節點和無線通信網絡、資源分配方法、信息無錯傳輸方法

2023-06-11 21:38:41

專利名稱：節點和無線通信網絡、資源分配方法、信息無錯傳輸方法
技術領域：
本發明的實施例涉及無線通信網絡的領域，更具體地講，涉及包括發送器、中繼站和接收器的無線通信網絡，其中提供中繼站以用於把從發送器發射的信息轉發到接收器。 更具體地講，本發明的實施例涉及一種在從中繼站到接收器的信息的重發的情況下用於無線通信網絡中資源分配的方法，例如使用中繼臺或中繼站並根據HARQ協議(HARQ =混合自動重複請求)工作的系統中的自適應資源分配。
背景技術：
在常規無線通信網絡(例如，蜂窩系統)中，中繼臺或中繼站用於支持蜂窩系統的發送器(源)和接收器(目的地)之間的通信。包括中繼站的蜂窩系統可支持HARQ協議。 在這種方案中，源經例如中繼站把信息發射到目的地，碼率與源和中繼站之間的信道(第一躍距)匹配。目的地既可直接從源接收信號，又可經中繼站接收信號。信號在目的地被組合併解碼。在目的地無法對接收的信號解碼的情況下，發出否定確認消息(NAK消息-否定確認消息)。響應於NAK消息，根據HARQ協議啟動重發。在已知系統中，在這種否定確認的情況下，控制中繼站而非源以執行重發。如果中繼站和目的地之間的信道(第二躍距)好於(例如，具有更好的信道質量)源和目的地之間的直接信道(這是很可能出現的情況)， 則這可以是有益的。在基於包的無線電通信網絡中，HARQ協議是通過請求任何錯誤解碼的包數據的重發允許無錯傳輸的重要方法。已知的HARQ協議/方案是Chase合併(CC)方案和遞增冗餘(IR)方案。根據信息理論，強壯的編碼(像是，例如turbo碼或LDPC碼)的成功解碼意味著信道的互信息(MI) (I (X ；Y))大於碼率(R。)，其中I (X ；Y)的行為取決於SNR(SNR =信噪比)，即I (X ；Y) = f (SNR)。使用HARQ協議允許錯誤解碼的包或信號的重發，由此增大I (X ； Y)以超過碼率R。。圖1表示互信息I (X，Y)與源和目的地之間的距離的關係。圖1㈧示意性地表示源S和目的地D。在上行鏈路的情況下，源可以是用戶裝備UE，目的地可以是基站eNB。互信息I (X，Y)定義在位置X離開源S並在位置Y到達目的地D的平均信息。因此，互信息 I(X, Y)應該處於最大值。為了確保在目的地成功解碼，互信息I (X，Y)需要大於碼率R。。 圖I(B)描繪取決於源和目的地之間的距離的互信息I (X，Y)的過程的圖形表示。可以看出，源和目的地之間的距離越長，互信息I (X ；Y)越低，在某個點，它變得低於由碼率設置的閾值民。在該閾值下方，在目的地的解碼將會失敗。HARQ方案是這樣一種方案允許將會導致互信息I (X ；Y)的增大的重發，由此超過R。並且由此允許更長的源和目的地之間的距
1 OUS 7，697，948B2描述一種使用HARQ方案但不使用中繼站重發位的方法。US 2007/0190934A1描述一種使用根據基於互信息MI選擇的特定中繼模式工作的中繼站的通信系統。然而，未描述 HARQ 協議。Y. Qi，R. Hoshyar 和 R Tafazolli 在 IEEE ICC 2009 的 "On thePerformance of HARQ with Hybrid Relaying Schemes，」 巾—禾中i^M巾·立佔和HARQ協議的無線通信系統。互信息用於在兩個預設中繼功能之間切換。因此，在使用中繼站並根據HARQ協議工作的現有技術系統中，中繼站在中繼站處於合適位置的假設下僅用於重發以正確地對能夠隨後重發的整個碼字解碼。未考慮重發所需的資源。

發明內容
