WO2007128206A1 - Station relais, station de base et procédé pour étendre une zone de couverture d'une station de base dans un réseau radio - Google Patents

Station relais, station de base et procédé pour étendre une zone de couverture d'une station de base dans un réseau radio Download PDF

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WO2007128206A1
WO2007128206A1 PCT/CN2007/001252 CN2007001252W WO2007128206A1 WO 2007128206 A1 WO2007128206 A1 WO 2007128206A1 CN 2007001252 W CN2007001252 W CN 2007001252W WO 2007128206 A1 WO2007128206 A1 WO 2007128206A1
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base station
communication
mobile station
station
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Gang Shen
Wei Ni
Wei Zou
Jimin Liu
Shan Jin
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Alcatel Lucent
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    • H04W84/047—Public Land Mobile systems, e.g. cellular systems using dedicated repeater stations

Definitions

  • Relay station base station and method thereof for expanding base station coverage in a wireless network
  • the present invention relates to wireless communication systems and, more particularly, to a relay technique in a wireless communication network. Background technique
  • IEEE 802.16 is a recently developed wireless alternative to cable and DSL service technologies and protocols for last mile broadband access, supporting low latency applications such as voice and video, providing between user terminals and base stations Line-of-sight (LOS) and non-line-of-sight (None LOS, NLOS), and a single base station can support hundreds of user terminals. Based on this new feature and advantage, it is seen as one of the most promising candidates for future wireless access communications (4G). However, in order to be more widely used, there are still some bottleneck problems that need to be addressed. One of the important issues is the ability to cover. IEEE 802.16 operates in the spectral range above 2 GHz, which is much higher than the spectrum range of current systems.
  • Line-of-sight propagation is preferred, with the result limiting coverage, especially in urban areas. At the edge of the cell or in the shaded area, some dead zones may occur due to the complex wireless environment. In addition, indoor coverage has become a key issue due to the high frequency spectrum, and there is currently no effective solution.
  • the IEEE 802.16j Mobile Multi-Hop Relay (MMR) research organization was recently established in July 2005 and focuses on extending the IEEE 802.16 standard to provide multi-hop and relay support. It employs mobile multi-hop relay technology between the base station and the mobile station, thus standardizing a system and functionality at the PHY and MAC layers to support the multi-hop relay.
  • This amendment provides detailed technical requirements for coverage extensions and throughput extensions, and is compatible with the 802.16e standard. What is introduced by the trunk is throughput increase and coverage extension, but only the throughput is increased by simple relay.
  • the control signal cannot reach the mobile station directly. There is currently no mature and effective solution for coverage expansion. There is an urgent need to cover extended solutions in standardization.
  • the research organization successfully defined PAR (project authorization request) for mobile multi-hop relay.
  • the PAR clearly requires that the incoming relay station be completely transparent to the legacy IEEE 802.16e subscriber station, which means that the current IEEE 802.16e subscriber station technical requirements specification and protocol do not allow any changes.
  • the PAR requires that the complexity of the relay station is much lower than The complexity of the base station, and the frame definition is based on OFDMA. All of these descriptions and limitations give a definition of an IEEE 802.16 relay station and give a guiding principle for a technical solution for coverage extension in a relay network. Summary of the invention
  • a method for relay communication in a relay station of a wireless communication network characterized in that: mutual control information is exchanged between a base station and a mobile station according to an indication of a base station Forward.
  • the method comprises the steps of: receiving a communication control message from the base station; regenerating a communication control message provided to the mobile station by the communication control message from the base station; according to the communication control message from the base station, The regenerated communication control message is transmitted to the mobile station on a subchannel.
  • a relay station for performing relay communication in a wireless communication network, characterized in that control information is forwarded between a base station and a mobile station according to an indication of a base station .
  • the relay device comprises: a first receiving device for receiving a communication control message from the base station; and a regeneration for regenerating a communication control message provided to the mobile station by the communication control message from the base station And means for transmitting, by the communication control message from the base station, the communication control message from the base station to the first transmitting device of the mobile station on the first subchannel.
  • a method for communicating using a relay station in a base station of a wireless communication network comprising the steps of: transmitting a communication control message to a relay station; and according to the communication control message, Receiving a status report message from the relay station on a third subchannel, and receiving a signal from the mobile station on a tenth channel; obtaining a signal from the relay station indicating a mobile station and the relay station First status information of a channel condition and second status information indicating a channel condition between the relay station and the base station, and a signal indicating a channel condition between the mobile station and the base station by the signal from the mobile station Three status information; selecting an appropriate communication path with the mobile station based on the first, second, and third status information; according to the selected communication path The path controls the communication process with the mobile station.
  • a base station for performing extended coverage communication using a relay station in a wireless communication network
  • the base station comprising: a transmitting device for transmitting a communication control message to a relay station; and a receiving device And receiving, according to the communication control message, a status report message from the relay station on a third subchannel, and receiving a signal from the mobile station on a tenth channel; and an acquiring device, configured by The signal from the relay station acquires first status information indicating a channel condition between a mobile station and the relay station, and second status information indicating a channel condition between the intermediate station and the base station, and from the mobile station The signal acquires a third status information indicating a channel condition between the mobile station and the base station; a routing device for selecting an appropriate communication with the mobile station based on the first, second and third status information Path; a communication control device for controlling according to the selected communication path And communication process between the mobile station.
  • the present invention has the following advantages:
  • the relay station design is very simple, and the corresponding cost is also ⁇ ( ⁇ .
  • Figure l a shows a schematic diagram of a relay network that does not need to extend the coverage of a base station in the prior art
  • Figure lb shows a schematic diagram of a relay network that needs to extend the coverage of a base station according to the present invention
  • Figure lc shows a schematic diagram of a relay network with mobile stations at different locations in accordance with the present invention
  • FIG. 2-4 are flowcharts showing a relay method for extending coverage of a base station in a relay station of a communication network according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a flowchart showing a communication method for extending coverage of a base station in a base station of a communication network according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a flowchart showing a communication method for extending coverage of a base station in a base station of a communication network according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 shows a block diagram of a relay station for extending coverage of a base station in a communication network in accordance with an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 shows a block diagram of a base station for extending coverage of a base station in a communication network in accordance with an embodiment of the present invention
  • FIG. 8a is a schematic diagram of a base station end frame definition according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8b is a schematic illustration of a relay station side frame definition in accordance with an embodiment of the present invention.
  • Figure 8c is an exemplary block diagram of a frame definition of a mobile station side within the coverage of a relay station outside the coverage of the base station, in accordance with an embodiment of the present invention
  • Figure 9 is a flow chart showing a method of forwarding control information and bearer data in a relay station of a communication system in accordance with an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is an example diagram of a three-hop relay network.
  • Figure la shows a schematic diagram of a relay network that does not require extended base station coverage in the prior art.
  • the relay network includes a relay station 1, a base station 2, and a mobile station 3.
  • the mobile station 3 is located within the coverage of the base station 2 and is also within the coverage of the relay station 1.
  • the relay station 1 can be used only for forwarding service data for the purpose of increasing throughput.
  • the implementation complexity of the relay station is relatively low.
  • Figure lb shows a schematic diagram of a relay network that requires extended base station coverage in accordance with the present invention.
  • the relay network also includes a relay station 1, a base station 2, and a mobile station as shown in FIG. 1b.
  • the mobile station 3 is located outside the coverage of the base station 2, which means that the mobile station 3 cannot directly communicate with the base station 3. All information between the mobile station 3 and the base station 2 (package) The communication including the control signal and the bearer data must be relayed by the relay station 1. Since the relay station 1 typically transmits signals at a higher power level than the mobile station 3 and the propagation between the base station 2 and the relay station 1 is typically line-of-sight. In some cases, even though the relay station 1 may be located at a far distance from the base station 2, since the relay station 1 has a stronger function (including higher transmission power and reception processing capability) than the mobile station 3, A relay link with the base station 2 can be obtained.
  • the present invention is directed to a relay method for extending the coverage of a base station using such a resource allocation scheme. It should be noted that the relay method of the present invention is applicable not only to the scenario shown in Figure lb, but also to the scenario when the mobile station 3 is within the coverage of the base station 2. The working mode of the relaying scheme of the present invention in different scenarios will be described in detail below with reference to FIG.
  • Figure lc shows a relay network diagram with mobile stations in different locations in accordance with the present invention.
  • the relay network includes a relay station 1, a base station 2, a mobile station 3, a mobile station 3', and a mobile station 3".
  • the mobile station 3 is located outside the coverage of the base station 2 and the coverage of the relay station 1.
