中继方法及其设备 【技术领域】
本发明的实施方式大致涉及无线传输领域, 更具体地, 涉及一种中继方法及其设备。 背景技术 在 3GPP 的 R8 中, 典型地通过两种场景部署多媒体广播组播业务 (MBMS), 即单小区 (SC) 和多小区的 MBMS 单频网 (MBSFN) 传输。
在相关的讨论中已提出使用中继扩大覆盖范围、 改进容量并且改进消息边缘性 能。讨论的热点是半双工中继。针对 FDD 系统中使用的中继, 在基站 (e-NB) 和中继设备之 间有两种典型的资源分配方法。一种是 TD 中继, 另一种是 FD 中继。TD 中继针对接收和发 送以时分的方式共享同一频率资源, 而 FD 中继针对接收和发送以频分的方式共享同一时 间资源。
在图 7 和图 8 中示出了时分 (TD) 和频分 (FD) 的中继资源分配方式。如图 7 所 示, 例如针对 TD 中继, e-NB 在子帧 0( 也可以配置其它时间间隔 ) 将分组发送到中继设备和 UE, 中继设备在不同的子帧 1 转发该分组 ( 根据中继的类型不同, 接收后直接转发或先解码 再转发。如图 8 所示, 例如针对 FD 中继, e-NB 在无线承载 0( 也可以配置为其它粒度 ) 将 分组发送到中继设备和 UE, 中继设备使用不同的频率资源, 如 RB-1 将分组发送到 UE。
换而言之, 中继设备在不同的频率资源上接收和发送分组。不论将哪一种方式用 于半双工中继, 由于中继设备处的接收和发送不能同时进行, 在中继设备和其服务 e-NB 之 间都有固有的延迟。图 9 中详细说明了这种情况。如图 9 所示, 为了避免来自服务 e-NB 的 干扰, 中继设备在子帧 1 上发送分组, 如 p1, 服务 e-NB 通常保持沉默或简单地将同样的分组 ( 如 p1) 发送到还可能从服务 e-NB 接收该分组的那些 UE。因而一个有效分组 ( 如 p1) 在 两个时隙 ( 子帧 0 和子帧 1) 上发送到 UE。换而言之, 针对此半双工中继传输系统, 最多获 得半速率。
然而, 并没有在半双工中继引入后获得全速率 MBMS 的方案。
发明内容 本发明的实施方式提出了一种中继方法及其设备。
根据本发明的一个方面, 提出了一种用于半双工中继中的中继方法, 该方法包括 : 在第一时间间隔上向中继设备和接收设备发送相同的第一符号向量 ; 在第二时间间隔上 向接收设备发送第二符号向量, 以使得接收设备根据在第一时间间隔上接收到的第三符号 向量以及在第二时间间隔上接收到的第四符号向量获取第一符号向量和第二符号向量, 其 中, 第三符号向量包含发送设备发送的第一符号向量, 第四符号向量包含发送设备发送的 第二符号向量和中继设备转发的第一符号向量。
根据本发明的另一个方面, 还提出了一种发送设备, 该发送设备包括处理单元, 用 于指示在第一时间间隔上向中继设备和接收设备发送相同的第一符号向量, 在第二时间间
隔上向接收设备发送第二符号向量, 以使得接收设备根据在第一时间间隔上接收到的第三 符号向量以及在第二时间间隔上接收到的第四符号向量以获取第一符号向量和第二符号 向量, 其中, 第三符号向量包含处理单元指示发送的第一符号向量, 第四符号向量包含处理 单元指示发送的第二符号向量和中继设备转发的第一符号向量 ; 发送设备收发单元, 用于 根据处理单元的指示发送第一符号向量和第二符号向量。
根据本发明的又一个方面, 还提出了一种中继设备, 该中继设备包括接收单元, 用 于在第一时间间隔上接收发送设备发送的第一符号向量 ; 发送单元, 用于在第二时间间隔 上向接收设备发送接收单元接收到的第一符号向量, 以使得接收设备根据在第一时间间隔 上接收到的第三符号向量以及在第二时间间隔上接收到的第四符号向量获取第一符号向 量和第二符号向量, 其中, 第三符号向量包含发送设备发送的第一符号向量, 第四符号向量 包含发送设备发送的第二符号向量和发送单元发送的第一符号向量。
