CN101006660A - 用于透明中继的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于实现数据透明中继的方法,以便于改进蜂窝***的性能。特别地,由称为透明中继站(TR)的固定实体执行上行链路上的中继。基站可以分配一个或多个TR,用于中继上行链路上的与特定的CID(例如,特定的用户站)相关联的数据发射。
Description
技术领域
本发明通常涉及中继信息,并且特别地,涉及一种用于在通信***中中继信息的方法和装置。
背景技术
无线通信***在本领域中是公知的。在许多该***中,远端通信单元(其中至少某些单元可以是移动的)经由诸如固定位置发射机和接收机的***基础设施相互通信和/或同其他单元通信。通常,无线通信***的特征在于对应的通信范围(其特征典型地在于发射范围或接收范围或者此两者),***基础设施的无线通信能力不能有效地延伸到该范围外。
中继器在本领域中也是公知的。该设备典型地用于延伸给定的通信***的通信范围(通过延伸发射和/或接收范围)。经由该机制,例如,相对低功率的远端通信单元可以有效率地同相对远的***接收机通信,尽管该远端通信单元处于该远的***接收机的范围外。该中继器常常操作于自主性的自动模式,并且重复其成功接收的发射信息。
遗憾地,尽管存在对***和远端通信单元的多种改进方案,但是仍存在这样的时间和环境,即未能以给定的所需服务质量水平,可靠地接收给定通信***通信范围内的通信单元的发射信息。对于该结果存在多种原因,包括但不限于,遮蔽衰落和其他的传播问题。性能需求也可能带来影响。例如,当数据发射速率需求持续增加时(频繁地导致对应的带宽的增加),其他的范围内的远端通信单元在同时不显著增加发射功率的情况下成功地实现所需的服务水平的能力,通常被削弱。因此,需要一种用于在通信***中中继信息的方法和装置,其致力于上文提及的问题。
附图说明
图1是基站和用户站的框图。
图2示出了基站、用户站和中继站之间的可能的通信路径。
图3是示出了一个或多个中继站的分配的呼叫流图。
图4说明了中继站的资源分配。
具体实施方式
本发明提供了一种用于实现数据透明中继的方法,以便于改进蜂窝***的性能。在一个实施例中,一个或多个中继站部署在小区的扇区中。这些中继站将被称为透明中继站(TR),这是因为,出于小区中的用户站的视点,本发明使该中继站能够以几乎“透明”的方式在***中操作。在一个示例中,在扇区中的下述位置处可以部署三个TR,所述位置被选定用于向位于远离基站(BS)的用户站(SS)提供显著的链路预算改进方案,如图1所示。
在本发明的一个实施例中,可以选择多个TR(例如,多于一个,但是仅为扇区中TR总数中的子集),并且指令该多个TR执行特定SS的中继(或被激活)。在该情况中,选定的TR监视(接收和解调/解码)由SS进行的上行链路数据发射。然后,选定的TR对数据重新编码并且在不同于SS使用的用于原始发射的信道资源上(例如,不同的时隙、不同的子信道、不同的扩频码等)重新发射数据。为了提供宏分集(macro-diversity)的优点,可以在相同的信道资源上执行来自每个选定信道的发射(在该情况中,TR优选地与BS定时和频率同步,由此来自选定TR的发射近似同步地到达BS)。
