\mathrm{\χ}}_i^{\left(d_{\max }\right)}(n-m)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{S}^{\left(1\right)}\\ S^{\left(2\right)}\\ \·\\ \·\\ \·\\ S^{\left(d_{\max }\right)}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{N}_i\left(n\right)\\ N_i(n-1)\\ \·\\ \·\\ \·\\ N_i(n-m)\end{array}\right]$

或等效地为

R_i＝x_i· S+ N_i

其中横杠表示矢量以及没有横杠表示矩阵。虽然对于单个节点i而言不可观测，但整个多跳系统的所有传输，即所有V节点的接收矢量可以写为：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{R}}_1\\ {\stackrel{\‾}{R}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\‾}{R}}_V\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ X_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ X_V\end{array}\right]\·\stackrel{\‾}{S}+\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{N}}_1\\ {\stackrel{\‾}{N}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\‾}{N}}_V\end{array}\right]$

或以更简单的形式表示：

R＝Ξ· S+ N

这里我们重申基本信息，上述方程组(对于节点i和整个系统)是面向数据分组的系统表示，指示给定数据分组可引起干扰许多次以及在不同跳上引起干扰。因此，整理和利用此更为完整的信息描述，可以实现相对于传统检测/解码的增强检测过程。

在本发明的示范性第二概念中，节点i中的检测模块联合处理R_i＝X_i· S+ N_i(包括最近接收到的信号)，以将感兴趣的数据解码。本发明可以采用任何常见的检测算法，如迫零(ZF)算法、最大似然检测-多用户检测(MLD-MUD)以及线性最小均方误差(LMMSE)来得到调制的序列 S。从纯信号处理的观点，这类似于处理多传感器信息，如在基于空时编码的通信的系统(如MIMO)中并因此可以采用该领域中某些实例中发现的检测或解码策略。注意，在图14的流程图中，如步骤S2C所述，通过联合处理来检测信息。还有，用于先验已知信息的存储缓冲器通常保持先前接收到的基带信号信息，如步骤S3C所示。从图14还可以看出，可以采用单用户检测或更一般情况的多用户检测。

概念1和2的混合实例

在此替代实施例中，如图15所示，在如下意义上对概念1和2进行组合：如概念2中一样，保持所有信息，但如概念1的情况下最大程度地将信息解码，并存储其适当表示。这样做的好处在于，降低了解码的复杂性(与概念2相比)，同时在正在存储的剩余信号中保留了信息。图15说明利用先验已知数据和先验已知剩余基带信号的混合概念的一个实例。

补充信息

有关先验已知信息度的注释

取决于具体采用的路由选择方案，例如信息首部和/或CRC的较小部分可能与链路相关，也可能与链路不相关。例如，如果路由选择方案需要分组使用转发节点，则发送方ID和接收方ID将随中继段不同而不同。但是路由并因此ID可以预先确定，或者完全不需要(例如如果采用表驱动的协议，则仅需要流ID)。因此，最多总体数据的5％(限于首部或尾部)可能不是先验已知的。对于5％的情况，良好的编码结合某种交织器设计将满足几个误差的处理需要。然而，应该强调的是，在基于电路交换的多跳网络中，字段无需对每跳变更，因此允许实施100％的干扰消除。在许多情况下，由于路径是先验已知的，因此可能判断当已知信息被转发时各字段(如ID和CRC)应该是什么样的。再者，当路径不是先验已知的时，每个节点仍可以计算先前正确解码的分组的多个版本，条件假设是该分组是在该节点自己附近的任何节点对之间发送的，随后将最优的一个版本用在消除干扰的过程中。在此情况下，也可以消除100％的干扰，条件是使用正确的版本。

还要注意，对于电路交换的数据(具有变化的字段)，还可以采用单独的非冲突控制信道来发送与分组相关以及当该分组被路由时可能变化的信息。例如，可以在这种控制信道上发送地址字段和CRC。注意，这一般包含相对于数据的少量信息，并因此在相对的意义上不一定消耗很多能量。因此，从效率的角度，利用无冲突协议不如数据传输的情况那样重要。