根据本发明的再一方面, 提出了一种接收设备, 该接收设备包括 : 接收设备收发 单元, 用于在第一时间间隔上从发送设备接收第三符号向量以及在第二时间间隔上从中继 设备接收第四符号向量 ; 符号再生单元, 用于根据第三符号向量和第四符号向量获取发送 设备发送的第一符号向量和第二符号向量, 其中, 第三符号向量包含发送设备发送的第一 符号向量, 第四符号向量包含发送设备发送的第二符号向量和中继设备转发的第一符号向 量。
根据本发明的再一方面, 还提出了包括以上所述的发送设备、 中继设备和接收设 备的系统。
通过上述的技术方案, 在第二时间间隔 ( 如第二子帧 ) 中将符号向量直接发送到 移动终端而不通过中继设备, 在移动终端处对经过中继设备的信号和不经过中继设备的信 号进行处理还原出在每个时间间隔中分别发送的符号向量, 从而在半双工中继传输系统中 获得符号向量的全速率传输。 附图说明
结合附图对本发明的实施方式进行详细的描述, 可更好地理解本发明, 其中 : 图 1 示出了根据本发明实施方式的系统的结构示意图 ; 图 2 示出了根据本发明实施方式的基站的方框图 ; 图 3 示出了根据本发明实施方式的中继设备的方框图 ; 图 4 示出了根据本发明实施方式的移动终端的方框图 ; 图 5 示出了根据本发明实施方式的中继方法流程图 ; 图 6 示出了根据本发明实施方式的符号向量发送的子帧占用示意图 ; 图 7 示出了现有技术中时分复用情况下的资源分配示意图 ; 图 8 示出了现有技术中频分复用情况下的资源分配示意图 ; 图 9 示出了现有技术中符号向量发送的子帧占用示意图。具体实施方式
下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明, 在描述过程中省略了对于本 发明来说是不必要的细节和功能, 以防止对本发明的理解造成混淆。本发明的实施方式提出了一种用于半双工中继传输的系统, 如图 1 所示包括以下 发送设备、 中继设备和接收设备, 其中, 发送设备和接收设备可以分别是基站和移动终端。
本发明的实施方式还提出了一种发送设备, 如图 2 所示, 该发送设备包括处理单 元 210, 用于指示在第一时间间隔上向中继设备和接收设备发送相同的第一符号向量 ; 在 第二时间间隔上向接收设备发送第二符号向量, 以使得接收设备根据在第一时间间隔上接 收到的第三符号向量以及在第二时间间隔上接收到的第四符号向量获取第一符号向量和 第二符号向量, 其中, 第三符号向量包含处理单元 210 指示发送的第一符号向量, 第四符号 向量包含处理单元 210 指示发送的第二符号向量和中继设备转发的第一符号向量 ; 发送设 备收发单元 220, 用于根据处理单元 210 的指示发送第一符号向量和第二符号向量。
其中, 发送设备收发单元 220 还用于接收接收设备上报的关于信道的信息 ; 该发 送设备还包括编码单元 230, 用于根据该关于信道的信息进行编码。
发送设备还包括编码信息存储器 240, 用于存储发送设备收发单元 220 接收到的 关于信道的信息以及其它编码所需的信息, 例如与各种编码相对应的码字。
发送设备还包括符号产生单元 250, 用于产生原始符号向量以供编码单元 230 编 码按照需求进行编码。 本发明的实施方式还提出了一种中继设备, 如图 3 所示, 包括接收单元 310, 用于 在第一时间间隔上接收发送设备发送的第一符号向量 ; 发送单元 320, 用于在第二时间间 隔上向接收设备发送接收单元 310 接收到的符号向量, 以使得接收设备根据在第一时间间 隔上接收到的第三符号向量以及在第二时间间隔上接收到的第四符号向量获取第一符号 向量和第二符号向量, 第三符号向量包含发送设备发送的第一符号向量, 第四符号向量包 含发送设备发送的第二符号向量和发送单元 320 发送的第一符号向量。
