CN101034931B - 无线中转通信***及方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线中转通信***，包括基站BS、中转站RS和用户终端；该RS分别提供有与BS和用户终端通信的接口，该RS包括一个频分双工FDD无线收发机和基于网络编码技术的无线链路层处理单元；BS和用户终端中均包括FDD无线收发机和基于网络解码技术的无线链路层处理单元；RS、BS和用户终端的FDD无线收发机包含的FDD无线发射机物理层处理单元和FDD无线接收机物理层处理单元；RS的FDD无线发射机物理层处理单元和FDD无线接收机物理层处理单元分别与BS和用户终端中的FDD无线接收机物理层处理单元和FDD无线发射机物理层处理单元对应。此外，本发明还包括基于该***的中转通信方法，能够有效增加中转的吞吐量。

Description

无线中转通信***及方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于网络编码的正交频分复用接入(OFDMA)无线中转通信***及方法。
背景技术
lEEE802.16为第一个宽带无线接入标准，主要有两个版本：802.16标准的宽带固定无线接入版本，“802.16-2004”和802.16标准的宽带移动无线接入版本，“802.16e”。802.16-2004仅定义了两种网元，BS和SS；802.16e也仅定义了两种网元，BS和MSS。目前802.16Multihop Relay SG(802.16多跳中转研究组)仅提出了WiMAX中转站(RS)的概念，其中一个重要的作用是作为BS与SS/MSS间的中转，扩大BS的覆盖范围或增加用户站的吞吐量。为了支持RS，BS、RS和MS/SS的物理层帧结构究竟该作什么样的修改和增强尚属于新型课题。
在正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)或正交频分复用接入(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access，OFDMA)***(例如802.16***)的一个信道(Channel)中，其OFDM或OFDMA符号由子载波(Subcarrier)构成，子载波的数目决定了快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)的点数。组成一个子信道(Subchannel)的子载波可以相邻，也可以不相邻，图1是子载波相邻的例子。按传送数据的种类子载波有几种：
1、数据子载波：用于传数据的子载波；
2、导频子载波：用于传导频的子载波；
3、空子载波：不用于传任何数的子载波，包括保护带(Guard Band)和直流子载波(DC Subcarrier)。
在OFDM或OFDMA***，不同的用户划分上行链路的FFT空间，每个用户在一个或多个子信道上传输。子信道的划分是一种FDMA方式，所有的有效子载波被分成若干子载波集，每一个子载波集称为一个子信道(subchannel)。划分子信道主要有三种方法：
第一种是将载波划分成连续的组，这种实现起来最简单，且相邻子信道干扰较小，但是获得到的频率分集的效果较差。
第二种是不同子信道的载波以规则的方式交织，这种频率分集效果较好，但是***对子信道间干扰较为敏感。
第三种是对第二种的改进，即不同子信道的载波以伪随机的方式交织，通过不同的基站使用不同的序列改变码从而减少了基站间的干扰。
在802.16标准中，对于授权频段，双工方式可以是FDD和TDD，FDD方式的SS可以是半双工FDD，而对于免授权的频段，双工方式只能是TDD。TDD下的802.16OFDMA(或SOFDMA)帧结构，如图2所示。在802.16OFDMA(或SOFDMA)方式中，OFDMA(或SOFDMA)中的物理层(PHY)突发(burst)被分配了一组相邻的子信道和一组OFDMA符号(symbol)。
在物理信道上传输的数据以帧(Frame)的格式传输。每帧包括下行子帧(DL subframe，图2中简写为DL)和上行子帧(UL subframe，图2中简写为UL)。TDD模式下，下行子帧DL先传输，随后是上行子帧UL。一个burst在上行可以分配给一个SS/MSS(或一组用户)，在下行可以由BS作为一个发送单元发给SS/MSS。上行SS的初始接入测距Ranging、周期性测距Ranging、带宽请求等都通过Ranging subchannel进行。下行子帧有一个前导码(preamble)开始，用于物理同步；之后是帧控制头(FCH)，用来指定紧随在FCH之后的一个或多个下行Burst的profile及其长度。然后是下行映射表DL-MAP用于指示下行各个burst的子信道和OFDMA符号位置和使用方法(profile)，上行映射表(UL-MAP)用于指示上行各个burst的子信道和OFDMA符号位置和使用方法(profile)。在TDD***中，TTG和RTG会插在上下行子帧交替的时候，以留出一段时间让BS完成收发交替。
FDD下的802.16OFDMA(或SOFDMA)帧结构与TDD下的802.16OFDMA(或SOFDMA)帧结构差别在于，上行子帧和下行子帧在不同的频率上发送，无需设置TTG和RTG。
网络编码技术最早由李硕彦教授提出，网络编码可分为线性网络编码和卷积网络编码，具体原理可参见IEEE的论文：Li，Yeung & Cai，“LinearNetwork Coding，”IEEE Trans.Info.Thy，Feb.2003.
