專利名稱：蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多中繼參與的信息預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多中繼參 與的信息預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
中繼作為網(wǎng)絡(luò)中引入的新的結(jié)點，將成為LTE-Advanced系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。中繼的 作用主要體現(xiàn)在擴大小區(qū)的覆蓋范圍，為小區(qū)中陰影衰落嚴(yán)重的地區(qū)以及覆蓋的死角提 供服務(wù)信號，提供熱點地區(qū)的覆蓋以及室內(nèi)覆蓋等，從而提高系統(tǒng)容量。同時中繼設(shè)備的復(fù) 雜度遠(yuǎn)低于基站，因此利用中繼進行小區(qū)覆蓋會使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本降低。早期的中繼只是 簡單的起到信號放大的作用，將接收到的信號不經(jīng)任何處理直接放大并再次發(fā)送出去。這 種方法的致命缺點在于因為無法區(qū)分有用信號和噪聲信號，放大有用信號的同時也放大了 噪聲信號，對用戶端產(chǎn)生了很強的干擾。隨著LTE-Advanced對系統(tǒng)性能需求的提高，中繼 在網(wǎng)絡(luò)中的功能越發(fā)強大，引入中繼所達(dá)到的效果越發(fā)的明顯。對于空間復(fù)用，LTE既支持 開環(huán)方式的空間復(fù)用，又支持閉環(huán)方式的空間復(fù)用，即所謂的線性預(yù)編碼技術(shù)。線性預(yù)編碼 操作的作用是將天線域的處理轉(zhuǎn)換成波束域進行處理，在發(fā)射端利用已知的空間信道信息 進行預(yù)處理操作，從而進一步提高用戶和系統(tǒng)的吞吐量。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，CATT，ZTE等公司提出的“3GPP R1-071749. CATT, ZTE Precoding for EUTRA TDD”_3GPP TSG RAN WG1 Meeting #48bis (基于時分復(fù) 用的演進通用地面無線接入的預(yù)編碼)中，提出了兩種不同的預(yù)編碼方式，即非碼本的預(yù) 編碼操作與基于碼本的預(yù)編碼操作。這兩種方法都是在下行鏈路中使用預(yù)編碼技術(shù)，旨在 獲取空間信道信息后降低誤碼率。但是這兩種方法都沒有考慮到中繼在無線網(wǎng)絡(luò)中的重要 作用，因而無法應(yīng)用到LTE-Advanced中；另外，基于碼本的方法延時較長，無法勝任對于實 時性要求較高的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多中繼參與 的信息預(yù)處理方法。本發(fā)明利用多中繼在無線網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同作用，實現(xiàn)了預(yù)編碼效率的提 升以及用戶信息速率的提高，同時降低了系統(tǒng)時延，使系統(tǒng)滿足實時性的要求。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步，用戶向基站發(fā)射探測導(dǎo)頻信息，同時覆蓋該用戶的中繼在途中監(jiān)聽。第二步，接收到探測導(dǎo)頻信息的中繼進行信道估計處理，得到用戶與中繼間的信 道狀態(tài)信息；接收到探測導(dǎo)頻信息的基站也進行信道估計處理，得到用戶與基站間的信道 狀態(tài)信息。所述的信道估計處理是最小二乘法，或者是最小均方誤差法。第三步，基站對原始數(shù)據(jù)信息進行預(yù)處理，得到基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息。所述的預(yù)處理，是利用現(xiàn)有技術(shù)中的奇異值求解方法或者是均勻信道分解方法得到預(yù)處理矩陣，然后將原始數(shù)據(jù)信息與預(yù)處理矩陣相乘得到預(yù)處理數(shù)據(jù)信息。第四步，基站將基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和專用導(dǎo)頻發(fā)送給用戶，同時基站將基站預(yù) 處理數(shù)據(jù)信息通過廣播的方式發(fā)送給中繼，中繼對接收到的信息進行預(yù)處理，得到中繼預(yù) 處理數(shù)據(jù)信息。