该中继设备还包括功率控制单元 330, 用于对第一时间间隔上接收到的符号向量 进行调整以保证发送单元 320 的平均发送功率恒定。
该中继设备还包括功控策略库 340, 用于存储用户预先设定的功率控制策略以供 功率控制单元 330 使用。例如, 该功率控制策略可以包括多种功率等级, 功率控制单元 330 可以选择其中的一种功率等级作为发送单元 320 所发送信号的平均发送功率。该功率等级 可以是多个实际的功率值, 也可以以某个最大功率值的半功率、 1/4 功率等形式出现。
本发明的实施方式又提出了一种接收设备, 包括接收设备收发单元 410, 用于在 第一时间间隔上接收第三符号向量以及在第二时间间隔上接收第四符号向量 ; 符号再生单 元 420, 用于根据接收设备收发单元 410 接收到的第三符号向量和第四符号向量获取发送 设备发送的第一符号向量和第二符号向量, 其中, 第三符号向量包含发送设备发送的第一 符号向量, 第四符号向量包含发送设备发送的第二符号向量和中继设备转发的第一符号向 量。
根据本发明的实施方式该接收设备还包括信息收集单元 440, 用于实时地或间或 地收集接收设备与发送设备之间信道的信息, 信道反馈单元 430, 用于通过接收设备收发单 元 410 上报信息收集单元 440 收集到的关于信道的信息以利于该发送设备根据该信息进行 编码。
根据本发明的实施方式, 该接收设备还包括解码信息存储器 450, 用于存储与发送 设备的编码信息存储器所存储的编码信息对应的解码信息 ( 如, 解码码字和 / 或信息收集
单元 440 收集到的关于信道的信息 ), 当在发送设备中发生编码时, 符号再生单元 420 使用 解码信息存储器 450 所存储的解码信息对接收到的符号向量 ( 如, 第三符号向量和第四符 号向量 ) 进行解码。
虽然上面以分离的功能模块的形式描述了本发明实施例的发送设备、 中继设备和 接收设备, 但是图 2 至图 4 中示出的每一个组件在实际应用中可以用多个器件实现, 示出的 多个组件在实际应用中也可以集成在一块芯片或一个设备中。该发送设备、 中继设备和接 收设备也可包括用于其它目的的任何单元和装置。
下面结合图 5 和图 6 详细描述上述发送设备、 中继设备和接收设备的具体结构和 操作过程。为清楚起见, 在以下具体实施方式的描述中, 以基站作为发射设备、 移动终端作 为接收设备进行描述。 然而, 本领域技术人员可以清楚地认识到, 发射设备也可以是移动终 端, 而接收设备可以是基站。
本发明的实施方式可用在以下示例性的应用场景中 :
部署场景 : 中继设备位于 SFN 区域内并且 UE 可以接收到来自所有服务 e-NB 的信 号并同时进行中继。针对位于 SFN 区域边缘或位于具有强衰落的单频网 (SFN) 边缘小区中 心的 UE, 从中继设备接收到的信号功率可能比从服务 e-NB 接收到的信号功率强。 跳跃次数, 最大跳跃的次数号是 2, 即服务 e-NB →中继设备→ UE, 为简洁起见, 只 考虑针对 MBMS 的下行链路。
无线链路 : 服务 e-NB 和中继设备之间的链路是无线的。
固定中继 : 从 UE 的角度来看, 中继设备是固定的。
带内中继传输 : 即服务 e-NB → UE 和服务 e-NB →中继设备共享同样的下行链路频 带。前述的 TD 半双工中继和 FD 半双工中继是带内中继。为简洁起见, 以下描述中使用 TD 半双工中继。
L1 AF( 放大转发模式 ) 中继或 L2 DF( 解码转发模式 ) 中继 : 两者都可以, 假定为 L1 AF 中继。
扩展 : 此处假定为 MBSFN, 很容易发现当服务 e-NB 的数据是 1 时, 本场景等效于 SC MBMS, 而当在 SC MBMS 下 UE 的数目是 1 时, 本场景等效于单播。
图 5 是本发明实施方式所提出的中继方法。如图 5 所示, 在步骤 510 中, 在第一子 帧上向中继设备和移动终端发送第一符号向量 X1。