还提供了一种方法,用于在每当选定的TR未能正确地接收/解码来自SS的数据发射时,消除来自任何选定TR的发射。该方法涉及使得将信道资源指配给用于发射空内容的TR。通过该方法,可以使扇区中的所有TR成为单个群,向该所有TR指配群ID,诸如多点传送群ID,这样相比于向每个TR发送分离的命令或指配,可以非常有效地对群进行SS监视和TR资源指配。当扇区中的所有TR被激活用于特定的SS发射时,可以预见到,某些TR将正确地解码SS发射(例如,接近SS的TR),而其他的TR将不能正确解码(例如,远离SS的TR)。即使在该情况中,仍可以提供有效的宏分集,这是因为,在指配给TR群用于SS数据发射的信道资源上,正确解码SS发射的TR将一同发射,而未成功解码SS发射的TR将保持沉静。该实施例的重要的优点在于,当SS移动跨越小区时,不需要从一个TR“切换到”另一个TR。相反地,本发明提供了一种有效的方法,用于自动地使用扇区中的最好的TR。
在另一实施例中,指令一个或多个TR监视多个SS的数据发射。例如,可以向选定的TR提供连接ID(CID)的列表,并且这意味着,指令该选定的TR监视分配给这些CID的所有上行链路信道资源上的上行链路数据发射。还向选定的TR提供上行链路信道资源分配,其将由该TR使用,用于发射接收自SS的数据(例如,重新发射来自SS的数据)。提供了一种有效率的指配方法,由此可以提供对TR的块资源指配,并且TR使用预定的数据排列规则,确保来自所有TR的发射在准确相同的对应的资源上发送相同的数据部分(例如,来自不同的SS的数据段),以确保来自多个TR的发射提供在BS处组合而非相互干扰的宏分集。本发明的另一方面在于,数据发射速率可以随SS的不同而不同,并且由TR使用的数据发射速率可以不同于SS。在该情况中,通过考虑由正被中继的SS使用的调制和编码速率,以及由TR使用的调制和编码速率,BS可以计算所需用于TR的总共必需的信道资源分配(参看本文后面的示例)。在该情况中,每个选定的TR优选地使用相同的调制和编码速率,以保持宏分集优点。
在另一实施例中,提供了一种方法,用于选择和调节用于发射的调制和编码速率。
在另一实施例中,BS将存储在一个信道资源集合上接收的来自SS的接收信号,并且将使存储的信号同来自不同信道资源集合上的TR的接收信号进行组合。这提供了宏分集的另一形式,这是因为,来自SS和TR的信号在BS内部组合,作为信号处理步骤。
上述实施例可被组合,以提供最大的全面的功能。下文中描述了这些实施例的多种方面以及另外的实施例的方面。
在正在进行的IEEE 802.16e标准化研究计划的背景下,描述了下文给出的详细的实施例。尽管对802.16e的OFDMA模式给出了详细的解决方案,但是本发明同样适用于其他的***。表1中列出了本文中使用的缩略词。
BS | 基站 |
CDMA | 码分多址 |
CID | 连接标识符 |
HARQ | 混合-ARQ |
MCS | 调制/编码方案 |
OFDMA | 正交频分多址 |
PDU | 分组数据单元 |
RACH | 随机接入信道 |
SS | 用户站 |
TLV | 类型/长度/值 |
TR | 透明中继站(T中继站) |
UIUC | 上行链路间隔使用码 |
表1缩略词列表
UL_MAP是指明上行链路上的资源指配的消息。该消息可以扩展为传送不同于资源指配的其他信息,诸如关于自适应天线处理或者上行链路中继的信息。
REG-REQ消息是“注册请求”消息。其是SS在执行初始测距之后发送的消息。该消息是任何数据发射之前的先决条件,并且由BS通过发送REG-RSP,或者“注册响应”消息来进行肯定应答。
上文的中继技术可以应用于IEEE 802.16e OFDMA的上行链路。上行链路上存在严重的链路预算问题,其显著地减少了上行链路数据速率和***吞吐量,即使是对合理的小区半径(2km)。这里给出的解决方案实现了上行链路上简单的单跳中继的无缝引入,用于处理该问题。下行链路发射完全不用中继,由此显著地减少了中继站的复杂度。