  • the mobile station 3 is located within the coverage of the base station and the relay station, while the mobile station 3 is located within the coverage of the base station and outside the coverage of the relay station.
  • the base station 2 will be based on the collected relay station 1, mobile station 3, mobile station 3 within its coverage range, and not within its coverage but within the coverage of the relay station.
  • Channel status information (referred to as status information) of the mobile station 3, selects an appropriate communication path for communication with each mobile station, and generates a communication control message based on the selected communication path, and notifies the communication control message
  • the relay station 1 and the mobile station or the mobile station are notified via the relay station 1, wherein the communication control message should indicate the selected communication path and inform the base station 2, the relay station 1 and the mobile station to transmit specific information to the specific receiver on the specific channel and at the specific
  • the channel receives specific information from a specific sender.
  • the relay station 1 generally needs to regenerate the communication control message from the base station as a communication control message provided to the mobile station, and then transmit it. To the mobile station. Then, the relay station 1 and the base station 2 will be based on the communication System messages to establish direct communication or indirect communication via a relay station between the base station 2 and the mobile station.
  • the base station 2 receives status report information from the relay station 1 (the status report information includes channel status information indicating a channel condition between the mobile station 3 and the relay station 1), and notifies the relay station 1 of a communication control message and notifies the mobile station via the relay station 1.
  • Station 3 wherein the communication control message should indicate the selected communication path and inform the base station 2, the relay station 1 and the mobile station 3 to transmit specific information to a particular recipient on a particular channel and to receive from a particular sender on a particular channel Specific information.
  • the relay station 1, the base station 2, and the mobile station 3 perform communication between the mobile station 3 via the relay station 1 and the base station 2 in accordance with the communication control message.
  • the base station 2 can directly receive the signal from the mobile station 3, and can also receive the status report information about the mobile station 3' from the relay station 1.
  • the base station 1 selects an appropriate communication path by comparing the direct communication with the mobile station 3' and the indirect communication of the channel condition information of the two communication paths via the relay station 1 and the mobile station 3.
  • the communication path is indirectly communicated with the mobile station 3,s via the relay station 1, a communication control message is notified to the relay station 1 and notified to the mobile station 3 via the relay station 1, wherein the communication control message should indicate the selected
  • the communication path, as well as the base station 2, the relay station 1 and the mobile station 3, transmit specific information to a particular recipient on a particular channel and receive specific information from a particular sender on a particular channel.
  • the relay station 1, the base station 2, and the mobile station 3 perform communication between the mobile station 3 via the relay station 1 and the base station 2 in accordance with the communication control message. If the base station 2 chooses to communicate directly with the mobile station 3', the relay station does not participate in the work.
  • FIG. 2-4 illustrate a flow chart of a relay method for extending coverage of a base station in a relay station of a communication network in accordance with an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 illustrates an embodiment in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the base station 2 is indirectly communicated with the mobile station 3 via the relay station 1 in conjunction with FIG. 2-5.
  • This process of the present invention elaborates on the solution of the present invention.
  • the relay station 1 Since the mobile station 3 is out of the coverage of the base station 2, the mobile station 3 cannot synchronize with the base station 2, the relay station 1 must reproduce the synchronization code for the mobile station 3, and since the communication control information transmitted by the base station 2 is opposite to its own synchronization code. In order to enable the mobile station 3 to receive synchronously, the relay station 1 must regenerate the communication control message, and adjust the communication control message to be synchronized with the synchronization code transmitted by the relay station 1. It is then sent to the mobile station 3. Wherein, the communication control message should indicate the selected communication path and inform the base station 2, the relay station 1 and the mobile station 3 to transmit specific information to a specific receiver on a specific channel and receive specific information from a specific sender on a specific channel. .
  • step S101 the relay station 1 first receives the communication control message from the base station 2; in step S102, the communication control message from the base station 2 is reproduced and provided to the mobile station 3. The communication control message; in step S103, the regenerated communication control message is transmitted to the mobile station 3 on the first subchannel in accordance with the communication control message from the base station 2.
  • the relay station 1 After receiving the communication control information of the base station 2, the relay station 1 knows from the communication control information that the base station 2 allocates an eighth subchannel for the base station 2 to transmit a communication related message to the relay station 1, and the base station 2 allocates the ninth subchannel.
  • the relay station 1 is used to transmit a communication related message from the base station 2 to the mobile station 3.
  • step S104 according to the communication control message of the base station, the relay station 1 receives the communication related message from the base station 2 on the eighth subchannel; in step S105, according to the communication control of the base station 2
  • the message the relay station 1 transmits the communication related message of the base station 2 to the corresponding mobile station 3 on the ninth subchannel.
  • the communication related message from the base station includes a communication setup response message, a communication end response message, and service bearer data.
  • the relay station 1 After receiving the communication control information of the base station 2, the relay station 1 knows from the communication control information that the base station 2 allocates the sixth subchannel for the mobile station 3 to transmit the communication related message to the relay station 1, and the base station 2 allocates the seventh sub
  • the channel is used for the relay station 1 to transmit a communication related message from the mobile station 3 to the base station 2.
  • the relay station 1 receives the communication related message from the mobile station 3 on the sixth subchannel according to the communication control message of the base station in step S106; according to the communication of the base station 2 in step S107
  • the relay station 1 transmits a communication related message of the mobile station 3 to the base station 2 on the seventh subchannel.
  • the communication related message includes the communication related message from the mobile station including a communication setup request message, a communication end request message, and service bearer data.
  • the base station 2 Since the mobile station 3 is located outside the coverage of the base station 2, the base station 2 is not known at the beginning. The presence of the mobile station 3, so the base station 2 is to allocate a second subchannel for communication between the mobile station 3 and the relay station 1, and allocates a third subchannel for the base station 2 to acquire the mobile station 3 from the relay station 1.
  • Status report information (the status report information includes channel status information indicating a channel condition between the mobile station 3 and the relay station 1).
  • the relay station 1 receives the signal of the mobile station 3, if the signal strength of the mobile station 3 is greater than a predetermined threshold, the channel condition between the relay station 1 and the mobile station 3 is considered to be good, and the status information of the mobile station 3 is reported to the base station. 2. As shown in FIG.
  • step S108 based on the communication control message from the base station 2, the relay station 1 receives a signal from the mobile station 3 on the second subchannel; in step S109, the relay station 1 judges that the mobile station 1 Whether the signal strength of the signal of the station 3 is greater than a predetermined threshold; in step S110, when the signal strength of the signal from the mobile station 3 is greater than the predetermined threshold, the relay station 1 is obtained from the signal from the mobile station 3.
  • the status of the mobile station 3 is suffocated; in step S111, according to the channel assignment message from the base station 2, the relay station 1 transmits a status report message to the base station 2 on the third subchannel, the status report message including the The status information of the mobile station 3 is described.
  • the base station 2 Since the location of each mobile station may be constantly changing, the base station 2 needs to collect the status information of each relay station and the mobile station in time to adjust the communication path according to the change of the channel condition, regenerate the communication control information, and send it to the relay station 1 And each mobile station or to each mobile station via the relay station 1.
  • the base station 2 allocates a fourth subchannel to the base station 2 to periodically transmit a status request message to the mobile station 3 to the relay station 1, and allocates a fifth subchannel to transmit the status request message to the mobile station 3 to the relay station 1.
  • a tenth subchannel is allocated to the base station 2 to directly receive status information from each mobile station.
  • the relay station 1 forwards the status request message of the base station 2 to the mobile station 3 as shown in FIG. 4b.
  • step S112 based on the communication control message from the base station 2, the relay station 1 receives the status request message from the base station 2 on the fourth subchannel.
  • the relay station 1 transmits the status request message from the base station 2 to the mobile station 3 on the fifth subchannel in accordance with the communication control message of the base station 2 in step S113.
  • 4a and 4b a flow in which the base station 2 periodically collects status information of the relay station 1 and each mobile station to adjust the communication path and generate a new communication control message can be obtained, as shown in FIG.
  • step S202 the base station 2 receives the status report message from the relay station 1 on the third subchannel, and receives the signal from the mobile station 3 on the tenth channel; in step S203 The middle base station 2 acquires, by the signal from the relay station 1, a first status information indicating a channel condition between the mobile station 3 and the relay station 1, and a second status information indicating a channel condition between the relay station 1 and the base station 2. , and by the move from The signal of the mobile station 3 acquires a third status information indicating the channel condition between the mobile station 3 and the base station 2; in step S204, the base station 2 selects the mobile station 3 based on the first, second and third status information.
  • a suitable communication path between; in step S205, the base station 2 controls the communication process with the mobile station 3 based on the selected communication path, and generates a new suitable communication control message.
