CN102724154A - 一种多跳无线通信***自适应中继传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种适用于多跳无线通信***的自适应中继传输方法。各节点根据与其上级节点的符号解调的自信度量选择采用中继传输方式，根据与其下级节点的信道状态信息，选择调制编码方式，克服了现有多跳无线通信***采用单一中继转发传输技术，在跳数较多的应用场景(如数十跳)下，无法同时兼顾链路可行性和传输时延要求的问题。

Description

一种多跳无线通信***自适应中继传输方法

技术领域

本发明涉及一种多跳无线通信***各节点间的低时延可靠传输方案，可用于基于有中心或无中心控制的宽带无线多跳中继网络，属于无线通信领域。

背景技术

无线***的网络一般采用单跳网络和多跳网络等架构。单跳网络一般网络容量较大，但由于受限于基站发射功率，网络覆盖范围一般几公里之内；多跳无线网络的各节点之间的距离相对较短，每一跳可以完成比直接通信高得多的数据传输速率，使在长距离的端到端通信***中同样能支持高数据传输速率，并且随着网络节点的增加，网络的覆盖范围以及灵活性也会随之增加，在一定程度上解决了单跳网络覆盖范围受限的问题。

对于多跳无线网络，实现节点间数据转发的中继传输的链路可靠性和传输时延是***的两个重要的性能指标。目前常用的中继传输技术有放大转发(AF)，解调转发(DMF)，和解码转发(DCF)三种方法。AF方法中，节点仅对接收的信号进行放大后直接转发，该方法转发时延最小，单链路可靠性最差；DMF方法中，节点需对接收的信号进行星座解调，而后重新星座调制后转发，该方法可提升链路传输性能，但由于引入解调和调制处理，数据转发时延比AF方法要大；DCF方法中，节点需对接收的信号进行解调、解码和判决，而后对判决的信息比特重新编码和调制后转发，该方法可获得最好的链路可靠性，但由于引入解调/解码和编码调制的处理时间，因此该方法的数据转发时延也最大。

在多跳无线网络中，数据在网络中的端到端传输时延为各节点间的传输时延的累加。当多跳无线网络跳数较多时，必须在保证链路可靠性的条件下对各节点间的传输时延加以严格控制，以使网络可支持话音和视频等实时业务。

目前支持多跳的无线通信***(如WiFi、WiMAX(802.16d，802.16j)、3GPP-LTE等)，由于主要针对数跳以内的应用场景，并没有对跳数较多的应用(如数十跳)进行优化设计，因此难以在多跳传输应用中同时满足链路可行性和传输时延的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种自适应中继传输方法，包括如下步骤：

1)中继节点收到来自其上级节点的无线信号，进行符号解调；

2)根据该中继节点与其上级节点的信道状态信息，计算符号解调的自信度量；

3)根据该中继节点的解调符号的自信度量确定中继传输方式；

4)当该中继节点将解调后的数据重新直接调制后转发时，可以根据该中继节点与其下一级节点的信道质量更新调制方式；

5)采用更新后的调制方式将解调后的数据中继传输到下一级节点。

根据本发明的某个实施例，在采用更新后的调制方式对数据进行中继传输的过程中，中继节点对调制转发传输的数据状态进行标识。

根据本发明的某个实施例，在采用更新后的调制方式对数据进行中继传输的过程中，当中继节点收到的数据符号的转发次数标识大于某一预设的阈值时，直接采用解码转发方式，将数据转发至下一级节点。

根据本发明的某个实施例，当中继节点将解调后的数据重新直接调制后转发，并且接收调制方式与转发调制方式不同时，在该中继节点解调的数据比特长度与转发调制所需的数据比特长度不同的情况下，进行数据比特长度匹配处理。