如图3所示的现有中转技术，RS和BS、MS/SS间采用FDD单载波方式通信，MS/SS通过RS进行无线中转接入BS，RS作为一个MS/SS接入BS。DLBS为BS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSBS或RS，ULBS为BS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSBS或RS到BS；DLRS为RS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSRS或RS，ULRS为RS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSRS或RS到BS。
基站和用户站通过中转站交换数据包需要4个时隙：时隙1，BS到RS；时隙2，MS到RS；时隙3，RS到MS；时隙4，RS到BS。
现有技术每个中转数据都要发送两遍，所以中转***的吞吐量较低，网络容量受限，影响了网络的规模和成本。
此外，在FDD模式下，网络***通信存在基站、中转站和用户站之间相互干扰情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够最大程度地增加中转吞吐量的中转通信***，以及该***采用的中转通信方法。
本发明一种无线中转通信***是基于网络编码的正交频分复用接入无线中转通信***，包括基站BS、中转站RS和用户终端，RS以频分双工FDD方式同BS和用户终端进行无线通信；该RS分别提供有与BS和用户终端通信的接口，该RS包括一个频分双工FDD无线收发机和基于网络编码技术的无线链路层处理单元；该BS和用户终端中均包括FDD无线收发机和基于网络解码技术的无线链路层处理单元；RS、BS和用户终端的FDD无线收发机包含FDD无线发射机物理层处理单元和FDD无线接收机物理层处理单元；RS的FDD无线发射机物理层处理单元分别与BS和用户终端中的FDD无线接收机物理层处理单元对应；RS的FDD无线接收机物理层处理单元分别与BS和用户终端中的FDD发射机物理层处理单元对应。
本发明一种无线中转通信方法，包括步骤：
A、在BS物理层帧结构的下行子帧和上行子帧中分别设置下行中转子信道和上行中转子信道，分别用于定义由BS传给RS的BS下行中转子信道和OFDMA符号组合，以及由RS传给BS的BS上行中转子信道和OFDMA符号组合；在RS物理层帧结构的上行子帧中设置下行中转子信道，用于定义RS接收BS的下行中转子信道的中转子信道和OFDMA符号组合，在RS物理层帧结构的下行子帧中设置上行中转子信道，用于定义RS接收BS的上行中转子信道和OFDMA符号组合；
B、在BS、RS与用户终端之间基于上述BS和RS的上、下行物理层帧采用FDD方式进行OFDMA无线中转通信。
本发明通过引入OFDMA(或OFDM子信道)技术与网络编码技术相结合的机制，最大程度地增加中转***的吞吐量，理论上可增加吞吐量达25％，有效的改善了现有技术的缺陷。
本发明基于网络编码技术的特点而定义的OFDMA(或OFDM子信道)物理层帧结构，有效地支持OFDMA(或OFDM子信道)无线中转功能，即MS/SS可以通过RS进行无线中转接入BS。
可避免现有技术中“RS到SS/MSBS”、“BS到SS/MSRS”、“SS/MSBS到RS”、“SS/MSRS到BS”和“RS到RS”的自身干扰；可避免“RS到SS/MSRS”的干扰；、可避免“SS/MSBS到BS”、“SS/MSRS到RS”、“SS/MSRS到SS/MSBS”、“SS/MSBS到SS/MSRS”的干扰。
附图说明
图1OFDMA符号子载波相邻情况示意图。
图2基于TDD下的802.16OFDMA(或SOFDMA)帧结构示意图。
图3现有无线中转通信***的中转模式示意图。
图4本发明的基于网络编码技术的OFDM(或OFDMA)高级中转***。
图5本发明的基于网络编码技术的OFDM(或OFDMA)简化中转***。
图6基于FDD下的网络***通信的同频干扰模式示意图。
图7本发明的基于网络编码的中转***结构示意图。
图8本发明高级中转模式的BS和RS的物理层帧结构示意图。
图9本发明简化中转模式的BS和RS的物理层帧结构示意图。
具体实施方式
如图4所示的，本发明基于网络编码技术的OFDM(或OFDMA)高级中转***模型。其中RS和BS、MS/SS间采用FDD/OFDMA(或OFDM子信道)方式通信，BS下行和RS上行采用频率f1，BS上行和RS下行采用频率f2，RS只需有一套FDD无线收发机。MS/SS通过RS进行无线中转接入BS，RS作为一个MS/SS接入BS。DLBS为BS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSBS或RS，ULBS为BS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSBS或RS到BS；DLRS为RS的物理层帧的下行子帧，由BS到SS/MSRS或RS，ULRS为RS的物理层帧的上行子帧，由SS/MSRS或RS到BS。
基站和用户站通过中转站交换数据包仅需2个时隙：在时隙1，BS的包A和MS的包B分别通过不同的OFDM子信道发给RS，BS缓存包A，MS缓存包B；RS将BS的包A和MS的包B做网络编码，例如直接按比特做“异或”运算处理得到在时隙2，RS将完成网络编码的包做广播同时发给BS和MS；BS做网络解码，将缓存包A和网络编码的包做“异或”运算处理得到MS的包B，即 A ⊕ ( A ⊕ B ) = B ; MS做网络解码，将缓存包B和网络编码的包做“异或”运算处理得到BS的包A，即 B ⊕ ( A ⊕ B ) = A .
