多用户辅助分集的方法 【技术领域】
本发明涉及分集接收和多跳(multi-hop)无线通信领域，特别涉及一种多用户辅助分集的方法。
背景技术
通信的目的是尽力追求将信息及时可靠地在收发双方之间进行传输。而在无线通信系统中，数字信息的准确收发往往十分困难。特别是对于无线移动环境，受到诸如恶劣的信道质量等影响，如阴影效应，多径衰落等将导致明显的接收性能降低。而分集技术是对抗衰落，提高接收效果最有效的技术手段之一。
多跳无线通信是指在始发节点和目标节点之间的通信跳数大于等于两跳，即二者之间的通信不是直接由始发节点到目标节点，而是需要通过介于始发节点到目标节点之间的中继节点的中继来完成。因此对于多跳无线通信系统而言，由于一次通信过程需要多次(≥1)收发操作，数字信息的准确收发难度更大。在多跳无线通信系统中，根据是否有中心节点对多跳中继行为进行控制，可以分为有中心结构的和无中心结构两种。本发明所涉及的是有中心结构地多跳系统。
如图2所示，在现有的一些无线通信系统中(如IEEE802.16a和高性能城域网规范(Hiperman))，都把多跳网络(IEEE802.16a和高性能城域网规范(Hiperman)中称为Mesh网络，即网状网络)作为一项可选技术来获得系统增益。在这些系统中主要的多跳通信方式是用中心节点作为控制中心，控制所有通信的方式。(注：在本文中，多跳系统的上行通信是指节点(中心节点除外)朝向中心节点方向的通信；下行通信是指节点远离中心节点方向的通信。)
当系统采用多跳网络模式工作时，首先由中心节点发送整个系统的拓扑结构信息，中心节点的第一级中继节点(即在下行通信方向中，最靠近中心节点的一级中继节点)会将这些拓扑信息中继给第二级中继节点，此过程(即在下行通信中，上级节点向下级节点的中继)直到系统中所有节点收到此拓扑信息为止。对于中心节点的控制信息的传送，和上述拓扑结构信息的传送类似，也是通过中继节点的逐级传递。以上是多跳系统下行信息的传送过程。
对于由各级节点到中心节点的上行信息的传送，与下行信息的传送过程相反，始发节点首先将其上行信息发送到该发送节点的第一级中继节点(即在上行通信方向最靠近发送节点的一级中继节点)，该中继节点将此中继信息和该节点自身的信息一同向更上一级节点中继，直到该信息到达目标节点。除了上行通信和下行通信之外，在同级节点之间，也存在多跳通信。同样需要通过中继节点的中继在同级节点之间完成多跳通信。
在上述多跳通信中，现有的中继方法，采用的是简单的单节点对单节点(下一级节点到上一级节点)的传送方式。由于在多跳系统中，从始发节点到目标节点需要经过多次中继(≥1)，只有这些中继过程的收发(即每一跳通信)都正确才能够保证一次由“始发节点到目标节点”通信的正确。
对于有中心结构的多跳系统的通信，现有的中继方法中，采用的是简单的单节点对单节点(下一级节点到上一级节点)的传送方式。由于在多跳系统的通信中，从“始发节点到目标节点”需要经过多次中继(≥1)，只有这些中继过程的收发都正确才能够保证一次由“始发节点到目标节点”通信的正确。因此在多跳通信中，通信的可靠性将会比单跳系统降低，从而导致整个多跳系统的系统性能(如吞吐量、时延等)的下降。
在本文献中，将这种多跳通信模式称为“普通多跳通信模式”。
另外，为了提高通信可靠性，扩大覆盖范围，增强移动性，在IEEE802.16a和IEEE 802.16e中都引入了子信道化的概念，但子信道所能扩大的覆盖毕竟有限。而且在多跳系统中，频率分集性能会明显下降，节点间的数据速率也会明显下降。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种在有中心结构的多跳通信系统中利用分集技术提高接收性能的方法。
为实现上述目的，一种多用户辅助分集的方法，包括：
在有中心结构的多跳无线通信系统中，采用多条分集路径完成始发节点到目标节点通信信息的分集；
至少一条分集路径的跳数≥2。
本发明在有中心结构的多跳通信系统中，通过中心节点的控制，始发节点的同一信息可以通过不同的独立路径发送至目标节点，由目标节点选用合适的方式分集，提高了接收效果。
【附图说明】
图1是多用户辅助分集的示意图例(2条2跳路径情况)；
