[发明专利]一种双向中继方法、基站、移动终端及中继站

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的信息转发中继技术领域，特别是一种双向中 继方法、基站、移动终端及中继站，提高中继转发的误码率性能和频谱效率， 降低系统信令的开销。

背景技术

未来无线通信系统将采用更高的频段并提供更高的传输速率，因此会引起 小区尺寸的减小。如果单纯增加基站的数量，那么将会大大增加网络的铺设和 维护成本。因此，为了有效解决小区尺寸减小问题，布设中继站和采用先进的 中继技术成为一种经济的解决方案。

在现有的中继方案中，双向中继方案(即基站和移动终端互相交互数据且 都通过中继站中继)能够获得极高的频谱效率，因此是一种非常有前途的技术。 下面我们主要集中于双向中继方案的讨论，介绍现有的双向中继方案并分析它 们存在的问题。

4步译码转发方案(4-step Decode and Forward)，该方案包括以下步骤：

基站将数据发送给中继站，中继站检测并译码基站发送的数据；

移动终端将数据发送给中继站，中继站检测并译码移动终端发送的数据；

中继站将基站的数据转发给移动终端，移动终端检测并获得基站的数据；

中继站将移动终端的数据转发给基站，基站检测并获的移动终端的数据。

上述的4步译码转发方案没有充分利用物理层信号处理的潜力，因此频谱 效率较低。需要占用四次信道，来完成一次双向中继。

为了提高系统的频谱效率，出现了3步译码转发方案(3-step Decode and Forward)，该方案包括以下步骤：

基站将数据发送给中继站，中继站检测并译码基站的数据；

移动终端将数据发送给中继站，中继站检测并译码移动终端的数据；

中继站将基站的数据和移动终端的数据进行比特级的异或，然后将异或后 的数据广播给基站和移动终端。

因为基站和移动终端知道自己发送的数据，所以可以检测中继站广播的数 据再与自己发送的数据进行异或，从而恢复对方的数据。

相比于4步译码转发方案，3步译码转发方案提高了系统的频谱效率，但 仍没有充分利用物理层信号处理的潜力，其需要占用三次信道，来完成一次双 向中继。

为了充分利用物理层信号处理的潜力，出现了2步放大转发方案：(2-step Amplify and Forward)，其包括如下步骤：

基站和移动终端同时将数据发送给中继站，由于无线信道的广播特性，所 以中继站将收到一个叠加的数据包；

中继站将接收到的数据包进行放大并广播给基站和移动终端。

基站和移动终端首先利用缓存中自己发送的数据对接收到的中继站的信 号进行干扰消除，然后再检测对方的数据。

2步放大转发方案具有很高的频谱效率，只需要占用二次信道，来完成一 次双向中继，但因为中继站进行的是放大转发，所以接收信号中的噪声在中继 站会被放大并累积到第二步。因此，会导致第二步基站和移动终端检测时误码 率的上升。

为了解决2步放大转发方案中存在的噪音放大的问题，出现了2步译码转 发方案(2-step Decode and Forward)，其包括如下步骤：

基站和移动终端同时将数据发送给中继站，由于无线信道的广播特性，中 继站将收到一个叠加的数据包，中继站首先检测功率较高的数据包(此时将另 一个数据包当作干扰)，其次利用检测的结果进行干扰消除，然后再检测功率 较低的数据包；

中继站将检测出的两个数据包进行比特级的异或，然后再将异或后的数据 广播给基站和移动终端。

因为基站和移动终端知道自己发送的数据，所以可以检测中继站广播的数 据再与自己发送的数据进行异或，从而恢复对方的数据。

2步译码转发方案具有很高的频谱效率，只需要占用二次信道，来完成一 次双向中继，且没有噪声的放大问题，但是2步译码转发方案需要基站到中继 站的第一信道与移动终端到中继站的第二信道具有非常大的差异，从而在第一 步中，中继站才能够正确检测出功率较强的数据包。如果第一信道与第二信道 具有相似的信道增益，那么中继站就无法从叠加的数据包中正确解出一个数据 包来。因此2步译码转发方案不适用于第一信道与第二信道具有相似的信道增 益的情况。