專利名稱：無線中繼網(wǎng)絡(luò)中的干擾消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及通信網(wǎng)絡(luò)，更具體地說涉及多跳、自組織和協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)等無線網(wǎng)絡(luò)，其中多個用戶共享共用的通信媒體，本發(fā)明旨在提高此類網(wǎng)絡(luò)中的性能。
背景技術(shù)：
用于多用戶之間有效共享無線媒體的協(xié)議通常稱為多路訪問協(xié)議、信道訪問方案或媒體訪問方案。為了有效地(和常常公平地)共享無線媒體，多年來已經(jīng)開發(fā)出了具體針對分布式網(wǎng)絡(luò)，如多跳/自組織網(wǎng)絡(luò)的各種信道訪問方案。
經(jīng)典的多路訪問協(xié)議可以劃分為兩個主要類別無沖突協(xié)議和基于競用的協(xié)議。
無沖突多路訪問協(xié)議無沖突協(xié)議，有時也稱為調(diào)度的信道訪問協(xié)議，它確保任何時候執(zhí)行的傳輸都成功，即不受其它傳輸干擾。無沖突傳輸可以通過以靜態(tài)方式或動態(tài)方式為用戶分配信道來實現(xiàn)。這常常分別表示為固定或動態(tài)調(diào)度。站點之間的精確協(xié)調(diào)的好處在于經(jīng)設(shè)計它可實現(xiàn)較高的效率，但代價是產(chǎn)生了復(fù)雜性且有時要交換大量控制流量。
在文獻(xiàn)[1]中，Kleinrock和Sylvester建議在空間上調(diào)度和復(fù)用TDMA時隙。其思想是聚集可以同時使用而不會導(dǎo)致有害相互干擾的鏈路組(也稱為無沖突矢量或集合(clique))?？梢詫⑷舾蛇@樣的組加以標(biāo)識，然后以類似TDMA幀的方式依次處理這些組。此方案通常稱為STDMA，代表空間TDMA。
基于競用的多路訪問協(xié)議基于競用的協(xié)議與無沖突協(xié)議的基本區(qū)別在于不保證傳輸成功。因此該協(xié)議需要制訂一個在一旦發(fā)生沖突即予以解決的規(guī)程，以便最終成功地發(fā)送所有消息。
分組無線電網(wǎng)絡(luò)或自組織網(wǎng)絡(luò)中的一個常見問題是存在所謂的隱藏終端。參考

圖1，隱藏終端問題意味著正在向B傳輸?shù)墓?jié)點A不知道另一個節(jié)點C向D(或可能向B)的傳輸干擾A向B的傳輸。其結(jié)果顯然是B上發(fā)生沖突，這降低了各個方面(吞吐量、延遲等)的性能。自70年代中期已提出一些解決該問題的方式，因此我們簡介一下這些經(jīng)典的“解決方案”。但是，首先要注意CSMA[1]未處理這種問題，因為根據(jù)定義C和A不會無意中監(jiān)聽到彼此的傳輸。因此載波偵聽被認(rèn)為對于分組無線電網(wǎng)絡(luò)是不適合的[3]。在最壞的情況下，CSMA的性能降低到ALOHA的性能[1]。
下面將描述解決隱藏終端問題的各種面向競用的方法采用沖突避免的多路訪問(MACA)Karn提出的一種稱為MACA(采用沖突避免的多路訪問)的方法[4]基于發(fā)送請求發(fā)送(RTS)和清除發(fā)送(CTS)消息來確保B的鄰節(jié)點知道誰將進(jìn)行發(fā)送。假定A發(fā)出RTS，則B只要接收到該RTS就會以CTS進(jìn)行響應(yīng)。節(jié)點A接收到CTS消息并啟動數(shù)據(jù)傳輸。另一方面，C避免發(fā)送任何東西，因為它已經(jīng)監(jiān)聽到來自節(jié)點B的CTS。同樣地，節(jié)點A周圍監(jiān)聽到RTS消息的節(jié)點避免當(dāng)A在等待CTS消息時發(fā)送任何東西。采用一種后退(back-off)方案來緩解重復(fù)發(fā)生RTS消息沖突的影響。
MACAW在文獻(xiàn)[5]中，Bhargawan等人改進(jìn)了MACA協(xié)議，并將其重新命名為MACAW。他們對RTS消息引入了鏈路層確認(rèn)以及CSMA。他們還通過基于源-目的地對而非節(jié)點來運行上述后退方案來提高公平性。此外還添加了用于擁塞控制的手段。IEEE 802.11現(xiàn)在其工作模式之一中采用了非常類似的RTS-CTS方案(稱為DFWMAC)。
忙音多路訪問(BTMA)與MACA更相似的方法是忙音多路訪問方案BTMA[6]。節(jié)點B不發(fā)送CTS消息，而是利用某個并行信道上的忙音(讀取其它頻率)來指示它很忙。只要B已經(jīng)接收到它的地址內(nèi)容，這就可以實現(xiàn)。但是，所提出的另一種更不用說有用的方法是，檢測到分組傳輸?shù)乃泄?jié)點均發(fā)送忙音。后一種方法可能導(dǎo)致大面積的嚴(yán)重阻塞。任一方案的實際用途非常有限，主要在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中大量出現(xiàn)。
其它經(jīng)典的多路訪問協(xié)議另一種媒體訪問技術(shù)基于直接序列碼分多址DS-CDMA。原理上，兩種方法均可行。