  • the signal from the mobile station 3 received by the base station 2 on the tenth subchannel can be regarded as having a signal strength of zero.
  • step S202 Based on the channel assignment message, the base station 2 transmits a status request message to the relay station 1 on the fourth subchannel.
  • the base station 2 When establishing the relay path between the mobile station 3 and the base station 2, the base station 2 transmits the first communication related information to the relay station 1 in the eighth subchannel according to the communication control message. And receiving second communication related information from the relay station 1 on the seventh subchannel.
  • the first communication related information includes a communication establishment request message, a communication end request message, and service bearer data from the mobile station 3, and the second communication related information includes a communication establishment response message, communication from the base station 2. End the response message with the service bearer data.
  • FIG. 6 is a block diagram of a relay station 1 for extending the coverage of a base station in a communication network in accordance with an embodiment of the present invention. It comprises a first receiving device 101, a reproducing device 102, a first transmitting device 103, a second receiving device 104, a determining device 105, an obtaining device 106 and a second transmitting device 107.
  • FIG. 7 is a block diagram of a base station 2 for extending base station coverage in a communication network in accordance with an embodiment of the present invention. It comprises a receiving device 201, an obtaining device 202, a path selecting device 203, a communication controlling device 204, a generating device 205 and a transmitting device 206.
  • FIG. 8a is a schematic diagram of a base station end frame definition according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8b is a schematic diagram of a relay station end frame definition according to an embodiment of the present invention.
  • the MAP information here can be understood as a specific example of the communication control message described above.
  • a subframe can be understood as a specific example of the aforementioned subchannel.
  • the frame structure of the new relay system is defined in addition to the existing IEEE 802.16, except that the relay station 1 obtains broadcast control information from the base station 2 and then reproduces the synchronization code, the frame control header and the MAP for those mobile stations 3 located outside the coverage of the base station.
  • the standards are the same.
  • the relay station 1 transmits the synchronization code, the frame control header, and the MAP, the base station 2 should not transmit data.
  • Another optional setting is a specific relay zone reservation in the frame structure.
  • the particular relay zone reserved in the frame is used to control uplink information relay, such as the mobile station 3 ranging request relay, where the relay zone is designed to be located at (or near) the end of the uplink frame.
  • the relay zone can also be used for the measurement report of the relay station 1 to the base station 2.
  • the relay station 1 requires some subframe resources to forward the synchronization code and MAP information to the mobile station 3. As shown in Fig. 8a, in the base station 2, some subframe resources (yellow) are reserved for the reproduction of the relay station 1 synchronization code and MAP information.
  • the relay station 1 synchronization code is a standard synchronization code that can be recognized by the mobile station 3.
  • the relay 1 and base 2 synchronization codes may be the same or different.
  • the MAP information of the relay station 1 and the MAP information of the base station 2 have the same content, but the positioning information in the relay station 1 MAP is adjusted to be aligned with the relay station 1 synchronization code.
  • the relay station 1 provides the complete synchronization code and MAP information to the mobile station 3 located outside the coverage of the base station 2. From the perspective of those relay stations 1, a full IEEE 802.16 frame is received. A particular relay zone is also reserved in the frame for controlling the uplink information relay, i.e., the ranging request relay, where the relay zone is designed to be located at (or near) the end of the uplink frame. Centralized control and scheduling are used so that base station 2 can allocate resources arbitrarily. The relay station 1 and the mobile station 3 receive and transmit data in accordance with the scheduling of the base station 2.
  • Figure 8b is a complete relay frame structure definition. Due to the propagation attenuation and changing environment, the frames seen by mobile stations at different locations are different.
  • Figure lc shows three mobile stations in different locations. The mobile station 3 and the mobile station 3 are located within the coverage of the relay station 1, but the mobile station 3 is within the coverage of the base station 2, and the mobile station 3 is outside the coverage of the base station 2. The mobile station 3" is outside the coverage of the relay station 1 but within the coverage of the base station 2.
  • Figure 8c illustrates a relay frame structure from the perspective of a mobile station 3 located outside the coverage of base station 2, i.e., mobile station 3 in Figure 1c. Since the mobile station 3 is outside the coverage of the base station 2, the synchronization code and MAP information of the base station 2 cannot directly reach the mobile station 3, and the mobile station 3 can only receive the synchronization code and MAP information forwarded by the relay station 1.
  • the mobile station 3 is synchronized according to the synchronization code of the relay station 1. From the perspective of the mobile station 3, the received frame is a fully standard IEEE 802.16 frame structure. All steps are the same, which guarantees backward compatibility.
  • the mobile station 3 "is within the coverage of the base station 2 but outside the coverage of the relay station 1.
  • the frame structure is complete, that is, the frame structure is as shown in Fig. 8b, and the mobile station 3 can see the BS synchronization code and the RS synchronization code.
  • the mobile station 3 selects only the sync code having a higher power level for synchronization and the other one is ignored. After synchronization, the steps are the same as for mobile station 3 or mobile station 3, depending on which sync code it has selected.
  • the first subframe is used to assign to the relay station 1 to transmit MAP information to the mobile station 3; the second subframe is used to assign to the mobile station 3 to send a ranging request to the relay station 1 a third subframe is allocated to the foregoing specific relay zone for relaying the mobile station 3 ranging request; the fourth subframe is allocated to the base station 2 to send a status report request message for inquiring the mobile station 3 to the relay station 1;
  • the subframe is assigned to the relay station 1 to transmit a status report request message from the base station 2 to the mobile station 3; the sixth subframe is used to send the communication related message to the mobile station 3 to the relay station 1; the seventh subframe is used to transmit the relay station 1 from the mobile station
  • the message of the station 3 is sent to the base station 2; the eighth subframe is used to send the communication related message to the base station 2 to the relay station 1; the ninth subframe is used to send the communication related message from the base station 2 to the mobile station 3
  • the status report information includes channel status information indicating a channel condition between the mobile station 3 and the relay station 1, wherein the communication related message from the base station includes a communication setup response message, a communication end response message, and service bearer data,
  • the communication related message from the mobile station includes a communication establishment request message, a communication end request message, and service bearer data.
  • Figure 9 is a forwarding in a relay station 1 of a communication system in accordance with an embodiment of the present invention.
  • step S101 the first receiving apparatus 101 of the relay station 1 first receives the MAP information from the base station 2; since the mobile station 3 can only synchronize with the relay station 1, the MAP forwarded to the mobile station 3 The information is adjusted to be aligned with the synchronization code of the relay station 1 and then transmitted to the mobile station 3.
  • step S102 the reproduction device 102 regenerates the MAP information provided to the mobile station 3 based on the MAP message from the base station 2; the first transmission is performed in step S103.
  • the device 103 transmits the regenerated MAP message to the mobile station 3 at the first subframe; in step S104, according to the MAP information of the base station 2, the first receiving device 101 receives at the eighth subframe from the The communication related message of the base station 2 and the status request message received from the base station 2 at the fourth subframe in step S112; the first transmitting device 103 at the ninth subframe according to the MAP message of the base station 2 in step S105
  • the communication related message of the base station 2 is sent to the corresponding mobile station 3 and the status request message from the base station 2 is sent to the mobile station at the fifth subframe in step S113. Station 3.
  • the second receiving device 104 receives the communication related message from the mobile station 3 at the sixth subframe and the second sub-step in step S108 according to the MAP message of the base station 2 in step S106.
  • the determining means 105 determines in step S109 whether the signal strength of the signal from the mobile station 3 is greater than a predetermined threshold; if less than the second transmitting means 107 in step S107 according to The MAP message of the base station 2 transmits a communication related message of the mobile station 3 to the base station 2 at a seventh subframe, and then the frame ends; otherwise, in step S110, when the signal from the mobile station 3 is If the signal strength is greater than the predetermined threshold, the obtaining means 106 acquires the status information of the mobile station from the signal from the mobile station 3; the second transmitting means 107 according to the MAP message of the base station 2 in step S107 Transmitting the communication related message of the mobile station 3 to the base station 2 at the seventh subframe and transmitting
  • the base station 2 continuously or periodically collects status information of each relay station and the mobile station to adjust the communication path according to the change of the channel status, and the process of regenerating the communication control information is as shown in FIG. 5, in step S201.
  • the transmitting device 206 transmits the synchronization code and the MAP message to the relay station 1; in step S202, the receiving device 201 receives the status report message from the relay station 1 at the third subframe according to the MAP message, and in the tenth subframe Receiving a signal from the mobile station 3; in step S203, the obtaining means 202 acquires a channel shape between the mobile station 3 and the relay station 1 by the signal from the relay station 1.