如图5所示的本发明的RS和BS、MS/SS的简化中转通信模式。其中，DLBS的下行广播突发(Broadcast Burst)，如Preamble、FCH、DL-MAP、UL-MAP，直接由BS发给MS/SS，不通过RS中转；MS/SS的初始接入测距Ranging、周期性测距Ranging、带宽请求通过ULBS的测距子信道RangingSubchannel，直接由MS/SS发给BS，不通过RS中转；对于DLBS的下行其它突发，如数据报文或除DL-MAP、UL-MAP外的消息报文，不能直接由BS发给MS/SS，必须通过RS中转；ULBS的上行其它突发，如除MS/SS的初始接入测距Ranging、周期性测距Ranging、带宽请求报文外，不能直接由MS/SS发给BS，必须通过RS中转。
如图7所示的本发明的一种基于网络编码的中转通信***。其中，
基站包括：
传输处理单元(图中为有线传输处理单元)：能够与上一级设备(如基站控制器)或分别与一组基站设备建立通信，并与上一级设备或各基站设备之间进行信息的交互；
FDD无线收发机：用于同RS或SS/MS以FDD方式进行无线通信，由FDD无线发射机物理层处理单元、FDD无线接收机物理层处理单元和无线数据链路层处理单元组成。
FDD无线发射机物理层处理单元(频率为f1)：分别与无线数据链路层及可与其通信的SS/MS中的FDD无线接收机1物理层处理单元或RS中的FDD无线接收机物理层处理单元进行无线通信；对于简化中转模式，本单元对DLBS的下行子帧头广播(如Preamble、FCH、DL-MAP、UL-MAP)采用比其它发送数据可靠性更高的信道编码和调制方式(如二进制相移键控BPSK)，或采用比其它发送数据更高的发射功率，直接由BS发给MS/SS，不通过RS中转；
FDD无线接收机物理层处理单元(频率为f2)：分别与无线数据链路层及可与其通信的SS/MS中的FDD无线发射机1物理层处理单元或RS中的FDD无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
无线数据链路层处理单元：对来自FDD无线接收机物理层处理单元的数据，作无线数据链路层的数据接收处理和网络解码后，转发给有线传输处理单元；对来自有线传输处理单元的数据，作无线数据链路层的数据发送处理后，转发给FDD无线发射机物理层处理单元。
用户站包括：
FDD无线收发机1和2：用于同BS或RS以FDD方式进行无线通信，由FDD无线发射机1和2的物理层处理单元、FDD无线接收机1和2的物理层处理单元和FDD无线收发机1和2的无线数据链路层处理单元组成。
FDD无线发射机1物理层处理单元(频率为f2)：分别与FDD无线收发机1和2数据链路层及可与其通信的BS中的FDD无线接收机物理层处理单元进行无线通信；对于简化中转模式，本单元对ULBS的上行随机接入(RandomAccess)时隙(或称为竞争时隙Contention slot)，如初始Ranging竞争时隙和带宽请求竞争时隙，或MS/SS的初始接入测距Ranging、周期性测距Ranging、带宽请求通过ULBS的测距子信道Ranging Subchannel，采用比其它发送数据可靠性更高的信道编码和调制方式(如二进制相移键控BPSK)，或采用比其它发送数据更高的发射功率，直接由MS/SS发给BS，不通过RS中转；
FDD无线发射机2物理层处理单元(频率为f1)：分别与FDD无线收发机1和2数据链路层及可与其通信的RS中的FDD无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机1物理层处理单元(频率为f1)：分别与无线数据链路层及可与其通信的BS中的FDD无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机2物理层处理单元(频率为f2)：分别与无线数据链路层及可与其通信的RS中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
无线数据链路层处理单元：对来自FDD无线接收机1和/或2物理层处理单元的数据，作无线数据链路层的数据接收处理和网络解码后，转发给用户；对来自用户的数据，作无线数据链路层的数据发送处理后，转发给FDD无线发射机1和/或2物理层处理单元。
中转站包括：
FDD无线收发机：用于同SS/MS或BS以FDD方式进行无线通信，由FDD无线发射机物理层处理单元、FDD无线接收机物理层处理单元和无线数据链路层处理单元组成。
FDD无线发射机物理层处理单元：分别与无线数据链路层及可与其通信的SS/MS中FDD无线接收机2物理层处理单元或BS FDD无线接收机物理层处理单元进行无线通信；
FDD无线接收机物理层处理单元：分别与无线数据链路层及可与其通信的SS/MS中FDD无线发射机2物理层处理单元或BS中的FDD无线发射机物理层处理单元进行无线通信；
无线数据链路层处理单元：对来自FDD无线接收机物理层处理单元的数据，作无线数据链路层的数据接收处理、网络编码和发送处理后，转发给FDD无线发射机物理层处理单元。
如图8所示的本发明简化中转模式的BS和RS的物理层帧结构中：
在BS的物理层帧结构的频率为f1的下行子帧(DLBS)中，定义“DL RelaySubchannel(下行中转子信道)”，用于定义由BS传给RS的BS下行中转子信道和OFDMA符号组合；对于多RS的情况，针对不同的RS定义不同的下行中转子信道；