简言之，本发明的第一方面涉及一种包括至少一个接收站点和至少一个发送站点的通信系统，其中所述接收站点存储它先前发送的数据、通过自己接收并解码得到的数据和/或根据任何无意监听到的通信解码得到的数据。所存储的数据在后续接收时利用来消除至少一个其它站点发送任何所存储的数据时引起的干扰。这就是消除先前解码的数据的基本原理。

最好，在所存储的数据过时时，将其删除。这可以是基于定时器的，或由来自目的地节点的指示或数据远离以致未引起显著干扰的指示来控制。

具体地说，可以利用给定的先验已知数据和存储的数据，从接收到的信号中解码出至少一个数据单元，所述接收到的信号由多个传输的叠加组成。

所存储的先验已知信号信息可以包括例如自己已发送(还有已转发)的信息、先前接收和检测到的信息、甚至先前无意监听到的信息。

因此，本发明通过存储和利用先验已知信息的创新机制，为信道访问问题添加了一个新的方面。本发明无疑提高了网络性能并且有效解决了经典的隐藏终端问题。

如前所述，对于单用户或多用户，可以按比特或码元或按比特序列或码元序列来进行检测。检测可以对编码的信息或信息比特进行。

如上所述，本发明通常适用于诸如多跳网络、协作性中继网络和基于转发器的网络等无线中继网络。

在一个示范实施例中，无线中继通信系统包括至少两个“双向”通信节点或站点以及至少一个中继节点或站点，其中，所述至少两个双向通信站点在第一阶段同时或在两个阶段依次向所述至少一个中继站点发送。在再一个阶段中，所述一个或多个中继站点将所接收到的信号并发地再发送给所述至少两个双向通信站点(现正在接收)。每个双向通信站点配置为，通过基于来自中间中继节点的同时发送的信号信息以及它自己发送的信号信息的干扰消除来检测来自另一通信节点的信号信息。

最好，所述接收到的信号在由所述中继重发之前加以处理，有利的是，所述处理确保接收节点上的SNR提高和/或分集合并。

本发明的另一个示范实施例涉及一种通信系统，它包括发送和接收数据(彼此之后)的站点、接收数据的站点和发送数据的站点以及多个充当中继的站点，其中所述发送和接收数据的站点要消除它自己发送的数据的影响。例如，这涉及具有并发的上行和下行通信的协作性中继情况，但也可以应用于多跳的情况。

应理解，本发明可以采用许多不同类型的干扰消除技术，包括显式和隐式干扰消除技术。

在本发明的第二方面中，信号信息可以通过将先前接收到的基带信号信息形式的先验已知信息与当前接收到的基带信号信息一起进行联合处理来检测。这意味着接收站点将任何先前接收到的基带信息用于对最近接收到的基带信号进行解码的过程中。

应该注意，可以将所述第一和第二方面组合成一个混合概念，包括存储基带数据和解码数据二者。

简言之，无论网络是多跳网络、协作性中继网络还是基于转发器的网络，由于例如“除去”了检测到的(解调和/或解码)的或基带形式的先前已知的信息，本发明实现了接收上的改善。

本发明的例示优点在于：

●从本质上改善了吞吐量、端到端延迟、通信稳健性及其任意组合，因为先验已知信息不会引起任何干扰。

●要指出的一个使人感兴趣的情况是，本发明大大(如果不是最多)减轻了经典的“隐藏终端问题”。这属于前一点，但本身值得一提。

虽然主要基于全向天线的隐含假设对本发明作了描述，但也可以采用例如面向天线阵列的信道访问方案，如SDMA(空间分集多路访问)。此外，本发明还可以与各种高级天线方案，如波束成形或MIMO一起使用。