  • Third status information of the status; the path selecting means 203 selects an appropriate communication path with the mobile station based on the first, second and third status information in step S204; the communication control means 204 selects according to the selection in step S205
  • the communication path controls the communication process with the mobile station 3, and the generating means 205 generates a new suitable communication control message.
  • the step may also be inserted after the step S202: the sending device 206 is further configured to send a status request in the fourth subframe according to the MAP message. A message is sent to the relay station 1.
  • the step of the indirect communication process between the base station 2 and the mobile station 3 further includes: controlling according to the MAP information
  • the first communication related information is transmitted to the relay station 1 at the eighth subframe, and the second communication related information from the relay station 1 is received at the seventh subframe.
  • the first communication related information includes a communication setup request message, a communication end request message, and service bearer data from the mobile station
  • the second communication related information includes a communication setup response message from the base station, and a communication end response. Messages and services carry data.
  • the foregoing from the first subchannel to the tenth subchannel may be implemented in one frame.
  • the aforementioned third sub-channel and tenth sub-channel may be the same physical sub-channel in implementation.
  • the invention is also applicable to the case where the mobile station is located at the same time as the mobile station within the coverage of the relay station and the base station.
  • the present invention is also applicable to a multi-hop relay network.
  • the information it receives from the mobile station 3 can be understood as the mobile from the relay station ⁇ (or a plurality of other relay stations).
  • the information from station 3, for the downlink, for relay station 1, the information it receives from base station 2 can be understood as information from base station 2 that is forwarded by relay station 1 (or a plurality of other relay stations). And so on, can be extended to more hop communication.

Description

无线网络中用于扩展基站覆盖范围的中继站、 基站及其方法 技术领域
本发明涉及无线通信系统， 更具体地， 涉及在无线通信网络中的中 继技术。 背景技术
IEEE 802.16是最近发展起来的针对最后一英里宽带接入中的电缆、 DSL服务的技术和协议的无线可选方案， 它支持诸如语音和视频的低延 时应用， 在用户终端和基站之间提供视距传输 （ Line-of-sight， LOS ) 和 非视距传输 (None LOS,NLOS), 并且单个基站能支持数百个用户终端。 根据这个新的特征和优点， 它被看作是针对未来无线接入通信 (4G)最有 希望的候选方案之一。 然而， 为了得到更加广泛应用， 仍然有一些瓶 颈问题需要解决。 其中一个重要的问题是覆盖能力。 IEEE802.16工作在 高于 2GHZ的频谱范围， 这远高于目前系统的频谱范围， 视距传播是优 选的， 结果是限制了覆盖范围， 尤其在城市地区。 在蜂窝的边缘或者是 阴影区， 由于复杂的无线环境， 可能出现一些盲区。 另外， 由于高的频 谱， 室内覆盖成为一个关键的问题， 目前没有有效的解决方法。
IEEE802.16j移动多跳中继（MMR)研究组织是最近在 2005年 7月成 立的，专注于扩展 IEEE802.16标准以提供多跳和中继支持。 它在基站和 移动站之间采用了移动多跳中继技术， 因此在 PHY和 MAC层规范了一 个系统和功能来支持该多跳中继。 这个修正案提供了覆盖扩展和吞吐量 扩展的详细技术要求说明， 同时与 802.16e标准兼容。 中继引入的 ϋ的 是吞吐量增加和覆盖扩展， 但是目前通过简单中继只获得了吞吐量增 加。 当移动站在基站的覆盖范围之外时， 控制信号不能直接到达该移动 站。 对覆盖扩展来说， 目前没有成熟和有效的方案。 在标准化中迫切需 要覆盖扩展的解决方案。
在 802.16 #41会议上 （2006年 1月 ）， 研究组织成功地为移动多跳 中继定义了 PAR ( project authorization request, 项目授权要求）。 该 PAR 清楚地要求引入的中继站对现有 （legacy ) 的 IEEE802.16e 用户站来说 应该是完全透明的， 这意味着目前的 IEEE802.16e的用户站技术要求说 明和协议不允许有任何改动。并且该 PAR要求中继站的复杂度要远低于 基站的复杂度， 并且帧定义是基于 OFDMA 的。 所有这些说明和限制 给了一个 IEEE802.16中继站的定义描述，并给出了在中继网络中针对覆 盖扩展的技术解决方案的一个指导原则。 发明内容
本发明的目的是提供一种在无线通信网络中用于扩展基站覆盖范围 的中继方法。 由于认识到当移动站位于基站覆盖范围之外时， 不能直接 接收到基站的控制信息，因此本发明的基本思想是利用中继站在基站和 处于基站覆盖范围之外的移动站之间传输控制信息来实现两者之间的 中继传输。
根据本发明的第一个方面， 提供了一种在无线通信网络的中继站中 用于进行中继通信的方法， 其特征在于， 根据基站的指示来在基站和移 动站之间进行控制信息的相互转发。 优选地， 该方法包括以下步骤： 接 收来自所述基站的通信控制消息； 由所述来自基站的通信控制消息再生 提供给移动站的通信控制消息； 根据所述来自基站的通信控制消息， 在 第一子信道上将所述再生的通信控制消息发送给移动站。