在RS的物理层帧结构的频率为f1的上行子帧(ULRS)中，定义“DL RelaySubchannel(下行中转子信道)”，用于定义RS接收BS的DL RelaySubchannel的中转子信道和OFDMA符号组合；对于多RS的情况，不同的RS只在相应的下行中转子信道中接收BS的中转数据，其它子信道不安排中转接收；
在BS的物理层帧结构的频率为f2的上行子帧(ULBS)中，定义“UL RelaySubchannel(上行中转子信道)”，用于定义由RS传给BS的BS上行中转子信道和OFDMA符号组合；对于多RS的情况，针对不同的RS定义不同的上行中转子信道；
在RS的物理层帧结构的频率为f2的下行子帧(DLRS)中采用TDM技术，增加“UL Relay Subchannel(上行中转子信道)”，用于定义RS接收BS的ULRelay Subchannel的中转子信道和OFDMA符号组合；对于多RS的情况，不同的RS只在相应的上行中转子信道中发送BS的中转数据，其它子信道不能安排中转发送；
在BS UL Relay Subchannel期间，SS/MSBS不安排任何发送子信道和OFDMA符号组合，避免“SS/MSBS到BS”的干扰；在BS DL Relay Subchannel期间，SS/MSRS不安排任何发送发送子信道和OFDMA符号组合，避免“SS/MSRS到RS”的干扰；
在BS的物理层帧结构的频率为f2的上行子帧(ULBS)中定义“RelayRanging Subchannel(中转测距子信道，简写为RRS)”，定义用于RS的初始接入测距Ranging、周期性测距Ranging、带宽请求的BS中转测距接收子信道和OFDMA符号组合；该中转测距子信道RRS也可作为SS/MSBS的初始接入测距Ranging、周期性测距Ranging、带宽请求测距子信道用。在RS的物理层帧结构的频率为f2的下行子帧(DLRS)中定义“Relay Ranging TXSubchannel(中转测距发送子信道，简写为RRS TX)”，用于定义RS的初始接入测距Ranging、周期性测距Ranging、带宽请求的RS中转测距发送子信道和OFDMA符号组合。BS的Relay Ranging Subchannel和RS的RelayRanging TX Subchannel的时频关系必须一一对应，严格同步。
在BS物理层帧结构的下行子帧或RS的物理层帧结构的上行子帧中，除DLHeader、DL Header RX、RRS和DL Relay Subchannel外，BS发射机和不同的RS接收机通过不同的子信道和OFDMA符号组合共享BS下行子帧或RSRX上行子帧的其余部分，以分别与SS/MSBS和SS/MSRS通信，避免“SS/MSRS到SS/MSBS”的干扰。
在BS物理层帧结构的上行子帧或RS物理层帧结构的下行子帧中，除DLHeader、Ranging Subchannel、RRS TX和UL Relay Subchannel的对应期间外，BS接收机和不同的RS发射机通过不同的子信道和OFDMA符号组合共享RS下行子帧或BS上行子帧的其余部分，以分别与SS/MSBS和SS/MSRS通信，避免“SS/MSBS到SS/MSRS”的干扰。
在BS的物理层帧结构的频率为f1的下行子帧(DLBS)中定义“DL Header(下行子帧头)”，为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的子信道和OFDMA符号组合和发送指示信息的子信道和OFDMA符号组合，以指示BS物理层帧结构下行子帧和上行子帧的各子信道和OFDMA符号组合的位置和使用方法profile。包含原802.16OFDMA(或SOFDMA)帧中的preamble、FCH、DL-MAP、UL-MAP，SS/MSBS、RS和BS保持收发帧同步。在RS的物理层帧结构的频率为f1的上行子帧(ULRS)中定义“DL Header RX(下行子帧头接收)”，用于定义接收BS的DL Header的子信道和OFDMA符号组合。BS的DL Header和RS的DL Header RX的时频关系必须一一对应、严格同步。
在BS的物理层帧结构的频率为f2的上行子帧(ULBS)中定义“RangingSubchannel(测距子信道)”，定义用于SS/MSBS的初始接入测距Ranging、周期性测距Ranging、带宽请求的BS测距接收子信道和OFDMA符号组合。
如图9所示的本发明高级中转模式的BS和RS的物理层帧结构中还包括，在RS的物理层帧结构的频率为f2的下行子帧(DLRS)中定义“DL Header(下行子帧头)”，为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的子信道和OFDMA符号组合和发送指示信息的子信道和OFDMA符号组合，以指示RS物理层帧结构下行子帧和上行子帧的各子信道和OFDMA符号组合的位置和使用方法profile。包含原802.16OFDMA(或SOFDMA)帧中的preamble、FCH、DL-MAP、UL-MAP，SS/MSRS和RS保持收发帧同步。
在RS的DL Header期间，BS的上行子帧(ULBS)不安排任何接收子信道和OFDMA符号组合，避免“SS/MSBS到SS/MSRS”的干扰。