第五步，用戶將接收到的基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息進行合并處 理，得到原始數(shù)據(jù)信息。所述的合并處理是現(xiàn)有技術(shù)中的選擇合并方法，或者是現(xiàn)有技術(shù)中的最大比合并 方法，或者是現(xiàn)有技術(shù)中的等增益合并方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1、將中繼這一關(guān)鍵技術(shù)引入到信息預(yù)處理操作，有效地增加了系統(tǒng)的通信容量， 提高了用戶的通信質(zhì)量和系統(tǒng)容量；2、基站向小區(qū)內(nèi)各個中繼進行廣播，以達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的目的，可減少信令開銷；3、基站和中繼的預(yù)編碼方式都是基于非碼本的預(yù)編碼，這有效地減少了系統(tǒng)的延 時，滿足了實時系統(tǒng)的要求。


圖1是分別采用實施例1的方法和現(xiàn)有技術(shù)方法得到的信息率比較示意圖；圖2是分別采用實施例2的方法和現(xiàn)有技術(shù)方法得到的信息率比較示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的方法進一步描述本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提 下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述 的實施例。實施例1本實施例包括以下步驟第一步，用戶向基站發(fā)射探測導(dǎo)頻信息，同時覆蓋該用戶的中繼在途中監(jiān)聽。所述的探測導(dǎo)頻信息是一個特定的載波頻率，其具備波的基本特征，有特定的相 位和幅度。第二步，接收到探測導(dǎo)頻信息的中繼進行信道估計處理，得到用戶與中繼之間的 信道狀態(tài)信息；接收到探測導(dǎo)頻信息的基站也進行信道估計處理，得到用戶與基站間的信 道狀態(tài)信息。所述的信道狀態(tài)信息包括多徑相位信息、時延信息和幅度衰落常數(shù)。本實施例的信道估計處理采用現(xiàn)有技術(shù)的最小二乘法，從而得到空間信道矩陣。第三步，基站對原始數(shù)據(jù)信息進行預(yù)處理，得到基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息。本實施例中的預(yù)處理采用奇異值求解方法，包括以下步驟1)得到預(yù)處理矩陣，具體公式為H = UAVh，其中H是空間信道矩陣，U是維數(shù)為NXN的酉矩陣，V是維數(shù)為MXM的酉矩陣， 八是維數(shù)為NXM的矩陣且其對角線元素是按從大到小進行排序的非負(fù)的實數(shù)、非對角線元素為0，M是發(fā)送天線的數(shù)目，N是接收天線的數(shù)目，Λ就是預(yù)處理矩陣；2)將原始數(shù)據(jù)信息與預(yù)處理矩陣Λ相乘，得到預(yù)處理數(shù)據(jù)信息。第四步，基站將基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和專用導(dǎo)頻發(fā)送給用戶，同時基站將該基站 預(yù)處理數(shù)據(jù)信息通過廣播的方式發(fā)送給中繼，中繼對接收到的信息進行預(yù)處理，得到中繼 預(yù)處理數(shù)據(jù)信息。本步驟中的預(yù)處理與第三步的預(yù)處理方法相同。
第五步，用戶將接收到的基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息進行合并處 理，得到原始數(shù)據(jù)信息。本實施例中用戶接收到的基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息，具體為r0 = H0y0+n0,其中Γ(Ι是用戶接收到的基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息，H0是基站和用戶間的信道矩陣，y0 是基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息，η0是用戶和基站間的噪聲向量。本實施例中用戶接收到的中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息，具體為rj = HiY^ni,其中ri是用戶接收到的第i個中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息，Hi是用戶和第i個中繼間 的信道矩陣，Yi是第i個中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息，Hi是用戶和第i個中繼間的噪聲向量。