根据本发明的第二个方面， 提供了一种在无线通信网络中用于进行 中继通信的中继站， 其特征在于， 根据基站的指示来将在基站和移动站 之间进行控制信息的相互转发。 优选地， 该中继设备包括： 一个用来接 收来自所述基站的通信控制消息的第一接收装置； 一个用于由所述来自 基站的通信控制消息再生提供给移动站的通信控制消息的再生装置； 和 一个用于根据所述来自基站的通信控制消息， 在第一子信道上将所述来 自基站的通信控制消息发送给移动站的第一发送装置。
根据本发明的第三个方面， 提供了一种在无线通信网络的基站中利 用中继站进行通信的方法， 该方法包括以下步驟： 将一个通信控制消息 发送给一个中继站； 根据所述通信控制消息， 在第三子信道上接收来自 所述中继站的状况报告消息， 和在第十信道上接收来自于所述移动站的 信号； 由所述来自中继站的信号获取一个表示一个移动站与该中继站之 间的信道状况的第一状况信息以及一个表示该中继站与基站之间的信 道状况的第二状况信息， 和由所述来自移动站的信号获取一个表示该移 动站与基站之间的信道状况的第三状况信息； 根据所述第一、 二和三状 况信息来选择与移动站之间的合适的通信路径； 根据所选择的通信路 径， 控制与所述移动站之间的通信过程。
根据本发明的第四个方面， 提供一种在无线通信网络中利用中继站 进行扩展覆盖范围通信的基站， 该基站包括： 一个用于将一个通信控制 消息发送给一个中继站的发送装置； 一个接收装置， 用于根据所述通信 控制消息， 在第三子信道上接收来自所述中继站的状况报告消息， 和在 第十信道上接收来自于所述移动站的信号； 一个获取装置， 用于由所述 来自中继站的信号获取一个表示一个移动站与该中继站之间的信道状 况的第一状况信息以及一个表示该中间站与基站之间的信道状况的第 二状况信息， 和由所述来自移动站的信号获取一个表示该移动站与基站 之间的信道状况的第三状况信息； 一个路径 择装置， 用于根据所述第 ―、 二和三状况信息来选择与移动站之间的合适的通信路径； 一个通信 控制装置， 用于根据所选择的通信路径， 控制与所述移动站之间的通信 过程。
与现有技术相比， 本发明具有以下优点：
1. 根据所有的控制和调度功能仍然位于基站中并且中继站仅仅 负责广播和一些承载数据转发这个事实， 中继站设计是非常筒单的， 相 应地成本也 ^ (氐。
2. 最重要的优点是本方案是完全向后兼容目前的标准， 因此支持 位于基站覆盖范围之外的现有移动站从中继中获得覆盖扩展的益处。 那 意味着利用本方案， 通过中继站成本的少量代价， 基站覆盖范围可以容 易地被扩展来支持现有的移动站。 附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述， 其中：
图 l a 示出了一个在现有技术中无需扩展基站覆盖范围的中继网络 的示意图；
图 l b 示出了一个根据本发明的需要扩展基站覆盖范围的中继网络 示意图；
图 l c 示出了根据本发明的具有处于不同位置的移动站的中继网络 示意图；
图 2-4 示出了根据本发明的一个具体实施方式的在通信网络的中继 站中用于扩展基站覆盖范围的中继方法的流程图； 图 5示出了根据本发明的一个具体实施方式的在通信网络的基站中 用于扩展基站覆盖范围的通信方法的流程图；
图 6示出了根据本发明的一个具体实施方式在通信网络中用于扩展 基站覆盖范围的中继站的框图；
图 7示出了根据本发明的一个具体实施方式在通信网络中用于扩展 基站覆盖范围的的基站的框图；
图 8 a为根据本发明一个具体实施方式的一个基站端帧定义的示意 图；
图 8 b为根据本发明一个具体实施方式的一个中继站端帧定义的示 意图；
图 8 c为根据本发明一个具体实施方式的在一个位于基站覆盖范围 之外中继站覆盖范围之内的移动站端的帧定义的示例性框图；
图 9示出了根据本发明一个具体实施例的在通信系统的中继站中转 发控制信息和承载数据的方法流程图； 以及
图 10 为一个三跳中继网络的示例图。
在附图中， 相同的附图标记表示相同或相似的部件。 具体实施方式
下面参照附图来对本发明进行详细描述。
图 la 示出了一个在现有技术中无需扩展基站覆盖范围的中继网络 的示意图。 中继网络包括一个中继站 1、 一个基站 2和一个移动站 3。
如图 la所示， 移动站 3位于基站 2的覆盖范围之内， 同时也位于 中继站 1的覆盖范围之内。
由于移动站 3位于基站 2的覆盖范围之内， 从基站 2来的下行链路 控制信号不需要中继可以直接到达移动站 3。 因此， 中继站 1可仅用于 转发业务数据， 其目的仅仅是为了吞吐量增加。 从而， 使得中继站的实 现复杂度相对低。
图 lb 示出一个根据本发明的需要扩展基站覆盖范围的中继网络示 意图。 同样， 中继网络也包括一个中继站 1、 一个基站 2和一个移动站 如图 lb所示， 移动站 3位于基站 2的覆盖范围之外， 这意味着移 动站 3不能直接同基站 3通信。 移动站 3与基站 2之间的所有信息 （包 括控制信号和承载数据） 的通信都必须由中继站 1来中继。 由于中继站 1通常以比移动站 3更高的功率水平发送信号并且基站 2和中继站 1之 间的传播通常是视距的。 在某些情况下， 即使中继站 1也可能位于和基 站 2距离较远的位置， 但由于中继站 1相对于移动站 3具有更强的功能 (包括更高的发射功率和接收处理能力）， 因此仍然可以获得与基站 2 之间的中继链路。
如上所述， 由于移动站 3在基站 2的覆盖范围之外， 在基站 2和移 动站 3之间的包括控制信号和承载数据的所有信息必须经由中继站 1来 中继。 要求有具有较低复杂度、 较高效率并向后兼容的资源分配方案。 本发明正是为了提供一种采用这种资源分配方案的用于扩展基站覆盖范 围的中继方法。应该注意，本发明的中继方法不仅适用于图 lb所示场景， 同样适用于当移动站 3处于基站 2覆盖范围之内的场景。 以下结合图 l c 将本发明的中继方案在不同场景下的工作方式进行详细说明。
图 lc示出了根据本发明的具有处于不同位置的移动站的中继网络示 意图。 中继网络包括一个中继站 1、 一个基站 2、 移动站 3、 移动站 3'、 移动站 3 "。 如图 lc所示， 移动站 3位于基站 2的覆盖范围之外和中继 站 1的覆盖范围之内， 移动站 3，同时位于基站的和中继站的覆盖范围之 内， 而移动站 3 "位于基站的覆盖范围之内和中继站的覆盖范围之外。
如图 lc所示， 在本发明中， 基站 2会根据其收集到的在其覆盖范围 内的中继站 1、 移动站 3，、 移动站 3 "以及不在其覆盖范围之内但在中继 站覆盖范围内的移动站 3的信道状况信息（简称为状况信息）， 为其与各 个移动站的通信选择一个合适的通信路径和基于所选的通信路径来生成 一个通信控制消息， 并将该通信控制消息通知中继站 1 和移动站或经由 中继站 1 通知移动站， 其中所述通信控制消息应指示所选择的通信路径 以及告知基站 2、中继站 1和移动站在特定信道上发送特定信息给特定接 收方以及在特定信道上接收来自特定的发送方的特定信息。 另外， 由于 移动站的同步问题等特定情况， 中继站 1一般需要将来自基站的通信控 制消息再生为提供给移动站的通信控制消息， 再将其发送给移动站。 然 后， 中继站 1和基站 2将根据所述通信控制消息来建立基站 2与移动站 之间的直接通信或经由所述中继站 1的间接通信。
下面， 参照图 lc分别对于不同位置的移动站来更具体地描述本发明 的中继方法： 对于移动站 3
由于移动站 3在基站 2覆盖范围之外和中继站 1的覆盖范围之内， 因此只能建立经由中继站 1与基站 2的通信路径。 基站 2接收来自中继 站 1 的状况报告信息 （所述状况报告信息包括指示移动站 3与中继站 1 之间信道状况的信道状况信息）， 并将一个通信控制消息通知中继站 1并 经由中继站 1通知给移动站 3，其中， 所述通信控制消息应指示所选择的 通信路径以及告知基站 2、中继站 1和移动站 3在特定信道上发送特定信 息给特定接收方以及在特定信道上接收来自特定的发送方的特定信息。 随后， 中继站 1、 基站 2和移动站 3根据通信控制消息来进行移动站 3 经由中继站 1与基站 2之间的通信。
对于移动站 3'
由于移动站 3，同时位于基站 2的和中继站 1的覆盖范围之内， 因此 基站 2可以直接接收到来自移动站 3，的信号也可接收到来自中继站 1的 关于移动站 3'的状况报告信息， 基站 1通过比较与移动站 3'直接通信和 经由中继站 1与移动站 3，间接通信两条通信路径的信道状况信息的优劣 来选择一条合适的通信路径。如果选择经由中继站 1与移动站 3，s间接通 信这条通信路径， 则将一个通信控制消息通知中继站 1 并经由中继站 1 通知给移动站 3，， 其中， 所述通信控制消息应指示所选择的通信路径以 及告知基站 2、 中继站 1和移动站 3，在特定信道上发送特定信息给特定 接收方以及在特定信道上接收来自特定的发送方的特定信息。 随后， 中 继站 1、 基站 2和移动站 3，根据通信控制消息来进行移动站 3，经由中继 站 1与基站 2之间的通信。 如果基站 2选择与移动站 3'直接通信， 则中 继站不参与工作。