在RS的DL Header期间，其它RS的物理层帧结构的下行子帧(DLRS)不能安排任何发送子信道和OFDMA符号组合，避免“RS到SS/MSRS”的干扰；或者，如果不同RS的DL Header在时间上重叠，则必须完全重叠，严格同步，且其内容必须相同，避免“RS到SS/MSRS”的干扰。
在RS的物理层帧结构的频率为f1的上行子帧(ULRS)中定义“RelayRanging Subchannel(中转测距子信道，简称RRS)”，定义用于SS/MSRS的初始接入测距Ranging、周期性测距Ranging、带宽请求的RS测距接收子信道和OFDMA符号组合。
图8和9中的“NULL”为不安排任何接收或发送的部分。其中，BS下行子帧(DLBS)和RS下行子帧(DLRS)中的“白色区域”为DL Header；RS上行子帧(ULRS)中的“白色区域”为DL Header RX。
基于上述物理层帧结构和中专***的中转通信流程包括：
第一阶段(基站到中转)：
S1.基站在频率为f1的下行子帧(DLBS)“DL Header”中的第一个符号symbol或时隙发送前导码preamble；
S2.中转站通过频率为f1的中转站上行子帧(ULRS)中“DL Header RX”接收基站下行子帧(DLBS)“DL Header”中的前导码preamble，和BS取得同步；
S3.基站在频率为f1的下行子帧(DLBS)“DL Header”preamble之后中发送FCH，DL-MAP，UL-MAP；
S4.中转站通过频率为f1的中转站上行子帧(ULRS)中“DL Header RX”接收下行子帧(DLBS)“DL Header”的FCH，DL-MAP，UL-MAP，获得基站下行和上行各个burst的时隙、子信道和/或OFDMA符号位置和使用方法(profile)信息；
S5.基站在频率为f1的下行子帧(DLBS)的“DL Relay Subchannel”中发送下行中转通信数据A给中转站；基站缓存数据A；
S6.中转站通过频率为f1的中转站上行子帧(ULRS)中“DL RelaySubchannel”接收S5中基站发送的下行中转通信数据A。
第二阶段(用户站到中转站)：
S1.中转在频率为f2的下行子帧(DLRS)“DL Header”中的第一个符号symbol或时隙发送前导码preamble；
S2.用户站接收频率为f2的中转站下行子帧(DLRS)“DL Header”中的前导码preamble，和中转站取得同步；
S3．中转站在频率为f2的下行子帧(DLRS)“DL Header”preamble之后中发送FCH，DL-MAP，UL-MAP；
S4．用户站接收频率为f2的中转站下行子帧(DLRS)  “DL Header”  的FCH，DL-MAP，UL-MAP，获得中转站下行和上行各个burst的子信道和OFDMA符号位置和使用方法(profile)信息：
S5．用户站在频率为f1的中转站上行子帧(ULRS)中，在除DL Header RX、RRS和UL Relay Subchannel外的OFDM Subchannel，发送上行通信数据B给中转站；用户站缓存数据B；
S6．中转站从相应的频率为f1的OFDM Subchannel接收步骤S5中用户站发送的上行通信数据B：
其中，第一阶段S6的“DL Relay Subchannel”和第二阶段步骤S6的OFDM SubchanneI可以选择在同一中转站上行子帧中，以减小中转时延。
第三阶段(网络编码)：
S1、中转站将基站的数据A和用户站的数据B做网络编码，得到编码后的数据C，例如直接按比特做“异或”运算处理，则 C = A ⊕ B
第四阶段(中转到基站和用户站)：
S1．中转站在频率为f2的下行子帧(DLRS)“DL Header”中的第一个符号symbol或时隙发送前导码preamble；
S2．用户站接收频率为f2的中转站下行子帧(DLRS)“DL Header”中的前导码preamble，和中转站取得同步；
S3．中转站在频率为f2的下行子帧(DLRS)“DdL Headerr”preamble之后中发送FCH，DL-MAP，UL-MAP；中转站在DL MAP中特别指示基站的中转目的用户站在UL Relay Subchannel接收数据；
S4.用户站接收频率为f2的下行子帧(DLRS)“DL Header”的FCH，DL-MAP，UL-MAP，获得中转站下行和上行各个burst的时隙、子信道和/或OFDMA符号位置和使用方法(profile)信息；
S5.中转站在频率为f2的中转站下行子帧(DLRS)的“UL RelaySubchannel”中发送网络编码后的数据C给基站和中转；
S6.目的用户站按中转站在DL MAP中的指示，从步骤S5的频率为f2的“UL Relay Subchannel”中接收中转站发送的网络编码数据C，BS从步骤S5的频率为f2的“UL Relay Subchannel”中接收中转站发送的网络编码数据C；
第五阶段(网络解码)：
S1.目的用户站将缓存的数据B和接收到的网络编码数据C做网络解码，得到基站通过中转站中转的数据A，例如将目的用户站缓存的数据B和网络编码的数据做“异或”运算处理得到基站的数据A，即 B ⊕ ( A ⊕ B ) = A ;
S2.基站将缓存的数据A和接收到的网络编码数据C做网络解码，得到用户站通过中转站中转的数据B，例如将基站缓存的数据A和网络编码的数据做“异或”运算处理得到中转的数据B，即 A ⊕ ( A ⊕ B ) = B .