图2是多跳通信系统的简单示意图(3跳)；
图3是多用户辅助分集的工作流程图(中心节点)；
图4是多用户辅助分集的工作流程图(始发节点、目标节点和中继节点)。
【具体实施方式】
多用户辅助分集的基本思想是：如果始发节点到目标节点需要经过多次中继(≥1)，那么中心节点可以根据系统当前的资源情况，选择采用多个(≥1)中继节点形成多条路径(其中至少一条路径的跳数≥2)进行中继，并由目标节点进行分集接收，完成整个通信过程。由于采用多条路径进行通信，目标节点获取的发送节点的信息量大于等于单条路径(即“普通多跳通信模式”)下获取得信息量，从而得到了分集增益。(注：在本文中，路径是指由始发节点到目标节点的一条虚拟的通信通道，它由所经过的节点和这些节点间的链路组成，信息可以按照这条通信通道进行传递；如果始发节点和目标节点之间信息的通信通道中所经过的节点和节点间的链路不完全相同，那么就可以称在始发节点和目标节点之间存在多条(≥2)路径。)
关于目标节点的分集方法，如果目标节点采用简单的选择性分集，只要一条路径上的收发正确就能够保证一次由“始发节点到目标节点”通信的正确，从而提高了通信的可靠性；如果目标节点采用其他合并分集(如最大比合并，等增益合并等)方法，接收效果比选择性分集效果更好。
因此多用户辅助分集通信过程的可靠性比现有方法的可靠性会有很大提高。
本发明提出的多用户辅助分集，是指：在有中心结构的多跳通信系统中，中心节点根据系统的资源情况、用户的服务质量(QoS)要求等指标，为始发节点选取多条(≥2)路径(其中至少有一条路径的跳数≥2)来完成多跳通信，从而提高接收性能的方法。
多用户辅助分集针对的就是这种中心节点控制的多跳通信系统中的通信过程。从始发节点到目标节点整个通信过程的完成，需要通过中继节点的多次(≥1)中继。在多用户辅助分集中，中心节点可以根据系统的资源状况、链路状况、用户的服务质量(QoS)要求等，选择多条(≥2)路径(其中至少有一条路径的跳数≥2)而不是单条路径进行由始发节点到目标节点的传输，并在目标节点处进行分集接收，从而提高接收性能。
多条(≥2)分集路径(其中至少有一条路径的跳数≥2)的选择算法。
对于多跳通信系统，如果始发节点和目标节点的跳数超过一跳，那么在每条通信路径中，始发节点需要一个或多个中继站作为中继，来完成到目标节点的通信。中继节点的选取可以由“始发节点”或/和“目标节点”或/和“中心节点”提出申请，由中心节点来决定。选取可以根据：
“通信链路的质量(如信道信号噪声比SIR)”，和/或
“通信链路的负荷(如吞吐量的大小)”，和/或
“产生的对于其他节点的干扰”，和/或
“通信过程中所涉及节点的能力”，和/或
“通信过程中所涉及节点的负荷”，和/或
“通信过程中所涉及节点的要求”等指标进行。
对于包含多条(≥2)分集路径(其中至少有一条路径的跳数≥2)通信系统，分集路径数目的选取可以由中心节点来决定。选取可以根据：
“通信链路的质量(如信道信号噪声比SIR)”，和/或
“通信链路的负荷(如吞吐量的大小)”，和/或
“产生的对于其他节点的干扰”，和/或
“通信过程中所涉及节点的能力”，和/或
“通信过程中所涉及节点的负荷”，和/或
“通信过程中所涉及节点的要求”等指标进行。
图1所示是两跳两条分集路径的例子。
图1中的路径1，是节点C通过节点A的中继到达中心节点的上行路径，其中由节点C到节点A的链路为链路1，节点A到中心节点的链路为链路2。路径1可以称为主路径，“普通多跳通信系统”中，只有这一条路径。而在多用户辅助的分集方法中，中心节点可以再选取另外一条由节点C到中心节点的路径，即路径2。路径2中，由节点C到节点B的链路为链路3，节点B到中心节点的链路为链路4。
是否选取和选取几条分集路径以及每条路径是由哪些节点和链路组成的，由中心节点决定，决定的依据可以包括系统的负荷状况、系统的链路质量状况、各个节点的负荷状况、各个节点的链路质量状况、各条路径的负荷状况、各条路径的链路质量状况、节点的服务质量要求等。
对于包含多条(≥2)分集路径(其中至少有一条路径的跳数≥2)的通信系统，分集路径数目的选取可以由中心节点来决定。图1中，中心节点选择了两条两跳路径作为由节点C到达中心节点的上行路径。多跳路径的数目和路径的选择可以由中心节点根据情况进行动态调整。