本發明的目的在於提供一種在需要從中繼站到接收器的信息的重發的情況下用於無線通信系統中資源的分配的方法。該目的由權利要求I的方法和權利要求5的節點實現。本發明的實施例提供一種在從中繼站到接收器的信息的重發的情況下用於無線通信網絡中資源分配的方法，該無線通信網絡包括發送器、中繼站和接收器，該方法包括基於中繼信道和中繼功能確定重發所需的資源。本發明的實施例提供一種無線通信網絡中的節點，該無線通信網絡包括發送器、 中繼站和接收器，該節點包括處理器，構造為在從中繼站向接收器重發的情況下分配資源，其中所述處理器構造為基於中繼信道和中繼功能確定重發所需的資源。實施例提供一種用於無線通信網絡的發送器和接收器之間的信息的無錯傳輸的方法，該無線通信網絡還包括中繼站，該方法包括從發送器向接收器發送碼字，在接收器錯誤地檢測碼字的情況下，請求從中繼站重發信息，根據本發明的方法分配用於由中繼站執行的重發的資源，使用分配的資源執行從中繼站到接收器的重發以利用預定義概率對重發之後的 Ih息解碼。實施例提供一種無線通信網絡，包括發送器；接收器，構造為從發送器接收碼字並在錯誤地檢測該碼字的情況下請求重發；中繼站，構造為在接收器錯誤地檢測碼字的情況下引起信息的重發，其中所述發送器、接收器和中繼站中的至少一個構造為根據本發明實施例的節本發明的另一實施例提供一種包括程序的電腦程式產品，該程序包括由計算機可讀介質存儲的指令，當在計算機上運行該程序時所述指令執行根據本發明實施例的方法。根據本發明的實施例，在中繼站或者在無線通信網絡中的任何其它節點確定所述資源，其中在無線通信網絡中的任何其它節點確定所述資源的情況下，該方法還包括把用於重發的資源通知給中繼站。根據本發明的實施例，所述發送器或源可構造為把碼字發送給接收器或目的地， 其中在接收器錯誤地對碼字解碼的情況下請求重發，其中由中繼站向接收器重發信息以在接收器利用預定義概率對重發之後的碼字解碼。根據實施例，所述中繼信道可包括發送器和接收器之間的信道、發送器和中繼站之間的信道以及中繼站和接收器之間的信道中的至少一個。所述中繼信道可包括發送器和中繼站之間的信道以及發送器和接收器之間的信道與中繼站和接收器之間的信道中的至少一個。根據實施例，在信道質量的基礎上描述所述中繼信道或者表徵所述中繼信道，可在中繼信道的互信息(MI)、概率密度函數(pdf)或對數似然比(LLR)的基礎上確定所述信道質量。在中繼站實現的中繼功能可包括任何任意選擇的中繼功能，例如檢測轉發(DetF) 功能、解碼轉發(DF)功能、估計轉發(EF)功能以及放大轉發(AF)功能。EF在這裡是指碼元的條件平均數的發送。根據實施例，使用混合自動重複請求發送所述碼字，其中所述資源是由中繼站執行重發的位的數量或功率。根據這個實施例，可使用用於初始發送的位的一部分的重發的 chase合併(CC)方案或者用於原始碼字的不同位的重發的遞增冗餘(IR)方案。在這種情況下，考慮的中繼信道可包括發送器和中繼站之間、發送器和接收器之間以及中繼站和接收器之間的信道，其中每個信道由它的信噪比(SNR)描述。重發的位的數量與初始發送的位的數量之比如下在IR 的情況下p > (Rc-f (SNRsd) /f (SNRse, SNRed)，在CC 的情況下p > (Rc-f (SNRsd) /f (SNRse, SNRsd, SNRed) -f (SNRsd))，其中P =重發的位的數量與初始發送的位的數量之比，Re =初始發送的碼率，SNRsd =發送器和接收器之間的信道的信噪比，SNRse =發送器和中繼站之間的信道的信噪比，SNRed =中繼站和接收器之間的信道的信噪比，f (SNR)=描述取決於一個或多個信道的SNR值的互信息的函數。當與常規方案相比時，根據本發明的實施例，提供了一種允許優化在中繼站的資源使用的在中繼站的資源分配的改進方法。