其中，步骤S1和步骤S2没有从属关系。
综上所述，本发明通过引入OFDMA(或OFDM子信道)技术与网络编码技术的机制，定义BS和RS的物理层帧结构，从而可以最大程度地增加无线中转通信***的吞吐量，并可以有效地避免可能存在的各种干扰。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (32)

1.一种无线中转通信***，其特征在于：
包括基站、中转站和用户终端，中转站以频分双工方式同基站和用户终端进行无线通信；
该中转站分别提供有与基站和用户终端通信的接口，该中转站包括频分双工无线收发机和基于网络编码技术的无线链路层处理单元；
该基站和用户终端中均包括频分双工无线收发机和基于网络解码技术的无线链路层处理单元；
中转站、基站和用户终端的频分双工无线收发机包含频分双工无线发射机物理层处理单元和频分双工无线接收机物理层处理单元；
中转站的频分双工无线发射机物理层处理单元分别与基站和用户终端中的频分双工无线接收机物理层处理单元对应；中转站的频分双工无线接收机物理层处理单元分别与基站和用户终端中的频分双工发射机物理层处理单元对应；
其中，下行基站的下行广播突发直接由基站发送给用户终端，不通过中转站中转，其中，所述下行基站的下行广播突发包括：前导码、帧控制头、下行映射表和上行映射表；用户终端的初始接入测距、周期性测距、带宽请求通过上行基站的测距子信道测距，直接由用户终端发送给基站，不通过中转站中转；下行基站的下行突发中除所述前导码、帧控制头、下行映射表和上行映射表之外的消息报文，必须通过中转站中转；上行基站的上行突发中除所述用户终端的初始接入测距、周期性测距、带宽请求之外的报文，必须通过中转站中转。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：基站的频分双工无线发射机物理层处理单元和频分双工无线接收机物理层处理单元分别与用户终端的频分双工无线接收机物理层处理单元和频分双工无线发射机物理层处理单元对应。
3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，在中转站中包括：
频分双工无线发射机物理层处理单元：与基站和用户终端中的频分双工无线接收机物理层处理单元进行无线通信，向基站和用户终端发送中转数据；
频分双工无线接收机物理层处理单元：与基站和用户终端中的无线发射机物理层处理单元进行无线通信，接收基站和用户终端发送的中转数据；
无线链路层处理单元：对来自频分双工无线接收机物理层处理单元的中转数据，作数据接收处理、网络编码和发送处理后，转发给频分双工无线发射机物理层处理单元。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，在基站中包括：
频分双工无线发射机物理层处理单元：与中转站和/或用户终端的频分双工无线接收机物理层处理单元对应，接收中转站发送的中转数据；
频分双工无线接收机物理层处理单元：与中转站的频分双工无线发射机物理层处理单元对应，向中转站发送中转数据；
无线链路层处理单元：对来自频分双工无线接收机物理层处理单元的数据，作数据接收处理和网络解码后，转发给传输处理单元；对来自传输处理单元的数据，作数据发送处理后，转发给频分双工发射机物理层处理单元。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，在基站中还包括：
传输处理单元：与上一级设备或分别与一组基站设备建立通信，并进行信息的交互。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于：所述的传输处理单元为有线传输处理单元。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述用户终端包括：
频分双工无线发射机物理层处理单元：与中转站的频分双工无线接收机物理层处理单元进行无线通信，向中转站发送上行中转数据；
频分双工无线接收机物理层处理单元：与中转站的频分双工无线发射机物理层处理单元进行无线通信，接收中转站发送的中转数据；
无线数据链路层处理单元：对来自频分双工无线接收机物理层处理单元的数据，作数据接收处理和网络解码后，转发给用户；对来自用户的数据，作数据发送处理后，转发给频分双工无线发射机物理层处理单元。
8.根据权利要求2所述的***，其特征在于，用户终端包括：
第一和第二频分双工无线收发机：由第一、第二频分双工无线接收机物理层处理单元，第一、第二频分双工无线发射机物理层处理单元和无线数据链路层处理单元组成；其中：
第一频分双工无线接收机物理层处理单元：与基站的频分双工无线发射机物理层处理单元对应，接收基站发送的部分数据；
第二频分双工无线接收机处理物理层单元：与中转站的频分双工无线发射物理层处理单元对应，接收中转站发送的中转数据；
第一频分双工无线发射机物理层处理单元：与基站的频分双工无线接收机物理层处理单元对应，向基站发送部分数据；
第二频分双工无线发射机物理层处理单元：与中转站的频分双工无线接收机物理层处理单元对应，向中转站发送中转数据；
无线数据链路层处理单元：对来自第一和/或第二频分双工无线接收机物理层处理单元的数据进行接收处理和网络解码后转发给用户，对来自用户的数据进行发送处理后，转发给第一和/或第二频分双工无线发射机物理层处理单元。
9.根据权利要求2所述的***，其特征在于：中转站以第一频率接收通信数据，以第二频率发送通信数据；基站和用户终端以第二频率接收中转站的通信数据，以第一频率向中转站发送通信数据。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于：所述的基站还提供与用户终端通信的接口，当基站与中转站覆盖下的用户终端直接通信时，用户终端以第二频率向基站发送通信数据，以第一频率接收基站的通信数据。