上述实施例仅作为示例给出，应理解，本发明并不局限于此。保留所公开且要求权利的基本原理的其它修改、变化和改进均属于本发明范围。

                       附录A

概念1的一些信道容量计算

在确定图9的曲线时，采用了如下数学关系：

一跳SNR定义为：

$\mathrm{SNR}=\frac{P\·G}{N}$

其中P是发送功率，G是一跳路径增益以及N是接收器上的噪声功率。

给定传播指数为α的指数函数路径损耗模型，以及假定在两个等距离跳上降低并利用路径损耗，则节点C上的SNR为：

SNR′＝SNR·2^α

首先，存在令人感兴趣的三种基本类型的传输。第一，单个传输具有如下速率：

R₁＝lg₂(1+SNR′)

对于等速率情况，可以证明，MUD接收可以给出每个发送器的最大速率R₂：

2R₂＝lg₂(1+2·SNR′)

发送两个叠加信号(其中消除了先验的已知信号)，根据下式给出每个个体消息(功率减半)的速率R₃：

R₃＝lg₂(1+SNR′/2)

给定此条件，并考虑传输次数和用于循环周期的时隙数，由下式给出图8所示方案a)至d)的最大吞吐量：

$T_a=\frac{2}{2}\min (R_2,R_3)$

$T_b=\frac{2}{3}\min (R_1,R_3)$

$T_c=\frac{2}{3}\min (R_2,R_1)$

$T_d=\frac{2}{4}{R}_1$

在确定图9中方案e)的吞吐量时，在发送之前将接收到的信号和噪声归一化为发送功率P。消除干扰之后节点A和B上得到的SNR可以证明为：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{Ana}\log }=\frac{{\left({\mathrm{SNR}}^{\′}\right)}^2}{1+3\·{\mathrm{SNR}}^{\′}}$

每个信息流的速率为R_Analog＝lg₂(1+SNR_Analog)，因此其吞吐量为 $T_{\mathrm{Ana}\log }=\frac{2}{2}{R}_{\mathrm{Ana}\log }.$

参考文献

[1].R.Nelson和LKleinrock.所著的“空间-TDMA：无冲突多跳信道访问协议”(R.Nelson and L.Kleinrock.″Spatial-TDMA：A collisionfree multi-hop channel access protocol″，in IEEETrans.Commun.vol.33，no.9，pp 934-944，September 1985)。

[2].A.S.Tanenbaum所著的“计算机网络”(A.S.Tanenbaum，″Computer Networks″，Prentice Hall，1996，pp.246-254)。

[3].Bertsekas等人所述的“数据网络”(Bertsekas et al.，″DataNetworks″，Prentice Hall，1991，pp.350-351)。

[4].P.Karn所著的“MACA-用于分组无线电的新信道访问方法”(P.Karn″MACA-A new channel access method for packetradio″，Proc.ARRL/CRRL Amateur Radio 9th Computer NetworkingConference，pp.134-140，London，UK，September 1990)。

[5].V.Bhargawan等人所著的“MACAW：用于无线LAN的媒体访问协议”(V.Bhargawan et al.″MACAW：A media access protocolfor wireless LAN′s″in Proc.ACM SIGCOMM′94，pp.212-225，London，UK，August-September 1994)。

[6].F.A.Tobagi等人所著的“无线电信道中的分组交换：第二部分-载波诊听多路访问模式中的隐藏终端问题和忙音解决方案”(F.A.Tobagi et al，″Packet switching in radio channels：part ii-hidden terminal problem in carrier sense multiple access modes and busy-tone solution″IEEE trans.Commun.，vol..23，no.12，pp.1416-1433，December 1975)。

[7].S.Brooke和T.Giles.所著的“具有多用户检测的多跳无线电网络的调度和性能”(S.Brooke and T.Giles.″Scheduling andperformance of multi-hop radio networks with multi user detection″，inProc.Second Swedish Workshop on Wireless Ad-Hoc Networks，Stockholm，March 2002)。