選擇中繼發送的碼率以使目的地能夠成功地對總體碼字解碼，但不會超過所需的程度以避免資源的浪費，從而根據本發明的實施例，實現由中繼站發送的位的數量的智能協調。在中繼站中執行的中繼功能的基礎上以及在中繼信道的基礎上確定重發所需的資源(例如，位的數量或功率)。此外，可考慮在中繼站未進行成功解碼的情況，因為在初始發送的碼率選擇得太高的情況下，中繼站將不會在發送中起作用。另一方面，能夠應用信道解碼的中繼站可能太複雜或者功耗太大。根據實施例，本發明提供了一種根據特徵在於源、目的地和中繼站之間的一個或多個信道的SNR值以及中繼功能(例如，AF功能或EF功能)的系統的狀態在請求重發的情況下在HARQ方案中確定將要由中繼站另外發送的代碼位的最小數量的方法。更具體地講， 根據這個實施例，提出一種獲得在來自目的地的NAK消息的情況下由中繼臺發送的另外的位的數量的方法。另外的位的數量取決於所有涉及的信道的狀態(例如，基於SNR)以及取決於中繼站的功能(取決於應用放大轉發(AF)功能、檢測轉發(DetF)功能還是估計轉發 (EF)功能)。自然地，可以擴展至其它中繼功能。本發明的實施例優於常規方法，因為可以節省大量物理資源，這與現有技術的狀態相比可導致更高吞吐量。更高吞吐量在經濟上是有益的，因為任何一個用戶能夠接收更高的數據速率或者對於固定數據速率能夠減小所需的發送功率。


以下將參照附圖更詳細地描述本發明的優選實施例，其中圖I表示互信息或轉移信息I (X，Y)與源和目的地之間的距離的關係，其中圖2 (A) 示意性地表示源S和目的地D，其中圖2(B)描繪取決於源和目的地之間的距離的互信息 I (X, Y)的過程的圖形表示；圖2顯示具有源、目的地和中繼站的三終端系統的系統模型；圖3表示幀差錯率(FER)和所需資源之間的權衡，其中圖3 (A)描述差錯率性能， 其中圖3(B)描述重發的資源的減少，其中圖3(C)描述吞吐量性能；圖4描述根據本發明的方法的改進，其中圖4(A)示意性地描述圖2的系統，其中圖4(B)表示改進；圖5是顯示由使用DetF中繼功能的中繼站重發的位的最佳比例的曲線圖；圖6是顯示由使用AF中繼功能的中繼站重發的位的最佳比例的曲線圖；圖7是顯示由使用EF中繼功能的中繼站重發的位的最佳比例的曲線圖；圖8是顯示應用沒有信道解碼的AF中繼功能、DetF中繼功能或EF中繼功能的中繼站的有效碼率以及具有中繼站和沒有中繼站的有效碼率之比的曲線圖。
具體實施例方式現在將在如圖2中所示的無線通信系統的基礎上描述本發明的實施例。圖2顯示三終端系統的系統模型。該系統包括源100，例如用戶裝備UE ;目的地 102，例如基站eNB ;和中繼站或中繼節點(RN) 104。在源100，如方框100』所示，將要向目的地102發送的信號d(例如，碼字或者包)由信道編碼器C編碼並由調製器A調製以輸出源信號xs。如圖2中示意性所示，第一信道106存在於源100和目的地102之間，以使得在目的地102接收發送的源信號ySD。該無線通信系統還包括源100和中繼站104之間的第二信道(第一躍距)108。經信道108，中繼站104接收信號ySK，信號ySK是經第二信道108從源 100發送到中繼站104的源信號。如方框104』中所示，中繼站104接收信號ySK。中繼站 104可構造為在信道解碼器CT1執行信道解碼，在信道解碼器CT1後面跟著中繼功能f (ySK)， 中繼功能f (ySK)產生經第三信道(第二躍距)110向目的地102發送的中繼站信號xK，除了發送的源信號ySK之外目的地102還接收發送的中繼站信號ysD。在目的地，如方框102』示意性所示，發送的源信號ySD和發送的中繼站信號yKD由組合器COMB組合併且對組合的信號進行信道解碼以產生發送的信息信號d。