对于移动站 3"
由于移动站 2"处于基站 2的覆盖范围之内和中继站 1的覆盖范围之 夕卜， 基站 2和移动站 3"之间直接建立通信， 中继站并不参与工作。 图 2-4 示出根据本发明的一个具体实施方式的在通信网络的中继站 中用于扩展基站覆盖范围的中继方法的流程图； 而图 5示出根据本发明 的一个具体实施方式的在通信网絡的基站中用于扩展覆盖范围的通信方 法的流程图。
下面结合图 2-5来对基站 2建立经由中继站 1与移动站 3间接通信 的这一个过程， 对本发明的方案进行详细的阐述。
因为移动站 3在基站 2的覆盖范围之外， 移动站 3不能与基站 2同 步， 所以中继站 1必须为移动站 3再生同步码， 又由于基站 2所发送的 通信控制信息与其本身的同步码相对齐， 为了使移动站 3 能同步接收， 中继站 1 必须再生所述通信控制消息， 将所述通信控制消息调整为中继 站 1所发送的同步码相对齐。 然后发送给移动站 3。 其中， 所述通信控制 消息应指示所选择的通信路径以及告知基站 2、中继站 1和移动站 3在特 定信道上发送特定信息给特定接收方以及在特定信道上接收来自特定的 发送方的特定信息。 流程图如图 2 所示， 在步骤 S 101 中， 中继站 1 首 先接收来自所述基站 2的通信控制消息；在步骤 S 102中由所述来自基站 2的通信控制消息再生提供给移动站 3的通信控制消息； 在步骤 S 103中 根据所述来自基站 2的通信控制消息， 在第一子信道上将所述再生的通 信控制消息发送给移动站 3。
中继站 1在接收到基站 2的通信控制信息之后， 从所述通信控制信 息里得知， 基站 2分配第八子信道来用于基站 2发送通信相关消息到中 继站 1 , 基站 2分配第九子信道来用于中继站 1将来自所述基站 2的通 信相关消息发送给移动站 3。 如图 3a所示， 在步骤 S104中根据所述基 站的通信控制消息， 中继站 1来在第八子信道接收来自所述基站 2的通 信相关消息； 在步骤 S 105根据所述基站 2的通信控制消息， 中继站 1 在第九子信道将所述基站 2的通信相关消息发送给相应的移动站 3。 其 中所述来自基站的通信相关消息包括通信建立响应消息、 通信结束响应 消息与业务承载数据等。
中继站 1在接收到基站 2的通信控制信息之后， 从所述通信控制信 息里得知， 基站 2分配第六子信道来用于移动站 3发送通信相关消息到 中继站 1， 基站 2分配第七子信道来用于中继站 1将来自所述移动站 3 的通信相关消息发送给基站 2。 如图 3b所示， 在步骤 S106中根据所述 基站的通信控制消息， 中继站 1来在第六子信道接收来自所述移动站 3 的通信相关消息； 在步骤 S 107根据所述基站 2的通信控制消息， 中继 站 1来在第七子信道将所述移动站 3的通信相关消息发送给基站 2。 通 信相关消息包括所述来自移动站的通信相关消息包括通信建立请求消 息、 通信结束请求消息与业务承载数据等。
由于移动站 3位于基站 2的覆盖范围之外， 刚开始， 基站 2并不知 道移动站 3的存在， 所以基站 2要分配一个第二子信道用于移动站 3和 中继站 1之间的通信， 并且分配一个第三子信道用于基站 2从中继站 1 来获取移动站 3的状况报告信息 （所述状况报告信息包括指示移动站 3 与中继站 1之间信道状况的信道状况信息）。 当中继站 1接收到移动站 3 的信号时， 如果移动站 3信号强度大于一个预定阔值， 则认为中继站 1 和移动站 3之间的信道状况良好， 则将移动站 3的状况信息上报给基站 2。 如图 4a所示， 在步骤 S 108中根据所述来自基站 2的通信控制消息， 中继站 1在第二子信道上接收来自移动站 3的信号； 在步骤 S 109中中继 站 1 判断所述来自移动站 3 的信号的信号强度是否大于一个预定阔值; 在步骤 S 110 中当所述来自移动站 3信号的信号强度大于该预定阔值， 则中继站 1由所述来自移动站 3的信号中获取所述移动站 3的状况倌息； 在步骤 S 111 中根据所述来自基站 2的信道分配消息， 中继站 1在第三 子信道上将一个状况报告消息发送给基站 2,该状况报告消息包括所述移 动站 3的状况信息。
由于各个移动站的位置可能是在不停地变化， 基站 2需要及时收集 各个中继站和移动站的状况信息， 以根据信道状况的变化来调整通信路 径， 重新生成通信控制信息， 并发送给中继站 1和各个移动站或经由中 继站 1发给各个移动站。 基站 2分配了一个第四子信道给基站 2定期地 发送对移动站 3的状况请求消息到中继站 1 , 并分配了一个第五子信道 来给中继站 1发送所述状况请求消息到移动站 3。 同时分配了一个第十 子信道给基站 2直接接收来自各个移动站状况信息。 中继站 1转发基站 2对移动站 3的状况请求消息如图 4b所示， 在步骤 S112中根据所述来 自基站 2的通信控制消息， 中继站 1在第四子信道上接收来自基站 2的 状况请求消息； 在步骤 S113 中根据所述基站 2的通信控制消息， 中继 站 1在第五子信道将所述来自基站 2的状态请求消息发送给移动站 3。 结合图 4a和图 4b， 可得基站 2定期收集中继站 1和各个移动站的状况 信息以调整通信路径并生成新的通信控制消息的流程， 如图 5所示。 在 步驟 S202 中根据所述通信控制消息， 基站 2在第三子信道上接收来自 所述中继站 1的状况报告消息， 和在第十信道上接收来自于所述移动站 3的信号；在步骤 S203中基站 2由所述来自中继站 1的信号获取一个表 示移动站 3与该中继站 1之间的信道状况的第一状况信息以及一个表示 该中继站 1与基站 2之间的信道状况的第二状况信息， 和由所述来自移 动站 3的信号获取一个表示该移动站 3与基站 2之间的信道状况的第三 状况信息； 在步骤 S204中基站 2根据所迷第一、 二和三状况信息来选 择与移动站 3之间的合适的通信路径； 在步驟 S205中基站 2根据所选 择的通信路径， 控制与所述移动站 3之间的通信过程， 并且生成一个新 的合适的通信控制消息。 其中当移动站 3在基站 2的覆盖范围之外时， 基站 2在第十子信道上所接收到的来自移动站 3的信号可视为信号强度 为零。
当基站 2主动查询所述移动站 3的状况时， 在步骤 S202之后还可 插入步骤： 根据所述信道分配消息， 基站 2在第四子信道上发送一个状 况请求消息给所述中继站 1。
当建立所述移动站 3经由所述中继站 1与基站 2之间的中继路径时， 基站 2根据所述通信控制消息， 在第八子信道将第一通信相关信息发送 给所述中继站 1 , 和在第七子信道接收来自所述中继站 1 的第二通信相 关信息。 所述第一通信相关信息包括来自所述移动站 3的通信建立请求 消息、 通信结束请求消息与业务承载数据， 而所述第二通信相关信息包 括来自所述基站 2的通信建立响应消息、 通信结束响应消息与业务承载 数据。
在具体实现时， 对以上的各种方法进行不同的组合 (时域和频域上 的不同组合） 可以得到多个不同的实施例， 下面将结合一个具体的帧结 构定义和具体的中继站、 基站装置图对本发明的一个具体实施方式进行 详细的描述。
图 6是根据本发明的一个具体实施方式在通信网络中用于扩展基站 覆盖范围的中继站 1的框图。其包括一个第一接收装置 101 , —个再生装 置 102, —个第一发送装置 103， 一个第二接收装置 104， 一个判断装置 105 , 一个获取装置 106和一个第二发送装置 107。
图 7是根据本发明的一个具体实施方式在通信网络中中用于扩展基 站覆盖范围的的基站 2的框图。 其包括一个接收装置 201 , —个获取装 置 202, 路径选择装置 203， 一个通信控制装置 204， 一个生成装置 205 和一个发送装置 206。
图 8 a 根据本发明一个具体实施方式的一个基站端帧定义的示意 图， 图 8b为根据本发明一个具体实施方式的一个中继站端帧定义的示意 图。 这里的 MAP信息可理解为前面所述的通信控制消息一种具体实例， 子帧可理解为前述子信道的一种具体实例。
除了中继站 1从基站 2得到广播控制信息然后为那些位于基站覆盖 范围之外的移动站 3再生同步码、 帧控制头和 MAP之外， 新中继系统的 帧结构定义同现有的 IEEE802.16标准是相同的。当中继站 1发送同步码、 帧控制头和 MAP时， 基站 2应该不发送数据。
另外一个可选设置是帧结构中的特定中继区保留。 帧中保留的特定 中继区用于控制上行链路信息中继， 如移动站 3测距请求中继， 这里该 中继区被设计位于 （或靠近）上行链路帧的末端。 中继区也可用于中继 站 1给基站 2的测量报告。