这里给出的解决方案具有如下优点:
●透明中继站(T中继站)是一种简化的单元,其仅需要执行少量层1操作和层2任务的最小集合。而且,该中继站不要连线到网络。
●中继过程是一种透明的过程,该过程不需要改变SS,并且仅需要非常少的信令改变,用于适应中继站启用过程。
●可以将一个或多个T中继站部署在每个扇区中。特定的T中继站不需要了解其他的T中继站。
●BS总是保持对发射的控制,由此导致了增加的发射可靠性。
●该架构仍然允许在上行链路上执行混合ARQ(HARQ)。
SS和BS之间的PA功率的差异使人想到,可以定制该解决方案,以向上行链路提供必要的帮助,同时不牵涉到下行链路。结果,通过产生中继站和BS之间的从属关系,可以实现成本效率,允许中继站是低成本的,同时确保了由中央权威机构监督的具有鲁棒性的可靠的发射。成本效率可以通过减少中继站的复杂度实现,由此其仅集中在层1操作和层2任务的最小集合。此外,不必中继控制消息,仅需中继承载数据。而且,透明中继站(T中继站)的配置简化了***部署。这些T中继站可以部署在现有的小区中,以解决上行链路覆盖问题,而不必重新制定为了实现相同目的而添加微小区时所需的小区规划。
图2示出了BS、SS和T中继站之间的可能的通信路径。图2A示出了蜂窝***中的典型的通信路径,其中禁用T中继站。BS通过分送控制信息和仲裁接入请求,协调小区中的资源。此外,BS将承载数据直接发射到SS,并且接收直接来自SS的承载数据。图2B示出了启用T中继站的通信路径。在该情况中,BS仍然通过分送控制信息和仲裁接入请求,协调小区中的资源。此外,BS继续将承载数据直接发射到SS。然而,来自SS的上行链路承载数据允许三角形路径,该三角形路径首先由T中继站接收和检测,并且然后由T中继站重新编码和发射到BS。图2C和图2d示出了T中继站配置的两个变化方案。图2C示出了多个活动的s中继站,该s中继站同时对BS重发SS承载数据。图2D示出了中继的和未中继的上行链路通信的同时共存。T中继站的一个关键的和非常有利的方面在于,SS可以完全不了解***中的中继站的存在。其他的与控制有关的上行链路功能,诸如测距和带宽请求,仍通过直接的SS-至-BS路径处理,以便于简化中继方案。
在最广泛的意义上,上文的过程是所需用于增加上行链路承载数据发射速率的最小要求。如果不能使用T中继站,则数据速率不能考虑中继站。如果可以使用T中继站,则数据速率可以考虑T中继站,并且由此数据速率是非常高的。当每个数据发射同信道条件相适应时,条件可以是这样的,即使在可以使用T中继站时,如果同BS的直接链路具有足够的质量,则可以不使用T中继站。典型地,对每个发射,确定是否使用T中继站,还可以基于较长时期的平均信道质量,确定是否使用T中继站(例如,考虑到遮蔽,而非快速衰落)。由于分配给T中继站链路的SS的资源是由BS提供的,因此T中继站(更一般地,一个或多个T中继站)是从属中继站。
需要执行的操作
如前面提及的,中继过程对于SS是完全透明的,由此不需要执行额外的操作。然而,需要建立和保持T中继站和BS之间的链路。下面详细描述了需要执行的多种任务的实现方案。
网络登陆和初始化
网络登陆和初始化过程与传统的SS相同,不同之处在于,在一个点处(注册过程),单元必须将其自身识别为T中继站。
针对连接进行的中继站指配(监听)