信息在各条路径中的传送的方法
由始发节点到目标节点的信息传送，可以选择以下方式之一(以图1为例说明)：
A.各条路径按照中心节点的控制依次发送。图1中，节点C通过路径1、路径2各发送一次；
B.节点C只发送一次，而由于各个与节点C相邻的中继节点可以同时收到节点C发送的信息，因此各条路径只需要继续依次将节点C发送的信息通过中继节点传送到中心节点即可。与方式A相比较，省略了节点C对于相同信息向第一级中继节点的多次发送，从而节省了通信资源。
在图1中，节点C只进行一次发送，节点A和节点B同时通过链路1和链路3接收到信息，然后分别在中心节点的控制下通过链路2和链路4进行中继。
此外，在各个中继节点之间，可以有通信链路存在。如在节点A和节点B之间，可以有通信链路存在，节点A和节点B之间的信息交流，有利于提高接收效果。
目标节点的分集的方法
目标节点在接收到多条路径传送的由始发节点发送的同一信息的全部或者部分内容后，可以选用但不限于如下方式进行分集处理，并得到相应的分集增益：
A.选择性合并
B.最大比合并
C.等增益合并
D.切换合并
发明的动作说明
当始发节点接入多跳系统后，并需要与目标节点进行通信，中心节点会选取一条路径供始发节点向目标节点发送信息。此时，始发节点到目标节点的通信处于“普通多跳通信状态”。
当“中心节点”或/和“始发节点”或/和“目标节点”认为需要提高始发节点到目标节点的通信效果，而且中心节点认为当前的系统资源允许采用多用户辅助分集的时候，中心节点可以控制始发节点到目标节点的通信进入“多用户辅助分集”状态：
1)中心节点可以利用本发明中的“多条(≥2)分集路径(其中至少有一条路径的跳数≥2)的选择方法”选取由始发节点到目标节点的多条(≥2)分集路径(其中至少有一条路径的跳数≥2)；
2)随后，中心节点可以利用本发明中的“信息在各条路径中的传送的方法”进行由始发节点到目标节点的信息发送；在信息的发送和/或中继中，各条路径中的每一个节点都可以根据“所接收信息内容正确与否”和/或其他的情况放弃本次发送和/或中继；
3)随后，目标节点可以利用本发明中“目标节点的分集的方法”完成由多条多跳路径得到的信息的分集，达到提高由始发节点到目标节点的信息接收性能的效果；
4)如果中心节点认为有必要，可以返回步骤1)重新进行路径选择，也可以返回“普通多跳通信状态”。
实施例
如图1所示，是一个两条两跳路径情况下，多用户辅助分集的实施例。
当始发节点C接入多跳系统后，并需要与目标节点，即中心节点进行通信时，中心节点会选取一条路径供始发节点和目标节点进行通信，即通过中继节点——节点A的路径1。此时，始发节点到目标节点的通信处于“普通多跳通信状态”。
当中心节点或节点C，认为需要提高节点C到中心节点的上行通信的通信效果或者中心节点到节点C的下行通信的通信效果，而且中心节点认为当前的系统资源允许采用多用户辅助分集的时候，中心节点可以控制节点C和中心节点之间的通信进入“多用户辅助分集”状态：
1)中心节点可以利用本发明中的“多条(≥2)分集路径(其中至少有一条路径的跳数≥2)的选择方法”选取由节点C到中心节点的另外一条分集路径，即通过中继节点——节点B的路径2；
2)随后，中心节点可以利用本发明中的“信息在各条路径中的传送的方法”进行由节点A到目标节点的信息发送；即安排同一信息(包括从节点C到中心节点的上行信息和中心节点到节点C的下行信息)通过两条路径，即路径1和路径2，分别进行发送；
3)目标节点(对于节点C到中心节点的上行通信，这里的目标节点是指中心节点；对于中心节点到节点C的下行通信，这里的目标节点是指节点C)可以利用本发明中“目标节点的分集的方法”完成由两条两跳路径(路径1和路径2)得到的信息的分集，达到提高节点A和中心节点之间通信信息接收性能的效果；
4)如果中心节点认为有必要，可以返回步骤1)重新进行路径选择；也可以返回“普通多跳通信状态”，即重新在两条路径，路径1和路径2中，选择一条，而不是两条进行信息发送；
图3是中心节点进行多用户辅助分集的工作流程图；图4是节点
A、节点B和节点C进行多用户辅助分集的工作流程图。