中继站 1要求一些子帧资源来转发同步码和 MAP信息给移动站 3。 如图 8a所示， 在基站 2中， 保留了一些子帧资源 （黄色） 用于中继站 1 同步码和 MAP信息的再生。这里中继站 1同步码是可被移动站 3识别的 标准同步码。 中继站 1和基站 2同步码可能是相同的或者是不同的。 并 且中继站 1 的 MAP信息和基站 2的 MAP信息具有相同的内容，但中继 站 1 MAP中的定位信息被调整为同中继站 1同步码对齐。 因此中继站 1 提供完全的同步码和 MAP信息给位于基站 2覆盖范围之外的移动站 3。 从那些中继站 1方面来看， 接收了一个完全的 IEEE802.16帧。 在该帧中 也保留了一个特定的中继区用于控制上行链路信息中继， 即测距请求中 继， 这里该中继区被设计位于 （或靠近） 上行链路帧的末端。 使用了集 中控制和调度， 这样基站 2可以任意地分配资源。 中继站 1和移动站 3 根据基站 2的调度来接收和发送数据。
图 8b是一个完全的中继帧结构定义。 由于传播衰减和变化的环境， 不同位置的移动站看到的帧是不同的。 图 lc介绍了 3个位于不同位置的 移动站。 移动站 3和移动站 3，位于中继站 1覆盖范围之内， 但是移动站 3，在基站 2的覆盖范围之内， 移动站 3在基站 2的覆盖范围之外。 移动 站 3"在中继站 1的覆盖范围之外但是在基站 2的覆盖范围之内。
图 8c说明了一个从位于基站 2覆盖范围之外的移动站 3的角度来看 的中继帧结构， 即图 lc中的移动站 3。 因为移动站 3在基站 2的覆盖范 围之外， 所以基站 2的同步码和 MAP信息不能直接到达移动站 3 , 移动 站 3只能接收到由中继站 1转发的同步码和 MAP信息。 根据中继站 1 的同步码来同步移动站 3。从移动站 3的角度来看，接收到的帧是完全标 准的 IEEE802.16帧结构。 所有的步驟是相同的， 这保证了向后兼容性。 移动站 3 "在基站 2的覆盖范围之内但是在中继站 1的覆盖范围之外。 因此它只与基站 2通信， 而与中继站 1无关。 对移动站 3，，来说， 中继站 1再生的同步码和 MAP信息是不可获得的。 它接收到的帧如图 8a所示。 在基站 2 MAP信息之后有一个空闲时间段保留给中继站 1。 在基站 2的 MAP中，该时间段不允许分配给任何的移动站。 因此它对移动站 3"不产 生任何影响。
从移动站 3，的角度来看， 帧结构是完整的， 即帧结构如图 8b所示， 移动站 3，能看见 BS同步码和 RS同步码。 根据 IEEE802.16标准， 移动 站 3，仅选择具有更高功率水平的那个同步码用来同步，另外一个被忽略。 同步之后， 步骤同移动站 3或者移动站 3 "—样， 取决于它选择了哪一个 同步码。
不管同步码有没有被中继， 所有的位于基站 2覆盖范围之内 （或之 外）的移动站仅仅接收一个标准的 IEEE802.16帧。 移动站不识别中继站 1的存在， 以现有的步骤运行。 对于基站 2直接控制的移动站， 中继站 1 对它们的直接通信不做任何事情。 对其他与中继站 1相关的通信， 对于 有中继参与的通信， 需要对所有的信息进行中继， 包括广播中继信息和 承载数据。
根据图 8a、 图 8b和图 8c 的帧定义，其中第一子帧用来分配给中继 站 1发送 MAP信息给移动站 3;第二子帧用来分配给移动站 3给中继站 1 发送测距请求消息； 第三子帧分配给前述的特定中继区， 用来中继移 动站 3测距请求； 第四子帧分配给基站 2向中继站 1发送查询移动站 3 的状况报告请求消息； 第五子帧分配给中继站 1向移动站 3发送来自基 站 2的状况报告请求消息； 第六子帧用来给移动站 3发送通信相关消息 到中继站 1 ; 第七子帧用来给中继站 1发送来自移动站 3的消息到基站 2; 第八子帧用来给基站 2发送通信相关消息到中继站 1 ; 第九子帧用来 给中继站 1发送来自基站 2的通信相关消息到移动站 3; 第十子帧用来 给移动站 3发送信号到基站 2。 其中所述状况报告信息包括指示移动站 3与中继站 1之间信道状况的信道状况信息， 其中所述来自基站的通信 相关消息包括通信建立响应消息、 通信结束响应消息与业务承载数据 等， 所述来自移动站的通信相关消息包括通信建立请求消息、 通信结束 请求消息与业务承载数据等。
图 9是根据本发明一个具体实施例的在通信系统的中继站 1 中转发 控制信息和承载数据的方法流程图。
帧开始时， 在下行链路中， 在步骤 S101中， 中继站 1第一接收装置 101首先接收来自基站 2的 MAP信息； 因为移动站 3只能与中继站 1同 步，所以转发给移动站 3的 MAP信息调整为同中继站 1的同步码对齐之 后再发给移动站 3， 在步骤 S 102再生装置 102根据来自基站 2的 MAP 消息再生提供给移动站 3的 MAP信息；在步骤 S 103中第一发送装置 103 在第一子帧处将所述再生的 MAP消息发送给移动站 3; 在步骤 S104中 根据所述基站 2的 MAP信息，第一接收装置 101来在第八子帧处接收来 自所述基站 2的通信相关消息以及在步骤 S112中在第四子帧处接收来自 基站 2的状况请求消息； 在步驟 S105根据所述基站 2的 MAP消息， 第 一发送装置 103在第九子帧处将所述基站 2的通信相关消息发送给相应 的移动站 3以及在步骤 S113中在第五子帧处将所述来自基站 2的状态请 求消息发送给移动站 3。
在上行链路中，第二接收装置 104在步骤 S106中根据所述基站 2的 MAP消息， 来在第六子帧处接收来自移动站 3的通信相关消息以及在步 骤 S 108中在第二子帧处接收来自移动站 3的信号； 判断装置 105在步骤 S 109中判断所述来自移动站 3的信号的信号强度是否大于一个预定阈值; 如果小于则第二发送装置 107在步骤 S 107中根据所述基站 2的 MAP消 息，在第七子帧处将所述移动站 3的通信相关消息发送给所述基站 2， 然 后帧结束； 否则在步骤 S 110中当所述来自移动站 3信号的信号强度大于 该预定阈值， 则获取装置 106由所述来自移动站 3的信号中获取所述移 动站的状况信息； 第二发送装置 107在步骤 S 107 中根据所述基站 2的 MAP消息， 在第七子帧处将所述移动站 3的通信相关消息发送给所述基 站 2以及在步骤 S 111 中在第三子帧处将移动站 3的状况报告消息发送给 基站 2,该状况报告消息包括所述移动站 3的状况信息， 然后帧结束。
在本实施例中， 基站 2持续或定期地收集各个中继站和移动站的状 况信息， 以根据信道状况的变化来调整通信路径， 重新生成通信控制信 息的流程如图 5所示，在步驟 S201中发送装置 206将同步码和 MAP消 息发送给中继站 1 ; 在步骤 S202接收装置 201中根据所述 MAP消息， 在第三子帧处接收来自所述中继站 1的状况报告消息， 和在第十子帧处 接收来自于所述移动站 3的信号； 在步骤 S203中获取装置 202由所述 来自中继站 1的信号获取一个表示移动站 3与该中继站 1之间的信道状 况的第一状况信息以及一个表示该中继站 1与基站 2之间的信道状况的 第二状况信息， 和由所述来自移动站 3的信号获取一个表示该移动站 3 与基站 1之间的信道状况的第三状况信息； 在步骤 S204中路径选择装 置 203根据所述第一、 二和三状况信息来选择与移动站之间的合适的通 信路径； 在步骤 S205 中通信控制装置 204根据所选择的通信路径， 控 制与所述移动站 3之间的通信过程， 并且生成装置 205生成一个新的合 适的通信控制消息。 ,
其中当基站 2主动查询所述移动: '站 3的状况时， 在步骤 S202之后 还可插入步骤： 所述发送装置 206还用于根据所述 MAP消息， 在第四 子帧处发送一个状况请求消息给所述中继站 1。
当建立与所述移动站 3经由所述中继站 1与基站 2之间的中继路径 时， 所述基站 2与移动站 3之间的间接通信过程的步骤还包括： 根据所 述 MAP信息， 控制在第八子帧处将第一通信相关信息发送给所述中继 站 1，和控制在第七子帧处接收来自所述中继站 1的第二通信相关信息。 所述第一通信相关信息包括来自所述移动站的通信建立请求消息、 通信 结束请求消息与业务承载数据， 而所述第二通信相关信息包括来自所述 基站的通信建立响应消息、 通信结束响应消息与业务承载数据。
根据本发明一个具体实施例可以看出， 前述的从第一子信道到第十 子信道可以包含在一帧里实现。 前述的第三子信道和第十子信道在实现 上可以是同一个物理子信道。
本发明也适用于移动站同时位于中继站和基站覆盖范围之内的移动 站的情况。
另外， 上面虽然仅参照单跳中继网络来进行描述， 但是本领域技术 人员应能理解， 本发明也可适用于多跳中继网络。 对于如图 10所示的三 跳中继， 对上行链路， 对中继站 1来说， 其接收到的来自移动站 3的信 息可以理解为经过中继站 Γ (或者多个其他中继站）转发的来自移动站 3 的信息， 对下行链路， 对于中继站 1，来说其接收到的来自基站 2的信 息可以理解为经过中继站 1 (或者多个其他中继站） 转发的来自基站 2 的信息。 以此类推， 可以扩展到更多跳通信。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。 需要理解的是， 本发明并 不局限于上述特定的实施方式， 本领域技术人员可以在所附权利要求的 范围内做出各种变形或修改。