中继站指配过程是逐帧进行的。向每个T中继站(或者中继站群)指配CID,需要在当前帧的上行链路部分中监视该CID的发射。因此,通过对UL_MAP解码,每个T中继站了解了其需要监听的每个资源,并且尝试进行检测。应当注意,T中继站可以监视一个或多个连接(例如,一个或多个SS),并且可以成为一个或多个多点传送群的一部分。例如,可以指配T中继站用于监视两个不同的连接,并且该T中继站可以通过不同的CID寻址(例如,如果T中继站是激活的,则通过特定的CID寻址,或者如果该T中继站是激活的中继站群中的一部分,则通过多点传送CID寻址)。
可替换地,不同于逐帧执行的中继站指配过程,该指配可以保持有效,直至接收到将来的指配或者解除指配。或者,指配可以在预定量的时间(例如,10帧)内有效。
中继站指配的通信(发射)
从(一个或多个)T中继站到BS的发射的资源指配也是逐帧地进行的。经由现有的UL-MAP_IE消息,向每个T中继站(或者T中继站群)指配资源。每个T中继站仅中继那些其已成功对数据解码的连接。
调制/编码方案选择
由于T中继站仅中继其已成功对数据解码的后向连接(backconnection),因此BS可以在初始时开始将高的MCS指配给SS。T中继站监视链路。如果其不能成功地对数据解码,则其不向BS发送任何信息。未接收到任何信息的BS,了解选定的MSC是过高的,并且随后向SS指配较低的MCS,直至其接收到来自一个或多个T中继站的某些信息。该过程将允许进行初始MSC选择。在该初始MSC选择之后,HARQ过程可以细调该MSC选择。
可替换地,BS可以基于某种开环近似,进行盲的AMC选择。MCS选择的最简单方法是,使用希望SS接近于若干中继站中的一个或BS的积极(aggressive)缺省值。***可以依赖于混合ARQ或者重新发射,用于减轻所有不利选择的AMC水平。
可替换地,中继站可以在测距信道上窃听,然后向基站报告信息。中继站可以使用测距信道报告该信息。或者,BS可以预留专用资源(假设是1RE)用于该过程。为了避免所有中继站之间的冲突,向每个中继站指配Walsh码,并且利用所指配的码对该报告进行扩频。
当仅存在一个中继站时,中继站可以背载传送具有中继数据的MCS信息。当多个中继站和RF组合时,该解决方案是不适用的。中继站可以在测距信道上发送MCS增加请求。可替换地,上文提及的CDMA实施例同样适用。而且,可以使用某种类型的模拟反馈(例如,通过修改发射机功率),以通知基站可以支持较高的MCS。
中继站还可以在给定的时间发射信标,SS可以测量接收功率,并且提出其自身的MCS请求。
混合ARQ过程
该架构可适合于上行链路上的HARQ。T中继站(或者T中继站群)缓存接收自SS的数据。当T中继站成功地对分组进行解码时,该T中继站在上行链路上显式指配的资源上向BS发送数据。如果解码是不成功的,则T中继站(或者T中继站群)不发射任何信息。如果未接收到任何信息,则BS了解发射是不成功的,并且发送下一HARQ发射的控制。
IEEE 802.16标准中的文本更改
[在章节6.1中,在第三段之后,添加下列段落]
而且,为了提高上行链路数据速率,可以启用上行链路上的透明中继。为了在上行链路上提供较高的数据速率和/或容量,或者当SS到BS的链路具有不可接受的质量时,在小区中部署透明中继站(TR),以便于按照“有利”原则将SS到BS的链路分为SS到TR的链路和TR到SS的链路。该过程对于SS是完全透明的:该SS不了解其正被中继。
[在章节6.3.2.3.7的注册请求(REG-REQ)消息中,在6.3.2.3.8之前,***下列粗体文本]
REG-REQ可以包含下列TLV:
(...)
透明中继站能力(11.7.19)
[在章节6.3.2.3.8的注册响应(REG-RSP)消息中,在6.3.2.3.9之前,***下列粗体文本]
REG-RSP可以包含下列TLV:
(...)