根据本发明的某个实施例，所述根据该中继节点与其上级节点的信道状态信息，计算符号解调的自信度量是按照如下方式计算：

a)符号解调的自信度量设为接收信噪比(SNR)的函数，或

b)符号解调的自信度量设为接收信干噪比(SINR)的函数，或

c)符号解调的自信度量设为接收有效信干噪比(eSINR)的函数，或

d)符号解调的自信度量设为接收载干噪比(CINR)的函数，或

e)符号解调的自信度量设为解调软信息的函数。

根据本发明的某个实施例，所述确定中继传输方式是按照如下方式确定：

f)若自信度量高于或等于某一设定参数，则将该节点解调后的数据重新调制后转发；

g)若自信度量低于某一设定参数，则将该节点解调后的数据进一步解码，并进行CRC校验；

i.若CRC校验正确，则将数据重新编码，调制后转发；

ii.若CRC校验不正确，则将数据丢弃。

根据本发明的某个实施例，更新调制方式是按照如下方式更新：

h)当该中继节点与其下一级节点的信道质量支持与接收符号相同的调制方式时，则将该中继节点解调后的数据采用与接收符号相同的调制方式重新调制后转发；

●当该中继节点与其下一级节点的信道质量支持比接收符号更高阶调制方式时，则将该中继节点解调后的数据重新调制成比接收符号调制阶数更高的调制方式后转发；

i)当该中继节点与其下一级节点的信道质量只支持比接收符号更低阶调制方式时，则将该中继节点解调后的数据重新调制成比接收符号调制阶数更低的调制方式后转发；

j)当该中继节点与其下一级节点的信道质量差于该中继节点与其上一级节点的信道质量时，可以将该中继节点解调后的数据采用与接收符号相同的调制方式重新调制，然后将调制符号复制多份后通过不同的时间，频率和空间资源，转发至下一级节点。

根据本发明的某个实施例，，所述对转发传输的数据状态进行标识按照如下方式标识：

k)当中继节点将解调后的数据采用直接调制后转发时，对直接调制转发数据的转发次数标识进行标记，每转发一次，转发次数标识加1；

l)当中继节点将解调后的数据采用解码后转发时，转发次数标识置为0。根据本发明的某个实施例，所述数据比特长度匹配处理按照如下方式实现：

m)计算中继节点解调的数据比特长度与转发调制所需的数据比特长度差异Np；

n)对解调后的数据比特添加Np个填充比特，使其满足转发调制所需的数据比特长度要求。

本发明解决了现有多跳***传输方案中当中继传输跳数较多时，不能同时保证数据转发的可靠性和传输时延的问题。本发明可应用于：移动蜂窝网，无线传感网，物联网等多跳无线通信***中。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图1是按照本发明实施例的多跳无线通信***网络拓扑；

图2是按照本发明实施例的宽带多跳无线网络实施图。

具体实施方式

图1所示为多跳无线通信***网络拓扑。根据数据传输方向，各节点接收来自其上级节点的数据，并转发至其下一级节点。各节点根据与其上级节点的符号解调的自信度量选择采用中继传输方式，根据与其下级节点的信道状态信息，选择调制编码方式，以保证多跳网络的链路可靠性和传输时延性能。

自适应中继传输方法如下：

1)中继节点收到来自其上级节点的无线信号，进行符号解调；

2)根据该中继节点与其上级节点的信道状态信息，计算符号解调的自信度量；

3)根据该中继节点的解调符号的自信度量确定中继传输方式；

4)当该中继节点将解调后的数据重新直接调制后转发时，可以根据该中继节点与其下一级节点的信道质量更新调制方式；

5)采用更新后的调制方式将解调后的数据中继传输到下一级节点。

在采用更新后的调制方式对数据进行中继传输的过程中，中继节点对调制转发传输的数据状态进行标识。

在采用更新后的调制方式对数据进行中继传输的过程中，当中继节点收到的数据符号的转发次数标识大于某一预设的阈值时，直接采用解码转发方式，将数据转发至下一级节点。

当中继节点将解调后的数据重新直接调制后转发，并且接收调制方式与转发调制方式不同时，在该中继节点解调的数据比特长度与转发调制所需的数据比特长度不同的情况下，进行数据比特长度匹配处理。