源100、目的地102和中繼站104的方框100』、 102』和104』分別可包括用於執行上述各信號的信號處理的處理器裝置。圖2顯示包括「類型2中繼」的系統結構，即使用經第一信道106的直接路徑以及經信道108和110並且經中繼站104的中繼路徑的系統結構，其中這兩種路徑都由目的地 102接收並且可通過TDD (時分雙工)或者FDD (頻分雙工)被分離。在中繼站104，可使用多種方案，例如，一種方案是在中繼站不使用任何解碼，從而方框C—1可以是可選的，這產生簡單而便宜的中繼站104。中繼功能f(ySK)或中繼協議可包括任何已知協議，例如放大轉發 (AF)協議、檢測轉發(DetF)協議和估計轉發(EF)協議。此外，可使用REL-10LTE(LTE-高級)中繼站。
當使用例如如圖2中所示的中繼站向目的地或接收器重發信息時，問題在於中繼站應該重發多少另外的位。如果在接收器的互信息僅稍微小於所希望的MI，則與源或發送器的初始發送中相同的數量的位的發送將會是資源的浪費。然而，如果位的數量選擇得太少，則解碼可能再次失敗並且需要另外的發送，這增加了延遲。考慮到中繼站上的複雜鏈路，所需的另外的位的最小數量的計算不是簡單的任務並且應該考慮其它要點，例如使計算保持簡單以使其可容易應用於通信系統中。本發明提供一種在考慮了中繼鏈路的參數的情況下獲得將要重發的位的最小數量的簡單方法。例如，所需的參數是兩種鏈路(即，經中繼站的源和目的地之間的鏈路或信道以及源和目的地之間的直接鏈路或信道)上的中繼功能(AF、DETF或EF)和SNR。基於這些參數，能夠計算取決於重發的位的數量的鏈路的有效互信息(MI)。考慮對於強壯的編碼(例如，turbo碼)可實現成功的解碼的事實，當輸入信號的MI大於碼率時，根據以下更詳細的討論，利用單個公式能夠計算重發的位的最小數量。輸入信號的MI增大，通常，通過對將要重發的位刪餘(puncture)能夠調節MI或 I(X;Y)。因此，通過調整位的比例，能夠找到幀差錯率(FER)和資源使用之間的權衡。難題在於，如何在考慮到FER和所需資源之間的權衡的情況下確定重發的位的數量。圖3表示這種情況。其中圖3(A)描述所獲得的差錯率性能，圖3(B)描述重發的資源的減少，圖3(C) 描述吞吐量性能。從圖3 (A)和3(B)可以看出，節省用於重發的資源越少，差錯率性能越好， 反之亦然，節省資源越多，差錯率性能變得越差。從圖3(C)可以得出，最佳吞吐量性能是差錯率性能和需要重發的資源的最大值和最小值之間的某處。例如，在碼率Rc = 0. 5並且信噪比SNR = OdB並且互信息I (X ；Y) = 0. 48的情況下，整個碼字的重發將會是資源的浪費，因為僅需要數據的一部分以實現0. 02的另外的 MI。儘管已知現有技術資源優化方案，但需要注意的是，這種方案不適合使用中繼站的系統，更具體地講，現有技術在重發的情況下為了資源優化而不建議考慮中繼信道和中繼功能。本發明的實施例提供在重發的情況下所需的總體資源(例如，位的數量或重發功率) 的改進。在來自目的地102的NAK消息的情況下，就重發而言，中繼臺(像是圖2中顯示的中繼站104)支持通信鏈路。重發所需的資源應該最小化。在解碼轉發中繼功能的情況下， 假設中繼臺僅在它成功地對接收的信息解碼時起作用。在這種情況下，能夠在發送相同碼字和發送另外的奇偶校驗位之間選擇。根據Chase合併(CC)方案，執行發送相同碼字。遞增冗餘(IR)方案在中繼站計算另外的奇偶校驗位。然而，根據實施例，可能希望中繼站不執行任何信道解碼以在中繼站避免不必要的複雜性和不必要的功耗。在這種情況下，中繼站可應用任何無記憶中繼功能，例如AF功能、DetF功能或EF功能。EF功能提供比AF功能和DetF功能更好的性能。