11.根据权利要求1、2、4或9中任一项所述的***，其特征在于：频分双工无线收发机采用正交频分复用接入方式进行通信。
12.一种无线中转通信方法，其特征在于，包括步骤：
A、在基站物理层帧结构的下行子帧和上行子帧中分别设置下行中转子信道和上行中转子信道，分别用于定义由基站传给中转站的基站下行中转子信道和正交频分复用接入符号组合，以及由中转站传给基站的基站上行中转子信道和正交频分复用接入符号组合；在中转站物理层帧结构的上行子帧中设置下行中转子信道，用于定义中转站接收基站的下行中转子信道的中转子信道和正交频分复用接入符号组合，在中转站物理层帧结构的下行子帧中设置上行中转子信道，用于定义中转站接收基站的上行中转子信道和正交频分复用接入符号组合；
B、在基站、中转站与用户终端之间基于上述基站和中转站的上、下行物理层帧采用频分双工方式进行正交频分复用接入无线中转通信；
当基站与中转站覆盖下的用户终端直接通信时，所述基站通过采用和其它发送数据不同的信道编码和调制方式或不同的发射功率将前导码、帧控制头、下行映射表和上行映射表信息直接从与用户终端通信的接口发送给用户终端，对基站的上行子帧的初始测距竞争时隙和带宽请求竞争时隙，或测距子信道测距，用户终端采用和其它发送数据不同的信道编码和调制方式或不同的发射功率直接由用户终端发送给基站，不通过中转站进行中转。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：在基站物理层帧结构的上行子帧中设置中转测距子信道，用于定义用于中转站的初始接入测距、周期性测距、带宽请求的基站中转测距接收子信道和正交频分复用接入符号组合；
在中转站物理层帧结构的下行子帧中设置中转测距发送子信道，用于定义中转站的初始接入测距、周期性测距、带宽请求的中转站中转测距发送子信道和正交频分复用接入符号组合；
所述在基站和中转站中设置的中转测距子信道的时频关系一一对应和同步。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：基站的上行子帧的上行中转测距子信道也可作为用户终端的初始接入测距、周期性测距、带宽请求测距子信道用。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：在基站物理层帧结构的下行子帧中设置下行子帧头,该下行子帧头为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的子信道和正交频分复用接入符号组合和发送指示信息的子信道和正交频分复用接入符号组合，以指示基站物理层帧结构下行子帧和上行子帧的各子信道和正交频分复用接入符号组合的位置和使用方法；
在中转站物理层帧结构的上行子帧中设置下行子帧头接收,用于定义接收基站物理层帧结构的下行子帧头子信道和正交频分复用接入符号组合；
基站物理层帧结构的下行子帧头和中转站物理层帧结构的下行子帧头接收的时频关系一一对应和同步。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述的基站物理层帧结构的下行子帧头包括：前导码、帧控制头、下行映射表和上行映射表，使属于基站的用户终端、中转站和基站保持收发帧同步；
所述的中转站物理层帧结构的下行子帧头包括，前导码、帧控制头、下行映射表和上行映射表，使属于中转站的用户终端和中转站保持收发帧同步。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：
在基站物理层帧结构的上行子帧中设置测距子信道，用于定义用户终端的初始接入测距、周期性测距、带宽请求的基站测距接收子信道和正交频分复用接入符号组合；
在中转站物理层帧结构的上行子帧中设置中转测距子信道，用于定义用户终端的初始接入测距、周期性测距、带宽请求的中转站测距接收子信道和正交频分复用接入符号组合。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：
在中转站物理层帧结构的下行子帧中设置下行子帧头，该下行子帧头为下行子帧的开始，用于定义发送用户同步信息的子信道和正交频分复用接入符号组合和发送指示信息的子信道和正交频分复用接入符号组合，以指示中转站下行子帧和上行子帧的各子信道和正交频分复用接入符号组合的位置和使用方法。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：
当存在至少两个中转站时，针对该至少两个中转站在基站物理层帧结构中分别设置不同的下行中转子信道和上行中转子信道；不同的中转站的频分双工无线发射机只在相应的上行中转子信道中发送基站的中转数据，在其它子信道中不安排发送基站的中转数据；不同的中转站的频分双工无线接收机只在相应的下行中转子信道中接收基站的中转数据，在其它子信道中不安排接收基站的中转数据。
20.根据权利要求12－19任一项所述的方法，其特征在于，步骤B具体包括：在基站、中转站和用户终端之间基于设置的基站和中转站的上、下行物理层帧中包含的上下行中转子信道、中转测距子信道、下行子帧头、下行子帧头接收、测距子信道进行消息的交互，实现无线中转通信。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述步骤B还包括：
在基站的上行中转子信道期间，属于基站的用户终端不安排任何发送子信道和正交频分复用接入符号组合，在基站的下行中转子信道期间，属于中转站的用户终端不安排任何发送子信道和正交频分复用接入符号组合。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述步骤B还包括：
在基站物理层帧结构下行子帧或中转站物理层帧结构的上行子帧中,除下行子帧头、下行子帧头接收、中转测距子信道和下行中转子信道对应期间外，基站发射机和不同的中转站接收机通过不同的子信道和正交频分复用接入符号组合，共享基站下行子帧或中转站接收模块上行子帧的其余部分，以分别与属于基站的用户终端和属于中转站的用户终端通信；