在步骤2)中，所述根据该中继节点与其上级节点的信道状态信息，计算符号解调的自信度量可以按照如下方式计算：

a)符号解调的自信度量设为接收信噪比(SNR)的函数，或

b)符号解调的自信度量设为接收信干噪比(SINR)的函数，或

c)符号解调的自信度量设为接收有效信干噪比(eSINR)的函数，或

d)符号解调的自信度量设为接收载干噪比(CINR)的函数，或

e)符号解调的自信度量设为解调软信息的函数。

在步骤3)中，所述确定中继传输方式是按照如下方式确定：

f)若自信度量高于或等于某一设定参数，则将该中继节点解调后的数据重新调制后转发；

g)若自信度量低于某一设定参数，则将该中继节点解调后的数据进一步解码，并进行CRC校验；

i.若CRC校验正确，则将数据重新编码，调制后转发；

ii.若CRC校验不正确，则将数据丢弃。

在步骤4)中，更新调制方式是按照如下方式更新：

a)当该中继节点与其下一级节点的信道质量支持比接收符号更高阶调制方式时，则将该中继节点解调后的数据重新调制成比接收符号调制阶数更高的调制方式后转发；

b)当该中继节点与其下一级节点的信道质量支持与接收符号相同的调制方式时，则将该中继节点解调后的数据采用与接收符号相同的调制方式重新调制后转发；

c)当该中继节点与其下一级节点的信道质量只支持比接收符号更低阶调制方式时，则将该中继节点解调后的数据重新调制成比接收符号调制阶数更低的调制方式后转发；

d)当该中继节点与其下一级节点的信道质量差于该节点与其上一级节点的信道质量时，可以将该中继节点解调后的数据采用与接收符号相同的调制方式重新调制，然后将调制符号复制多份后通过不同的时间，频率和空间资源，转发至下一级节点；

在数据比特长度匹配处理过程中，按照如下方式进行数据比特长度匹配处理：

a)计算中继节点解调的数据比特长度与转发调制所需的数据比特长度差异Np；

b)对解调后的数据比特添加Np个填充比特，使其满足转发调制所需的数据比特长度要求。

对转发传输的数据状态进行标识的过程中，按照如下方式对转发传输的数据状态进行标识：

a)当中继节点将解调后的数据采用直接调制后转发时，对直接调制转发数据的转发次数标识进行标记，每转发一次，转发次数标识加1；

b)当中继节点将解调后的数据采用解码后转发时，转发次数标识置为0；

c)转发次数标识采用解码转发方式，并与转发数据独立传输。

图2为一种宽带多跳无线网络示例，数据由节点1发出，经节点2至节点5转发，传输至节点6。CINRm-n表示节点m到节点n之间的链路接收载干噪比(CINR)。各节点的符号解调的自信度量设为接收载干噪比(CINR)。CINR定义为：

$\mathrm{CINR}=\frac{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|s\right[n\left]\right|}^2}{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\right[n]-s[n\left]\right|}^2}$

其中，r[n]为接收的第n个数据符号，s[n]为解调后检测的第n个数据符号，N为CINR估算所用的样本点数。

假设***支持的调制方式按频谱效率由低到高排列为M1，M2，M3，编码效率(简称码率)按由低到高排列为C1，C2，C3。

数据由节点1发出时由链路质量确定的调制方式和码率为M2C1；

假设节点2接收的自信度量CINR1-2高于所设门限，且节点2到节点3之间的信道质量略差于节点1到节点2之间的信道质量，只支持调制方式和码率为M1C1；

则数据由节点2发出时采用解调转发，其调制方式和码率为M1C1；

假设节点3接收的自信度量CINR2-3低于所设门限；且节点3到节点4之间的信道质量支持调制方式和码率为M3C2；

则数据由节点3发出时采用解码转发，其调制方式和码率为M3C2；

假设节点4接收的自信度量CINR3-4高于所设门限，且节点4到节点5之间的信道质量支持调制方式和码率为M3C2；

则数据由节点4发出时采用解调转发，其调制方式和码率为M3C2；

假设节点5接收的自信度量CINR4-5高于所设门限，且节点5到节点6之间的信道质量支持调制方式和码率为M2C2；

则数据由节点5发出时采用解调转发，其调制方式和码率为M2C2。

所述门限可根据不同调制方式和码率对信道的要求而进行设定。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种变动与修饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种自适应中继传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.中继节点收到来自其上级节点的无线信号，进行符号解调；