假定在 MBSFN 中总共有 G 个服务基站 e-NB 和一个随机接收的移动终端 UEi。在其 它 UE 处的分析也相同。
图 6 中的 X1、 X2、 Y、 Z1 和 Z2 是长度为 N 的列向量。具体地, X1 和 X2 是所传输的 长度为 N 的符号向量, 即上述的第一符号向量和第二符号向量。 Y 是中继设备接收到的符号 向量。Z1 和 Z2 是 UEi 处接收到的长度为 N 的向量, 即分别为上述的第三符号向量和第四符 号向量。
由于针对 MBMS 进行 SFN 操作, 首先假定所有 e-NB 具有单根发射天线。为简单起 见, 假定中继设备和 UEi 处也使用单根天线, 但是在本发明的一些实施方式中并不限于只 使用一根天线。如果是多天线的情景, 例如多输入多输出天线 (MIMO) 用于本发明的实施方 式中, 只要在中继设备和 UE 配置所需的天线, 比如在 2×2 的 MIMO 下需要在中继设备和 UE 配置两根天线, 而 2×1 的 MIMO 只需要在中继设备和 UE 配置一根天线即可。
将所有 e-NB 和中继设备之间的信道模型化为 fi, i = 1、 ...、 G( 假定总共 G 个 eNB)。将中继设备和 UEi 之间的信道模型化为 g。将所有 e-NB 和 UEi 之间的信道模型化 为 hi, i = 1、 ...、 G。这些信道全部被独立同分布 (i.i.d.) 模型化并在一个处理时间间隔 (PTI) 期间保持不变。不失普遍性, 此处只考虑一个处理时间间隔 (PTI), 例如一个 PTI = 2 个子帧。假定在一个 PTI 期间, 服务 e-NB 和中继设备之间的信道、 中继设备和 UE 之间的 信道、 服务 e-NB 和 UE 之间的信道都保持不变, 并且通过信道估计可以在 UE 处获得所有这 些信道的模型, 即 fi、 g 和 hi。
在第一个子帧期间, 针对 MBSFN 中的所有的 e-NB, 在其处理单元 210 的指示下, 发 送设备收发单元 220 将公共符号向量 X1 发送到中继设备和所有的 UE。
此时, 中继设备的接收单元 310 接收到的信号向量为 :
UEi 的接收设备收发单元 410 接收到的信号向量为 :在 (1) 和 (2) 中, N1 和 W1 是独立同分布的加性高斯白噪声 (AGWN), P1i 是第 i 个 的 e-NBi 在第一子帧上的发射功率。在步骤 520 中, 在第二子帧上向移动终端发送第二符号向量 X2。
针对 MBSFN 中的所有的 e-NB, 在其处理单元 210 的指示下, 发送设备收发单元 220 都将新的公共符号向量 X2 发送到所有的 UE。 由于此时半双工中继设备处于发射模式, 不会 接收符号向量 X2。
步骤 510 和步骤 520 中的 X1 和 X2 可以是符号产生单元 250 所产生的原始符号向 量, 也可以是编码单元 230 根据编码信息存储器 240 中存储的编码信息对一个或多个原始 符号进行编码后产生的符号向量。
在步骤 530 中, 中继设备节点的功率调整单元 330 将所接收到的信号向量调整为
A = α·Y (3)
在 (3) 中, α 表示功率调整因子以保证中继设备节点的平均发射功率是 P2。平均 发射功率 P2 可根据功率调整单元 330 从功控策略库 340 中提取的功率控制策略得到。中 继设备的发送单元 320 将调整后的信号向量 A 发送到其下所有的 UE( 包括 UEi)。
此时, UEi 的接收设备收发单元 410 所接收的信号向量是 :
在 (4) 中, W2 是独立同分布的 AGWN 噪声, P3i 是第 i 个 e-NB 在第二子帧上的发射 从而一个 PTI 期间总的发射功率等于总功率限制 P :功率。
在步骤 540 中, 移动终端根据从第一子帧和第二子帧上接收到的信号获取 X1 和 可以将一个 PTI 期间 UEi 的接收设备收发单元 410 接收到的总信号如下表示 :X2。