[8].M.Steenstrup和G.S.Lauer所著的“通信网络中的路由选择”(M.Steenstrup and G.S.Lauer，″Routing in communicationsnetworks″，Prentice Hall，1995，pp.357-396)。

[9].A.El Gamal所著的“多用户信息原理”(A.El Gamal，″Multiple user information theory″，Proc.Of the IEEE，Vol.68，December1980)。

[10].P.Larsson所著的“在总中继功率约束下采用最优相干合并的大规模协作性中继网络”(P.Larsson，″Large-Scale CooperativeRelaying Network with Optimal Coherent Combining under AggregateRelay Power Constraints″，December 2003)。

Claims (34)

1.一种用于无线中继网络中检测信号信息的方法，所述方法包括如下步骤：

-将代表第一组信息的信号信息作为先验已知信号信息存储，所述第一组信息包含要在至少一条链路上总共传输一次以上的至少一个数据单元；

-随后接收代表第二组信息的信号信息，其中，所述至少一个数据单元的发送干扰所述第二组信息的接收；以及

-通过基于所述已接收到的信号信息和至少部分所述先前存储的先验已知信号信息的干扰消除来检测所述第二组信息的至少一部分。

2.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述干扰消除至少包括显式和隐式干扰消除之一。

3.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述至少一个数据单元要在多于一条链路上总共传输一次以上。

4.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述无线中继网络至少包括无线多跳网络、协作性中继网络和基于转发器的网络之一。

5.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述检测步骤涉及单用户检测和多用户检测之一。

6.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：检测所述第二组信息的至少一部分的所述步骤包括：根据如下公式处理代表先前检测到的数据分组的集合

以及所述接收到的信号信息R_i的步骤：

$\tilde{D}=f(R_i,{\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}),$

其中f是预定的目标函数以及

是检测到的数据分组的结果集合。

7.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：检测所述第二组信息的至少一部分的所述步骤包括如下步骤：

-从所述接收到的信号信息中除去先验已知信号信息以生成剩余信号；以及

-处理所述剩余信号以检测所述第二组信息的至少一部分。

8.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述先验已知信号信息包括先前接收到的基带信号信息，并且检测所述第二组信息的至少一部分的所述步骤包括：联合处理所述先前接收到的基带信号信息及随后接收到的基带信号信息，以检测所述第二组信息的至少一部分。

9.如权利要求8所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述先前接收到的基带信号信息涉及若干先前的通信实例，所述随后接收到的基带信号信息涉及当前的通信实例，以及将所述先前接收到的基带信号信息和所述随后接收到的基带信号信息与复信道增益信息一起加以处理，以确定至少一个检测到的数据分组的估计。

10.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述先验已知信号信息包含先前接收和检测到的信息。

11.如权利要求10所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述先前接收和检测到的信息包括先前无意监听到的信息。

12.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述先验已知信号信息包括自己的已发送信息。

13.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：检测所述第二组信息的至少一部分的所述步骤基于传输调度信息来执行。

14.如权利要求13所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：所述第一组信息包括若干数据分组，以及所述传输调度信息包括在接收到代表所述第二组信息的信号信息时要发送哪些所述数据分组的有关信息，以便在所述检测步骤中利用所述先前存储的先验已知信号信息的适当部分。

15.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：还包括持续更新所述先验已知信号信息的步骤。

16.如权利要求1所述的用于无线中继网络中检测信号信息的方法，其特征在于：至少两个节点通过至少一个中间中继节点进行双向通信，所述中间中继节点同时转发从所述至少两个通信节点接收到的信号信息；每个所述通信节点通过基于来自所述中间中继节点的同时转发的信号信息以及它自己发送的信号信息的干扰消除来检测来自其它通信节点的信号信息。