Claims

权 利 要 求
1. 一种在无线通信网络的中继设备中用于进行中继通信的方法， 其 特征在于， 根据基站的指示来在基站和移动站之间进行控制信息的相互 转发。
2.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： - 接收来自所述基站的通信控制消息；
- 由所迷来自基站的通信控制消息再生提供给移动站的通信控制消
- 根据所述来自基站的通信控制消息， 在第一子信道上将所述再生 的通信控制消息发送给移动站。
3. 根据权利要求 2所述的方法， 其特征在于， 还包括以下步骤：
- 根据所述来自基站的通信控制消息， 在第二子信道上接收来自一 个移动站的信号，
- 判断所述来自移动站的信号的信号强度是否大于一个预定阔值，
- 当所述来自移动站信号的信号强度大于该预定阈值， 则由所述来 自移动站的信号中获取所述移动站的状况信息；
- 根据所述来自基站的通信控制消息， 在第三子信道上将一个状况 报告消息发送给一个基站,该状况报告消息包括所述移动站的状况信息。
4. 根据权利要求 2或 3所述的方法， 其特征在于， 该方法还包括以 下步骤：
- 根据所述来自基站的通信控制消息， 在第四子信道上接收来自一 个基站的状况请求消息；
- 根据所述基站的通信控制消息， 在第五子信道将所述来自基站的 状态请求消息发送给一个或多个移动站。
5. 根据权利要求 1 - 3中任一项所述的方法， 其特征在于， 还包括 以下步骤：
- 根据所述基站的通信控制消息， 来在第六子信道接收来自一个移 动站的通信相关消息；
- 根据所述基站的通信控制消息， 来在第七子信道将所述移动站的 通信相关消息发送给所述基站。
6. 根据权利要求 5所迷的方法， 其特征在于， 该方法还包括： - 根据所述基站的通信控制消息， 来在第八子信道接收来自所述基 站的通信相关消息；
- 根据所述基站的通信控制消息， 来在第九子信道将所述基站的通 信相关消息发送给相应的移动站。
7. 根据权利要求 1 - 5所述的方法， 其特征在于，
所述来自移动站的通信相关消息包括通信建立请求消息、 通信结束 请求消息与业务承载数据， 而所述来自基站的通信相关消息包括通信建 立响应消息、 通信结束响应消息与业务承载数据。
8. 一种在无线通信网络中用于进行中继通信的中继设备， 其特征在 于， 根据基站的指示来将在基站和移动站之间进行控制信息的相互转 发。
9. 根据权利要求 8所述的中继设备， 其特征在于， 包括： 一个第一接收装置， 用于接收来自所述基站的通信控制消息； 一个再生装置， 用于由所述来自基站的通信控制消息再生提供给移 动站的通信控制消息；
一个第一发送装置， 用于根据所述来自基站的通信控制消息， 在第 一子信道上将所述来自基站的通信控制消息发送给移动站。
10. 根据权利要求 9所述的中继设备， 其特征在于， 还包括： 一个第二接收装置， 用于根据所述来自基站的通信控制消息， 在第 二子信道处接收来自一个移动站的信号，
一个判断装置， 用来判断所述来自移动站的信号的信号强度是否大 于一个预定阈值，
一个获取装置， 当所述来自移动站的信号的信号强度大于该预定阔 值， 用来从所述来自移动站的信号中获取所述移动站的状况信息；
第二发送装置， 用于根据所述来自基站的通信控制消息， 在第三子 信道上将所述移动站的状况信息发送给一个基站。
1 1. 根据权利要求 9或 10所述的中继设备， 其特征在于， 所述第一接收装置还用于根据所述来自基站的通信控制消息， 在第 四子信道上接收来自一个基站的状况请求消息；
所述第一发送装置还用于根据所述基站的通信控制消息， 将所述来 自基站的状态请求消息发送给一个或多个移动站。
12. 根据权利要求 8 - 11中任一项所述的中继设备， 其特征在于， 所述第二接收装置还用于， 根据所述基站的通信控制消息， 来在第 五子信道接收来自一个移动站的通信相关消息；
所述第二发送装置还用于， 根据所述基站的通信控制消息， 来在第 六子信道将所述移动站的通信相关消息发送给所述基站。
13. 根据权利要求 8 - 12中任一项所述的中继设备， 其特征在于： 所述第一接收装置还用于， 根据所述基站的通信控制消息， 来在第 七子信道接收来自所述基站的通信相关消息；
所述第一发送装置还用于， 根据所述基站的通信控制消息， 来在第 八子信道将所述基站的通信相关消息发送给相应的移动站。
14. 一种在无线通信网络的网络设备中利用中继设备进行通信的方 法， 该方法包括以下步骤：
- 将一个通信控制消息发送给一个中继设备；
- 根据所述通信控制消息， 在第三子信道上接收来自所述中继设备 的状况报告消息， 和在第十信道上接收来自于所述移动站的信号；
- 由所述来自中继设备的信号获取一个表示一个移动站与该中继设 备之间的信道状况的第一状况信息以及一个表示该中继设备与基站之 间的信道状况的第二状况信息， 和由所述来自移动站的信号获取一个表 示该移动站与基站之间的信道状况的第三状况信息；
- 根据所迷第一、 二和三状况信息来选择与移动站之间的合适的通 信路径；
- 根据所选择的通信路径， 控制与所述移动站之间的通信过程。
15. 根据权利要求 14所述的方法， 其特征在于， 还包括以下步驟： - 根据所述通信控制消息， 在第四子信道上发送一个状况请求消息 给所述中继设备。
16. 根据权利要求 14 - 15中任一项所述的方法， 其特征在于， 还 包括以下步骤：
- 基于所选择的合适的通信路径来生成一个新的通信控制消息； 其中， 所述将一个通信控制消息发送给一个中继设备的步骤为： 将所述新的通信控制消息发送给一个中继设备。
17. 根据权利要求 14 - 16中任一项所述的方法， 其特征在于， 当建 立与所述移动站经由所述中继设备与基站之间的中继路径时， 所述控制 与移动站之间的通信过程的步驟包括： -根据所述通信控制消息， 控制在第八子信道将第一通信相关信息 发送给所述中继设备， 和控制在第七子信道接收来自所述中继设备的第 二通信相关信息。
18. 根据权利要求 17所述的方法， 其特征在于，
所述第一通信相关信息包括来自所述移动站的通信建立请求消息、 通信结束请求消息与业务承载数据， 而所述第二通信相关信息包括来自 所述基站的通信建立响应消息、 通信结束响应消息与业务承载数据。
19. 根据权利要求 14-18中任一项所述的方法， 其特征在于， 所述通信路径包括该移动站与基站之间的直接通信路径与该移动站 经由该中间站的与基站之间的单跳或多跳中继路径。
20. —种在无线通信网络中利用中继设备进行扩展覆盖范围通信的 网络设备， 该网络设备包括：
一个发送装置， 用于将一个通信控制消息发送给一个中继设备； 一个接收装置， 用于根据所述通信控制消息， 在第三子信道上接收 来自所述中继设备的状况报告消息， 和在第十信道上接收来自于所述移 动站的信号；
一个获取装置， 用于由所述来自中继设备的信号获取一个表示一个 移动站与该中继设备之间的信道状况的第一状况信息以及一个表示该 中间站与基站之间的信道状况的第二状况信息， 和由所述来自移动站的 信号获取一个表示该移动站与基站之间的信道状况的第三状况信息
- 路径选择装置， 用于根据所述第一、 二和三状况信息来选择与移 动站之间的合适的通信路径；
- 通信控制装置， 用于根据所选择的通信路径， 控制与所述移动站 之间的通信过程。
21. 根据权利要求 20所述的网络设备， 其特征在于，
所述发送装置还用于根据所述通信控制消息， 在第四子信道上发送 一个状况请求消息给所述中继设备。
22. 根据权利要求 20或 21所述的网络设备， 其特征在于， 所述通信路径包括该移动站与基站之间的直接通信路径与该移动站 经由该中间站的与基站之间的单跳或多跳中继路径。
23. 根据权利要求 20 - 22中任一项所述的网络设备， 其特征在于， 还包括： 一个生成装置， 用基于所选择的合适的通信路径来生成一个新的通 信控制消息；
其中，
所述发送装置还用于将所述新的通信控制消息发送给一个中继设 备。
24. 根据权利要求 20 - 23中任一项所述的网络设备， 其特征在于， 所述通信控制装置还用于， 当建立与所述移动站之间的经由所述中 继设备的间接通信时， 根据所述通信控制消息控制所述发送装置在第八 子信道将第一通信相关信息发送给所述中继设备,以及控制所述接收装 置来在第七子信道接收来自所述中继设备的第二通信相关信息。
25.根据权利要求 24所述的网络设备， 其特征在于，
所述第一通信相关信息包括来自所述移动站的通信建立请求消息、 通信结束请求消息与业务承载数据， 而所述第二通信相关信息包括来自 所述基站的通信建立响应消息、 通信结束响应消息与业务承载数据。
26. 根据权利要求 20 - 25所述的网络设备， 其特征在于，
所述通信路径包括该移动站与基站之间的直接通信路径与该移动站 经由该中间站的与基站之间的单跳或多跳中继路径。
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