上述等式可简化为 :针 对 MBSFN, 此 处 假 定 P11 = P12 = ... = P1i... = P1G = P1 以 及 P31 = P32 = ... = P3i... = P3G = P3, 其中 P1 是所有基站在第一子帧上的平均发射功率, P3 是所有 基站在第二子帧上的平均发射功率。符号再生单元 420 可根据公式 (5) 的总功率限制获 得 ρ1, i = 1, ..., 3, 噪声功率 W1、 W2 和 N1 也取决于 P1、 P2 和 P3 之间的关系。其中, 针对
MBSFN,和分别是基站到移动终端以及基站到中继设备的合成信道,ρ2 = P2, ρ3 = P3, 并且可以通过信道估计获得。根据上述设定, 可推出 ρ1 = P1,
等式 (7) 还可以如下简化 :在 公 式 (8) 中,ci =ρ1/ρ, i = 1, 2, 3。等式 (8) 中的参数 ρ 可以根据实际情况选择, 例如为使计算过程简洁 所提取的公共系数等。
根据所发射的复向量 X 的不同结构, 终端再生单元 420 的处理有以下三种情况 :
第一种情况 : 针对两个原始的符号向量对获得全分集。
基于 PEP( 成对错误概率 ) 分析, 当且仅当针对任何相异原始信息符号向量对 S 和 ( 其中,是 S 的估计 ), 长度 2N 的列向量 ( 其中, X = [X1T X2T]T) 没有零项时, 才能 针对任何相异码字对 C 和 ( 其中, 是 C 的估计 ) 获得全阶的误差码字矩阵 ( 即 )。因此, 针对原始信息符号向量 S = [S1T S2T]T, 能够达到全分集。通过编码单元 230 详细 地设置 X = ΘS 可以获得 2 阶的全分集增益。针对任何非零的向量 合适的配置, 可以实现在长度 2N 的向量 通过对 Θ 矩阵 中没有非零项。很清楚, 符号再生单元 420根据解码信息存储器 450 所存储的解码信息使用 ML( 最大似然 ) 算法或简化算法可以对 S1 和 S2 进行解码 ( 例如进行球形解码 )。
第二种情况 : 对于两种原始的符号对没有获得分集 ( 不失一般性地, 在 OFDM 中, 为 简洁起见此处假定 N = 1)。
在这种情况下, X = [X1T X2T]T 表示原始传输的符号向量, 换而言之, 不使用第一种 情况中的变换。现可将在公式 (8) 中接收到的符号重写为 :
在公式 (9) 中,C = [X1 X2]T。由于 H 是下三角矩阵, 可在此处使用 DPC( 脏纸编码 )。在服务 e-NB 处, 在第一子帧上直接传输 X1。在第二子帧上, 一旦 X1 和 已知, 编码单元 230 可以通过 DPC 预先消除从 X1 到 X2 的干扰。因此, 移动终端的符号再生单元 420 根据解码信息存储器 450 所存储的解码信息可以使用在第一子帧上 接收到的信号对 X1 进行解码, 在没有来自 X1 干扰的第二子帧上使用 DPC 解码获得 X2。
由于在两个子帧上进行独立解码, 对于两个原始的信号对 X1 和 X2, 不能获得分集 增益。
第三种情况 : 只针对一个原始符号获得全分集, 对另一个符号没有实现分集增益
与第二种情况不同, 本情况中在第二个子帧上可以使用多用户预编码。编码单元 230 通过多用户预编码通过可以有效移除流间干扰, 即在第二个子帧上 X1 和 X2 之间的干 扰。换而言之, 移动终端的符号再生单元 420 可以根据解码信息存储器 450 所存储的解码 信息首先解码 X2, 然后根据在这两个子帧上的接收信号的表达式, 可将 MRC( 最大比合并 ) 用于 X1 的解码。因而 X1 获得全分集而 X2 没有获得分集增益。 从以上技术方案可以看出, 在第一子帧期间, 所有的服务 e-NB 将共同的数据发送 到中继设备以及所有接收 UE。与先前的半双工中继设备传输不同, 在第二子帧期间除了中 继设备将接收到的数据转移到 UE 之外, 所有的服务 e-NB 向所有的 UE 发送新的共同数据。