17.一种用于无线中继网络中检测信号信息的装置，所述装置包括：

-用于执行如下步骤的部件：将代表第一组信息的信号信息作为先验已知信号信息存储，所述第一组信息包含要在至少一条链路上总共传输一次以上的至少一个数据单元；

-用于执行如下步骤的部件：接收代表第二组信息的信号信息，其中，所述至少一个数据单元的发送干扰所述第二组信息的接收；以及

-用于执行如下步骤的部件：通过基于所述已接收到的信号信息和至少部分所述先前存储的先验已知信号信息的干扰消除来检测所述第二组信息的至少一部分。

18.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述干扰消除至少包括显式和隐式干扰消除之一。

19.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述至少一个数据单元要在多于一条链路上总共传输一次以上。

20.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述无线中继网络至少包括无线多跳网络、协作性中继网络和基于转发器的网络之一。

21.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述检测部件可以执行操作以执行至少单用户检测和多用户检测之一。

22.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：检测所述第二组信息的至少一部分的所述部件包括：根据如下公式处理代表先前检测到的数据分组的集合

以及所述接收到的信号信息R_i的部件：

$\tilde{D}=f(R_i,{\tilde{D}}_{\mathrm{\Σ}}),$

其中f是预定的目标函数以及

是检测到的数据分组的结果集合。

23.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：其中用于检测所述第二组信息的至少一部分的所述部件包括：

-用于执行如下步骤的部件：从所述接收到的信号信息中除去先验已知信号信息以生成剩余信号；以及

-用于执行如下步骤的部件：处理所述剩余信号以检测所述第二组信息的至少一部分。

24.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述先验已知信号信息包括先前接收到的基带信号信息，并且用于检测所述第二组信息的至少一部分的所述部件包括用于执行如下步骤的部件：联合处理所述先前接收到的基带信号信息及随后接收到的基带信号信息，以检测所述第二组信息的至少一部分。

25.如权利要求24所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述先前接收到的基带信号信息涉及若干先前的通信实例和所述随后接收到的基带信号信息涉及当前通信实例，以及用于联合处理的部件可执行操作以将所述先前接收到的基带信号信息和所述随后接收到的基带信号信息与复信道增益信息一起加以处理，以确定至少一个检测到的数据分组的估计。

26.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述先验已知信号信息包含先前接收和检测到的信息。

27.如权利要求26所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述先前接收和检测到的信息包括先前无意监听到的信息。

28.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述先验已知信号信息包括自己的已发送信息。

29.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：检测所述第二组信息的至少一部分的所述部件基于传输调度信息操作。

30.如权利要求29所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述第一组信息包括若干数据分组，以及所述传输调度信息包括在接收到代表所述第二组信息的信号信息时要发送哪些所述数据分组的有关信息；以及用于检测的所述部件包括用于执行如下步骤的部件：基于所述传输调度信息选择所述先前存储的先验已知信号信息的适当部分，以用于检测所述第二组信息的至少一部分。

31.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：还包括用于执行如下步骤的部件：通过结合新检测到的信息以及除去过时的信号信息来持续更新所述先验已知信号信息集合。

32.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：至少两个节点通过至少一个中间中继节点进行双向通信，所述中间中继节点配置为同时转发从所述至少两个通信节点接收到的信号信息；每个所述通信节点配置为通过基于来自所述中间中继节点的同时转发的信号信息以及它自己发送的信号信息的干扰消除来检测来自其它通信节点的信号信息。

33.如权利要求17所述的用于无线中继网络中检测信号信息的装置，其特征在于：所述装置在所述无线中继网络的网络节点中实现。

34.一种用于无线中继的通信系统，所述通信系统包括至少两个双向通信节点和至少一个中间中继节点，其中：

所述至少两个双向通信节点的每一个配置为向所述至少一个中继节点传送信号信息以及存储它自己发送的信号信息以作为先验已知信号信息；

所述至少一个中继节点配置为同时传送所述接收到的信号信息到所述至少两个双向通信节点；

所述至少两个双向通信节点的每一个配置为通过基于来自所述中继节点的同时发送的信号信息以及它自己存储的先验已知信号信息的干扰消除来检测来自其它通信节点的信号信息。

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