本實施例中采用最大比合并方法進行合并處理，具體是要求用戶接收到的基站預(yù) 處理數(shù)據(jù)信息和用戶接收到的中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息相干，即滿足 其中是用戶和基站間的信號增益，hi是用戶和第i個中繼間的信號增益，Ptl是 基站的發(fā)射功率，Pi是第i個中繼的發(fā)射功率，n02是用戶和基站間的噪聲功率，Hi2是用戶 和第i個中繼間的噪聲功率。采用本實施例方法得到的用戶的總數(shù)據(jù)傳輸率C1為 其中B是信道帶寬，S是中繼的總數(shù)目。當(dāng)沒有中繼時，得到的用戶的總數(shù)據(jù)傳輸率C'為 比較(公式一)和(公式二 )可知本實施例方法得到的用戶的總數(shù)據(jù)傳輸率得 到大大提高。當(dāng)中繼與用戶間的信噪比為30dB時，分別采用本實施例方法(中繼數(shù)目為2)和 沒有中繼的方法得到的用戶的信息率如圖1所示，該圖同樣證明了本實施例方法引入中繼 節(jié)點后，用戶的數(shù)據(jù)傳輸率得到了明顯的提高。此外，本實施例方法中基站在向中繼傳輸數(shù)據(jù)符號時，采用廣播的方式，而不是定 點傳輸，從而減小了基站的信令開銷；本實施例方法基于非碼本，在達(dá)到相同信息速率的 前提下，當(dāng)基站和中繼的時延為3ms，用戶的處理時延為2ms時，本實施例方法的系統(tǒng)時延約為23ms，而基于碼本的方法的系統(tǒng)的時延達(dá)30ms，故本實施例方法大大減少了系統(tǒng)的時延。實施例2本實施例包括以下步驟第一步，用戶向基站發(fā)射探測導(dǎo)頻信息，同時覆蓋該用戶的中繼在途中監(jiān)聽。所述的探測導(dǎo)頻信息是一個特定的載波頻率，其具備波的基本特征，有特定的相 位和幅度。第二步，接收到探測導(dǎo)頻信息的中繼進行信道估計處理，得到用戶與中繼之間的 信道狀態(tài)信息；接收到探測導(dǎo)頻信息的基站也進行信道估計處理，得到用戶與基站間的信 道狀態(tài)信息。所述的信道狀態(tài)信息包括多徑相位信息、時延信息和幅度衰落常數(shù)。本實施例的信道估計處理采用現(xiàn)有技術(shù)的最小均方誤差法，從而得到空間信道矩 陣。第三步，基站對原始數(shù)據(jù)信息進行預(yù)處理，得到基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息。本實施例中的預(yù)處理采用均勻信道分解方法，包括以下步驟1)得到預(yù)處理矩陣，具體公式為 其中H = U Λ Vh (幾何均值分解)， F是預(yù)處理矩陣，Φ由注水法得到，H是空間信道矩陣，U是維數(shù)為NXN的酉矩陣， V是維數(shù)為MXM的酉矩陣，Λ是維數(shù)為NXM的矩陣且其對角線元素λ i是按從大到小進行 排序的非負(fù)的實數(shù)、非對角線元素為0，M是發(fā)送天線的數(shù)目，N是接收天線的數(shù)目；2)將原始數(shù)據(jù)信息與預(yù)處理矩陣相乘，得到預(yù)處理數(shù)據(jù)信息。第四步，基站將基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和專用導(dǎo)頻發(fā)送給用戶，同時基站將該基站 預(yù)處理數(shù)據(jù)信息通過廣播的方式發(fā)送給中繼，中繼對接收到的信息進行預(yù)處理，得到中繼 預(yù)處理數(shù)據(jù)信息。本步驟中的預(yù)處理與第三步的預(yù)處理方法相同。第五步，用戶將接收到的基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息進行合并處 理，得到原始數(shù)據(jù)信息。本實施例中的合并處理采用選擇合并方法，其加權(quán)系數(shù)的取值為 α i是第i個信道的加權(quán)系數(shù)，Y ,是第i個信道的信噪比，Ymax是所有信道的信 噪比的最大值。采用本實施例方法得到的用戶的總數(shù)據(jù)傳輸率C2為 其中B是信道帶寬，h0是用戶和基站間的信號增益，P。是基站的發(fā)射功率，n02是 用戶和基站間的噪聲功率。當(dāng)沒有中繼時，得到的用戶的總數(shù)據(jù)傳輸率C'(如公式二)為 比較(公式三)和(公式二 )可知本實施例方法得到的用戶的總數(shù)據(jù)傳輸率得 到大大提高。當(dāng)中繼與用戶間的信噪比為30dB時，分別采用本實施例方法(中繼數(shù)目為2)和 沒有中繼的方法得到的用戶的信息率如圖2所示，該圖同樣證明了本實施例方法引入中繼 節(jié)點后，用戶的數(shù)據(jù)傳輸率得到了明顯的提高。本實施例中由于選擇了信噪比最大的一路 信道的信息，所以數(shù)據(jù)傳輸率較圖1中使用最大比合并的方法略微有所減少，但是該方法 對于惡劣通信環(huán)境，即用戶和基站間的信道質(zhì)量較差的環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸率的提升還是很可 觀的。本實施例的時延與實施例1的時延相同，同樣大大減少了系統(tǒng)的時延。