从 UE 的接收观点来看, 所有的服务 e-NB 在一个 PTI( 例如, 总共 2N 个符号 ) 期间 发送独立数据, 换而言之, 由于在 2N 个符号间隔内从服务 e-NB 向 UE 发送总共 2N 个符号, 没有损失速率。
对于上述的三种情况, 在第一种情况下, 针对两个原始的符号向量对获得全分集 ; 在第二种情况下, 针对两个原始的符号对没有获得分集 ; 在第三种情况下, 只针对一个原始 符号获得全分集而针对另一个原始符号没有获得分集。 上述三种情况可获得的分集增益不 同, 对应的满足误块率要求的信噪比不一样, 而且各自的处理复杂度也不一样。 例如第一种 情况获得全分集, 要求的信噪比最低。而第二、 三种情况的复杂度低。实际应用中可以根据 实际的情况 ( 如信噪比条件 ) 选择不同的方法。
对接口信令 ( 如支持全速率操作的信令 ) 的可能影响分析如下 :
在第一种情况下 : 不需要上行链路信令, 而需要基站通过下行链路信令指示从服 务 e-NB 到 UE 的中继设备的存在, 由此, UE 可以在一个 PTI 期间进行解码操作。
在第二 / 三种情况下 : 针对基站的 DPC 或多用户预编码操作可能需要移动终端的 信道反馈单元 430 反馈一些信息, 如信道信息, 并因此更适于单小区 MBMS 传输或单播, 这些 信息可由信息收集单元 440 进行收集并存储在基站的编码信息存储器 240 和移动终端的解 码信息存储器 450 中。需要相同的下行链路信令指示用于用户的中继设备的存在。
以上技术方案针对 TD 方式进行论述。然而只需稍作修改, 本发明所提出的技术方 案也可用于以 FD 方式进行的半双工中继中。其区别仅在于 FD 方式中, 中继设备的收发使 用不同频率。
以上技术方案针对下行链路进行论述, 然而本发明所提出的技术方案同样可用于 上行链路中。其不同之处仅在于信息收发的方向不同。
本领域技术人员应该很容易认识到, 可以通过编程计算机实现上述方法的不同步 骤。在此, 一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备 ( 如, 数字数据存 储介质 ) 以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令, 其中, 该指令执行上述方法的 一些或全部步骤。例如, 程序存储设备可以是数字存储器、 磁存储介质 ( 如磁盘和磁带 )、 硬件或光可读数字数据存储介质。 实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算 机。
描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到, 本领域技术人员能够建议不 同的结构, 虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出, 但体现了本发明的原理并包括 在其精神和范围之内。此外, 所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者 理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思, 并应被解释为不是对这些特定 提到的示例和条件的限制。 此外, 此处所有提到本发明的原则、 方面和实施方式的陈述及其 特定的示例包含其等同物在内。
上面的描述仅用于实现本发明的实施方式, 本领域的技术人员应该理解, 在不脱 离本发明的范围的任何修改或局部替换, 均应该属于本发明的权利要求来限定的范围, 因 此, 本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。