與其它兩種功能相比，對於EF功能而言，在接收器的互信息MI 方面的增益顯著更高。然而，在無記憶中繼站的情況下，僅能夠應用CC方案。然而，根據中繼臺部署，中繼臺仍然能夠在FER、吞吐量或延遲方面提高系統性能。根據本發明的實施例，描述一種用於獲得為了使目的地能夠對消息解碼而需要分配的另外的資源的最小數量(例如，另外發送的位的最小數量)的方案。採用互信息計算重發所需的位的數量(既針對chase合併又針對遞增冗餘)的想法由IEEE VTC 2003-4, 0ctober2003 中的 J. F. Chang Y. P. Wong and S. Parkval, ^AdaptiveIncrementalredundancy」描述，然而，這個文件未描述把這些技術應用於中繼網絡，而如以下所示，這不是簡單的任務。由於Shannons定律，可以實現無錯傳輸，只要信道容量大於碼率R。即可。 如果源應用具有碼率0.8的信道編碼，則在解碼器的輸入處的互信息MI應該大於0.8。如果信道噪聲太大，則解碼將會失敗並且NAK消息可被發送給源和中繼站。啟動的重發應該準確地把該數量的另外的MI增加到在解碼器輸入處的信號，從而總體MI高於該碼率。在實際的系統中，應該增加某一裕度以計算目標MI，因為實際的信道編碼與所描述的界限相比具有一定損失。在Chase合併方案的情況下，通過在中繼臺對估計的碼字刪餘並且僅發送需要的碼元來實現這一點。在接收器，初始發送和重發正確地組合(例如，由圖2的方框102』所提供的信號處理器組合)並被提供給信道解碼器。在部分CC和由源重發的情況下或者在線性中繼的情況下，一些碼元具有比其它碼元高的有效SNR並且總體MI能夠表達如下
權利要求
1.一種用於在從中繼站(104)到接收器(102)的信息的重發的情況下在無線通信網絡中進行資源分配的方法，該無線通信網絡包括發送器(100)、中繼站(104)和接收器(102)， 該方法包括基於中繼信道和中繼功能確定重發所需的資源。
2.如權利要求1所述的方法，其中在中繼站(104)或者在無線通信網絡中的任何其它節點(100，102)確定所述資源，其中在無線通信網絡中的任何其它節點(100， 102)確定所述資源的情況下，該方法還包括把用於重發的資源通知給中繼站(104)。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述發送器(100)構造為把碼字發送給接收器 (102)，其中在接收器(10 錯誤地對碼字解碼的情況下請求重發，並且其中從中繼站 (104)把信息重發到接收器(102)以在接收器(10 處在以預定義概率進行重發之後對碼字解碼。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述中繼信道包括發送器(100)和接收器(102)之間的信道(106)、發送器(100)和中繼站(104)之間的信道(108)以及中繼站(104)和接收器(102)之間的信道(110)中的至少一個。
5.如權利要求1所述的方法，還包括向確定資源的節點通知確定資源所需的一個或多個所需參數。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述所需參數包括發送器(100)、接收器(102)和中繼站(104)之間的信道(106-108)的信噪比中的一個或多個，其中在所述節點不能確定信噪比的情況下把信噪比通知給所述節點。
7.如權利要求1所述的方法，其中基於信道質量來表徵所述中繼信道。
8.如權利要求7所述的方法，其中在中繼信道的互信息、概率密度函數或對數似然比的基礎上確定所述信道質量。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述中繼功能包括檢測轉發功能、解碼轉發功能、估計轉發功能或放大轉發功能。