在基站物理层帧结构的上行子帧或中转站物理层帧结构的下行子帧中,除下行子帧头、测距子信道、中转测距发送子信道和上行中转子信道的对应期间外，基站接收机和不同的中转站发射机通过不同的子信道和正交频分复用接入符号组合，共享中转站下行子帧或基站上行子帧的其余部分，以分别与属于基站的用户终端和属于中转站的用户终端通信。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：在中转站的下行子帧头期间，基站的上行子帧不安排任何接收子信道和正交频分复用接入符号组合。
24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：在中转站的下行子帧头期间，其它中转站的下行子帧不安排任何发送子信道和正交频分复用接入符号组合；或者，如果不同中转站的下行子帧头在时间上重叠，则不同中转站的下行子帧头在时间上必须完全重叠和同步，且其内容必须相同。
25.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：基站物理层帧结构的下行子帧和中转站物理层帧结构的上行子帧的频率为第一频率，基站物理层帧结构的上行子帧和中转站物理层帧结构的下行子帧的频率为第二频率。
26.一种无线中转通信方法，其特征在于，包括下列步骤：
A、基站在基站的下行子帧的下行中转子信道中以频分双工方式向中转站发送下行中转数据并缓存该数据；用户终端在中转站上行子帧的除下行子帧头接收、中转测距子信道和上行中转子信道外的正交频分复用子信道中以频分双工方式发送上行中转数据给中转站，并缓存该数据；
B、中转站将接收到的所述基站的下行中转数据和用户终端的上行中转数据进行网络编码处理后，再以频分双工方式同时发送给所述基站和用户终端；
C、所述基站和用户终端将所述缓存的数据和所述中转站发送的网络编码后的中转数据进行网络解码处理，分别获得所述用户终端的上行中转数据和基站的下行中转数据；
其中，下行基站的下行广播突发直接由基站发送给用户终端，不通过中转站中转，其中，所述下行基站的下行广播突发包括：前导码、帧控制头、下行映射表和上行映射表；用户终端的初始接入测距、周期性测距、带宽请求通过上行基站的测距子信道测距，直接由用户终端发送给基站，不通过中转站中转；下行基站的下行突发中除所述前导码、帧控制头、下行映射表和上行映射表之外的消息报文，必须通过中转站中转；上行基站的上行突发中除所述用户终端的初始接入测距、周期性测距、带宽请求之外的报文，必须通过中转站中转。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：
A1、基站在下行子帧的下行子帧头中发送前导码，中转站通过中转站的上行子帧中的下行子帧头接收子信道接收该前导码，和基站取得同步；
A2、基站在下行子帧中发送了所述前导码后，发送帧控制头、下行映射表和上行映射表信息，中转站通过中转站的上行子帧中的下行子帧头接收子信道接收该帧控制头、下行映射表和上行映射表信息，获得基站下行和上行各个突发的时隙、子信道和/或正交频分复用接入符号组合位置和使用方法信息；
A3、基站在下行子帧的下行中转子信道中发送下行中转数据给中转站，并缓存该数据，中转站通过中转站的上行子帧中的下行中转子信道接收基站的下行中转数据。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：
A4、中转站在中转站的下行子帧的下行子帧头中发送前导码，用户终端接收该前导码，和中转站取得同步；
A5、中转站在中转站的下行子帧的下行子帧中发送帧控制头、下行映射表、上行映射表信息，用户终端接收该帧控制头、下行映射表、上行映射表信息，获得中转站下行和上行各个突发的子信道和正交频分复用接入符号组合位置和使用方法信息；
A6、用户终端在中转站上行子帧的除下行子帧头接收、中转测距子信道和上行中转子信道外的OFDM子信道中发送上行中转数据给中转站，并缓存该数据，中转站从相应的OFDM子信道中接收用户终端的上行中转数据。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：
A6所述的相应的OFDM子信道可以和A3所述的上行子帧中的下行中转子信道选择在同一个中转站的上行子帧中。
30.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所骤B包括：
B1、中转站将接收到的基站的下行中转数据和用户终端的上行中转数据进行网络编码处理，获得编码后的中转数据；
B2、中转站在中转站的下行子帧的下行子帧头中发送前导码，用户终端接收该前导码，和中转站取得同步；
B3、中转站在中转站的下行子帧的下行子帧头中发送帧控制头、下行映射表、上行映射表信息，用户终端接收该帧控制头、下行映射表、上行映射表信息，获得中转站下行和上行各个突发的时隙、子信道和/或正交频分复用接入符号组合位置和使用方法信息；
B4、中转站在中转站的下行子帧的上行中转子信道中发送所述编码后的中转数据给基站和用户终端，基站和用户终端从该上行中转子信道中接收该编码后的中转数据。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述的步骤B1具体包括：
中转站将所述基站发送的数据和所述用户终端发送的数据直接按比特做异或运算处理，获得编码后的数据。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：
用户终端将缓存的数据和接收到的中转站发送的编码后的中转数据进行异或运算处理后，得到基站的下行数据；基站将缓存的数据和接收到的所述中转站发送的编码后的中转数据进行异或运算处理后，得到用户终端的上行中转数据。
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