權(quán)利要求
一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多中繼參與的信息預(yù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，用戶向基站發(fā)射探測導(dǎo)頻信息，同時覆蓋該用戶的中繼在途中監(jiān)聽；第二步，接收到探測導(dǎo)頻信息的中繼進行信道估計處理，得到用戶與中繼間的信道狀態(tài)信息；接收到探測導(dǎo)頻信息的基站也進行信道估計處理，得到用戶與基站間的信道狀態(tài)信息；第三步，基站對原始數(shù)據(jù)信息進行預(yù)處理，得到基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息；第四步，基站將基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和專用導(dǎo)頻發(fā)送給用戶，同時基站將基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息通過廣播的方式發(fā)送給中繼，中繼對接收到的信息進行預(yù)處理，得到中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息；第五步，用戶將接收到的基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息進行合并處理，得到原始數(shù)據(jù)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多中繼參與的信息預(yù)處理方法，其特征是，所述 的信道估計處理是最小二乘法，或者是最小均方誤差法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多中繼參與的信息預(yù)處理方法，其特征是，所述 的預(yù)處理，是利用奇異值求解方法或者是均勻信道分解方法得到預(yù)處理矩陣，然后將原始 數(shù)據(jù)信息與預(yù)處理矩陣相乘得到預(yù)處理數(shù)據(jù)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多中繼參與的信息預(yù)處理方法，其特征是，所述 的合并處理是選擇合并方法，或者是最大比合并方法，或者是等增益合并方法。
全文摘要
一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多中繼參與的信息預(yù)處理方法，包括步驟為用戶向基站發(fā)射探測導(dǎo)頻信息，同時中繼在途中監(jiān)聽；中繼進行信道估計處理，得到用戶與中繼間的信道狀態(tài)信息；基站也進行信道估計處理，得到用戶與基站間的信道狀態(tài)信息；基站對原始數(shù)據(jù)信息進行預(yù)處理，得到基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息；基站將基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和專用導(dǎo)頻發(fā)送給用戶，同時基站將基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息通過廣播的方式發(fā)送給中繼，中繼對接收到的信息進行預(yù)處理，得到中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息；用戶將接收到的基站預(yù)處理數(shù)據(jù)信息和中繼預(yù)處理數(shù)據(jù)信息進行合并處理，得到原始數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明提高了用戶的通信質(zhì)量和系統(tǒng)容量，減少信令開銷，有效減少了系統(tǒng)的時延。
文檔編號H04L25/02GK101873280SQ20101020996
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月26日
發(fā)明者劉文江, 劉濤, 戎蒙恬, 高云龍 申請人:上海交通大學(xué)