透明中继站能力(11.7.19)
[添加新的章节6.3.2.3.43.7.8]
章节6.3.2.3.43.7.8 Compact_UL_MAP透明中继站监视
“透明中继站监视信息元件”提供了SS CID的列表,该列表的SS CID的发射有待在当前帧的UL部分的过程中被监视(检测)并且在下一帧中被中继。
语法 | 大小 | 注释 |
Compact UL_TR_MONITOR_IE(){ | ||
UL_MAP Type=7 | 3比特 | |
UL_MAP sub-type | 5比特 | 编码为0 |
长度 | 4比特 | N_CID*2 |
For(i=0;i<N_CID;i++){ | ||
CID(i) | 16比特 | 在当前帧中待由TR监视的连接的CID |
} | ||
} |
[添加新的章节6.3.2.3.57]
章节6.3.2.3.57透明中继站CID指配(TR-CID)消息
出于发送中继站监视命令和分配用于重新发射所监视(一个或多个)SS数据的资源的目的,基站将向透明中继站指配一个或多个次级中继站CID。该中继站CID可以仅指配给一个透明中继站,或者可以指配给多个透明中继站。在接收时,SS将删除所有先前指配的中继站CID,并且采用这些新指配的CID。
语法 | 大小 | 注释 |
TR-CID_消息_格式(){ | ||
管理消息类型=TBD | 8比特 | |
事务ID | 16比特 | |
TLV编码信息 | 变量 | TLV特定 |
} |
参数如下:
CID(在通用MAC报头中)
SS的主要管理CID。
事务ID
由发送方指配的该事务的唯一标识符。
所有其他的参数被编码为TLV元组(tuple)。
中继站CID(参看11.16)
章节6.3.2.3.58透明中继站CID指配ACK(TR-ACK)消息
响应于TR-CID指配消息,发送该消息。
语法 | 大小 | 注释 |
TR-ACK_信息_格式(){ | ||
管理信息类型=TBD | 8比特 | |
事务ID | 16比特 | |
确认码 | 8比特 | |
} |
参数如下:
CID(在通用MAC报头中)
SS的主要管理CID。
事务ID
由发送方指配的该事务的唯一标识符。
确认码
“零”指明请求成功。“非零”指明失败。
[添加新的章节11.7.19]
章节11.7.19透明中继能力
该字段指明单元是常规SS还是透明中继站。
类型 | 长度 | 值 | 范围 |
18 | 1 | 如果单元是透明中继站,则为1如果单元是SS,则为0(缺省为0) | REG-REQREG-RSP |
[添加新的章节6.3.18]
章节6.3.18透明中继站操作
为了提高上行链路上的数据速率,中继某些上行链路发射是有利的。通过被称为透明中继站(TR)的固定实体执行上行链路上的中继。BS可以分配一个或多个TR,用于中继上行链路上的与特定CID(例如,特定的SS)相关联的数据发射。图3中示出了该过程。在UL_MAP中,将上行链路资源分配发送到进行发射的SS,并且包括UL_TR_MONITOR_IE,用于指令TR或TR群监视同一个或多个SS CID相关联的上行链路发射。在上行链路中,SS进行发射,并且TR监视指配属于其监视的发射。TR对所监视的发射进行解调和解码,由此这些发射可以在下一帧中被重新编码和被重新发射(中继)。在下一帧中,在第二UL_MAP消息中,每个活动的TR接收用于中继发射的资源指配。该资源指配是对每个TR CID进行的,或者是对多点传送群TR CID进行的。当对每个多点传送群TR CID进行资源指配时,可以预见到,这些T中继站同时中继所监视的发射,这提供了宏分集增益。
按照与接收MAC PDU的顺序准确地相同的相对顺序,自TR发射MAC PDU,并且利用寻址到TR的UL_MAP_IE中指明的调制编码方案(MCS,基于UIUC),对该MAC PDU进行调制和编码。每个相应SS的MAC PDU被分离地编码,如同BS发送所中继的每个SS的分离分配的情况。如果TR未正确地解码来自特定的用户(CID)的数据,则其不能中继该数据,并且使指配的该部分为空。