B.根据该中继节点与其上级节点的信道状态信息，计算符号解调的自信度量；

C.根据该中继节点的解调符号的自信度量确定中继传输方式；

D.当该中继节点将解调后的数据重新直接调制后转发时，根据该中继节点与其下一级节点的信道质量更新调制方式；

E.采用更新后的调制方式将解调后的数据中继传输到下一级节点。

2.如权利要求1中的自适应中继传输方法，其特征在于：

在采用更新后的调制方式对数据进行中继传输的过程中，中继节点对调制转发传输的数据状态进行标识。

3.如权利要求2中的自适应中继传输方法，其特征在于：

在采用更新后的调制方式对数据进行中继传输的过程中，当中继节点收到的数据符号的转发次数标识大于某一预设的阈值时，直接采用解码转发方式，将数据转发至下一级节点。

4.如权利要求1中的自适应中继传输方法，其特征在于：

当中继节点将解调后的数据重新直接调制后转发，并且接收调制方式与转发调制方式不同时，在该中继节点解调的数据比特长度与转发调制所需的数据比特长度不同的情况下，进行数据比特长度匹配处理。

5.根据权利要求1中的方法，其特征在于：所述根据该中继节点与其上级节点的信道状态信息，计算符号解调的自信度量是按照如下方式计算：

a)符号解调的自信度量设为接收信噪比(SNR)的函数，或

b)符号解调的自信度量设为接收信干噪比(SINR)的函数，或

c)符号解调的自信度量设为接收有效信干噪比(eSINR)的函数，或

d)符号解调的自信度量设为接收载干噪比(CINR)的函数，或

e)符号解调的自信度量设为解调软信息的函数。

6.根据权利要求1中的方法，其特征在于：确定中继传输方式是按照如下方式确定：

f)若自信度量高于或等于某一设定参数，则将该中继节点解调后的数据重新调制后转发；

g)若自信度量低于某一设定参数，则将该中继节点解调后的数据，进一步解码，并进行CRC校验；

i.若CRC校验正确，则将数据重新编码，调制后转发；

ii.若CRC校验不正确，则将数据丢弃。

7.根据权利要求1中的方法，其特征在于，更新调制方式是按照如下方式更新：

h)当该中继节点与其下一级节点的信道质量支持比接收符号更高阶调制方式时，则将该中继节点解调后的数据重新调制成比接收符号调制阶数更高的调制方式后转发；

i)当该中继节点与其下一级节点的信道质量支持与接收符号相同的调制方式时，则将该中继节点解调后的数据采用与接收符号相同的调制方式重新调制后转发；

j)当该中继节点与其下一级节点的信道质量只支持比接收符号更低阶调制方式时，则将该中继节点解调后的数据重新调制成比接收符号调制阶数更低的调制方式后转发；

k)当该中继节点与其下一级节点的信道质量差于该中继节点与其上一级节点的信道质量时，可以将该中继节点解调后的数据采用与接收符号相同的调制方式重新调制，然后将调制符号复制多份后通过不同的时间，频率和空间资源，转发至下一级节点。

8.根据权利要求1中的方法，其特征在于，对转发传输的数据状态进行标识按照如下方式标识：

l)当中继节点将解调后的数据采用直接调制后转发时，对直接调制转发数据的转发次数标识进行标记，每转发一次，转发次数标识加1；

m)当中继节点将解调后的数据采用解码后转发时，转发次数标识置为0；

n)转发次数标识采用解码转发方式，并与转发数据独立传输。

9.根据权利要求1中的方法，其特征在于，当中继节点将解调后的数据重新直接调制后转发，并且接收调制方式与转发调制方式不同时，在该中继节点解调的数据比特长度与转发调制所需的数据比特长度不同的情况下，按照如下方式进行数据比特长度匹配处理；

o)计算中继节点解调的数据比特长度与转发调制所需的数据比特长度差异Np；

p)对解调后的数据比特添加Np个填充比特，使其满足转发调制所需的数据比特长度要求。

Images