10.如權利要求1所述的方法，其中使用混合自動重複請求HARQ發送碼字，其中所述資源是由中繼站(104)執行重發的位的數量或功率。
11.如權利要求10所述的方法，其中使用用於初始發送的位的一部分的重發的chase 合併CC或者用於原始碼字的不同位的重發的遞增冗餘頂。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述中繼信道包括發送器(100)和中繼站(104) 之間、發送器(100)和接收器(102)之間以及中繼站(104)和接收器(102)之間的信道 (106，108，110)，每個信道(106，108，110)由它的信噪比描述，其中重發的位的數量與初始發送的位的數量之比如下在 IR 的情況下P > (Rc-f (SNRsd)/f (SNRse, SNRed)，在 CC 的情況下p > (Rc-f (SNRsd)/f (SNRse, SNRsd, SNRed)-f (SNRsd)),其中P =重發的位的數量與初始發送的位的數量之比，Rc =碼率，SNRsd =發送器(100)和接收器(102)之間的信道(108)的信噪比，SNRse =發送器(100)和中繼站(104)之間的信道(106)的信噪比，SNRed =中繼站(104)和接收器(102)之間的信道(110)的信噪比，以及f (SNR)=描述取決於一個或多個信道的SNR值的互信息的函數。
13.一種用於無線通信網絡的發送器(100)和接收器(102)之間的信息的無錯傳輸的方法，該無線通信網絡還包括中繼站(104)，該方法包括從發送器(100)向接收器(10 發送碼字，在接收器(10 錯誤地檢測碼字的情況下，請求從中繼站(104)重發信息，根據權利要求1至12之一分配用於由中繼站(104)執行的重發的資源，以及使用所分配的資源執行從中繼站(104)到接收器(10 的重發以使接收器(10 能夠在以預定義概率進行重發之後對碼字解碼。
14.一種包括程序的電腦程式產品，該程序包括由計算機可讀介質存儲的指令，當在計算機上運行該程序時所述指令執行如權利要求1至13之一所述的方法。
15.一種無線通信網絡中的節點，該無線通信網絡包括發送器(100)、中繼站(104)和接收器(102)，該節點包括處理器(100，，102，，104，)，構造為在從中繼站(104)向接收器(102)重發的情況下分配資源，其中所述處理器(100』，102』，104』 )構造為基於中繼信道和中繼功能確定重發所需的資源。
16.一種無線通信網絡，包括發送器(100)；接收器(102)，構造為從發送器(100)接收碼字並在錯誤地檢測所述碼字的情況下請求重發；中繼站(104)，構造為在接收器(10 錯誤地解碼碼字的情況下引起信息的重發，其中所述發送器(100)、接收器(102)和中繼站(104)中的至少一個被構造為如權利要求15所述的節點。
全文摘要
本發明公開了用於無線通信網絡中資源分配的方法、用於信息的無錯傳輸的方法、節點和無線通信網絡。描述了一種在從中繼站(104)到接收器(102)的信息的重發的情況下用於無線通信網絡中資源分配的方法，該無線通信網絡包括發送器(100)、中繼站(104)和接收器(102)，其中基於中繼信道和中繼功能確定重發所需的資源。
文檔編號H04W28/04GK102547843SQ20111037893
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者P·維特卡姆普爾, 田岡秀一 申請人:株式會社Ntt都科摩