图4中给出了TR资源分配的示例。在所描述的示例中,TR须中继三个发射:MAC PDU S1、MAC PDU S2、MAC PDU S3,它们的指配按照与先前帧中相同的相对顺序呈现。TR接收其资源分配(在UL_MAP_IE中),用于利用64-QAM R=1/2中继三个发射,并且接收必要的子信道量,用于执行中继操作。利用新的MCS对所要中继的第一PDU,即MAC PDU S1进行调制和编码,并且将该第一PDU映射到第一资源上。TR不能够正确地接收MAC PDU S2,因此其未发射S2的任何信息,而是使应中继该PDU的指配资源部分为空。在提供用于MAC PDU S2的资源之后,指配用于中继MAC PDU S3的资源。该TR资源指配过程使得BS能够了解在哪里寻找每个MAC PDU的中继数据,即使是在中继站使用不同于SS的MCS时。当指配多个TR中继相同的CID时,还提供了宏分集。
[添加新的章节8.4.5.4.15]
章节8.4.5.4.15 UL_MAP透明中继站监视
“透明中继站监视信息元件”提供了SS CID的列表,列表的SSCID的发射有待在当前帧的UL部分的过程中监视(检测)并且在下一帧中中继。
XYZ-OFDMA UL-MAP透明中继站监视IE格式表
语法 | 大小 | 注释 |
UL_TR_监视_IE(){ | ||
扩展UIUC | 4比特 | 0x07 |
长度 | 4比特 | N_CID*2 |
For(i=0;i<N_CID;i++){ | ||
CID(i) | 16比特 | 在当前帧中待由TR监视的连接的CID |
} | ||
} |
[添加新的章节11.17]
章节11.16透明中继站CID指配
该字段的值指明了由BS指配给特定透明中继站的CID。该字段应出现在TR-CID指配消息中。BS将使用UL_MAP透明中继站监视IE和Compact_UL_MAP透明中继站监视IE中的指配的值,指令中继站监视特定的上行链路分配。BS将使用UL_MAP_IE中的指配的值分配用于重新发射所监视的SS数据的资源。
类型 | 长度 | 值 | 范围 |
[145/146].2 | 2 | CID | TR-CID |
尽管通过参考具体的实施例示出和描述了本发明,但是本领域的技术人员应认识到,在不偏离本发明的精神和范围的前提下,可以进行多种形式和细节上的变化。该变化应涵盖于所附权利要求的范围内。
Claims (7)
1.一种用于在通信***中中继信息的中继站设备的方法,所述方法包括以下步骤:
接收指明待监视的用户站的消息;
接收指明中继站-基站资源的指配消息;
接收来自所述用户站的发射;
对所述用户站的发射进行解调和解码;
对所述用户站的发射进行重新调制和重新编码;以及
在所述中继站-基站资源上,中继所述重新调制和重新编码的发射,其中以预定的顺序中继所述发射。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述以预定的顺序中继所述发射发射的步骤包括以下步骤:以接收所述发射的顺序,中继所述发射。
3.如权利要求1所述的方法,其中所述以预定的顺序中继所述发射的步骤包括以下步骤:按照与先前帧中呈现的所述指配相同的相对顺序,中继所述发射。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述中继所述发射的步骤包括以下步骤:通过使得所述指配的中继站-基站资源的、同未被正确解码的发射相关联的部分为空,仅中继被正确解调和解码的发射。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述在所述中继站-基站资源上中继所述重新调制和重新编码的发射的步骤包括以下步骤:在基本上同时由另一中继站设备利用的中继站-基站资源上,中继所述重新调制和重新编码的发射。
6.如权利要求1所述的方法,进一步包括:确定对所述一个或多个用户站的发射进行重新调制和重新编码时利用的调制和编码速率。
7.如权利要求1所述的方法,进一步包括以下步骤:在中继来自所述一个或多个用户站的发射之前,发送指明中继能力的消息。
Applications Claiming Priority (2)
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