例如，再次參考圖1，可以實施一些旨在確保節(jié)點A和C采用正交碼并因此不會干擾彼此的機(jī)制。
另一種方法是利用接收器引導(dǎo)的擴(kuò)頻碼。后者假定C將其數(shù)據(jù)發(fā)往節(jié)點D。注意，通過采用正交碼，可由發(fā)送方劃分可用的帶寬資源。
面向多用戶的多路訪問協(xié)議在文獻(xiàn)[7]中，描述了一種多路訪問協(xié)議，它將STDMA與多用戶檢測進(jìn)行組合。在該方法中，在時間、空間以及接收功率上對傳輸進(jìn)行調(diào)度。選擇發(fā)射功率電平，以便通過使用多用戶檢測器可同時接收多個傳輸并將其解碼。其好處在于，比之于經(jīng)典的信道方案，網(wǎng)絡(luò)吞吐量得以提高。
發(fā)明概述本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)方案的這些和其它缺點。
本發(fā)明的一般目的在于達(dá)到提高無線中繼網(wǎng)絡(luò)(如多跳網(wǎng)絡(luò)、自組網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)和基于轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò))的性能，所述無線中繼網(wǎng)絡(luò)中，多個用戶共享共用的通信媒體。具體而言，希望在吞吐量和延遲方面提高網(wǎng)絡(luò)性能。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種改進(jìn)的方法和裝置，用于檢測無線中繼網(wǎng)絡(luò)中的信號信息。
這些和其它目的通過所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明來實現(xiàn)。
本發(fā)明基于如下觀察大多數(shù)干擾是由無線中繼網(wǎng)絡(luò)如多跳網(wǎng)絡(luò)、自組網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)和基于轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)中至少一條鏈路上，且通常多于一條鏈路上多次傳送的分組引起的。例如，在多跳網(wǎng)絡(luò)中，信息可以在源和目的地之間的多跳(hop)或段(segment)中傳輸。雖然多次傳輸可能是因重發(fā)所致，但主要原因是同一分組或信息從節(jié)點到節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，直到到達(dá)目的地為止。
根據(jù)旨在將已經(jīng)可用的信息用于信號檢測過程的本發(fā)明，將代表第一組信息的信號信息作為先驗已知信號信息存儲，所述第一組信息包括至少要在至少一條鏈路上傳送總共一次以上的至少一個數(shù)據(jù)單元。這可以是節(jié)點上先前接收到和/或檢測到的信息、自己已發(fā)送(還包括已轉(zhuǎn)發(fā))的信息或以其它方式可用和相關(guān)的信號信息。隨后，接收代表第二組信息的信號信息，其中所述第一組信息的一個或多個數(shù)據(jù)單元的傳輸干擾所述第二組信息的接收。盡管存在干擾，但是仍可以利用所述已接收到的信號信息和至少部分所述先前存儲的先驗已知信號信息成功檢測到所述第二組信息的至少一部分。最好通過基于所接收到的信號信息和先驗已知信息的相關(guān)部分的干擾消除來檢測所述信息。
例如，所述存儲的先驗已知信號信息可以包括自己已發(fā)送的信息、先前接收到和檢測到的信息、甚至是先前無意監(jiān)聽到的信息。
在許多應(yīng)用中，所述第一組信息包含要在多于一條鏈路上總共傳輸一次以上的一個或多個數(shù)據(jù)單元。
最好通過結(jié)合新檢測到的信息以及除去過時的信息來持續(xù)更新所述先驗已知信號信息集合。
本發(fā)明因此通過存儲和利用先驗已知信息的創(chuàng)新機(jī)制為信道訪問問題添加了一個新的方面，從而提高了網(wǎng)絡(luò)性能和有效解決了經(jīng)典的隱藏終端問題。更具體地說，已經(jīng)證明本發(fā)明提供了較高的吞吐量并降低了延遲。
對于單用戶或多個用戶，可以按比特或碼元或比特序列或碼元序列來進(jìn)行檢測。檢測可以對編碼信息或信息比特進(jìn)行。這意味著檢測到的信息實際可以是解調(diào)的編碼信息和/或既解調(diào)又解碼的信息。
如上所述，本發(fā)明通常適用于諸如多跳網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)和基于轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)等無線中繼網(wǎng)絡(luò)。
應(yīng)理解，本發(fā)明可以采用許多不同類型的干擾消除技術(shù)，包括顯式和隱式干擾消除技術(shù)。例如，檢測過程可以包括從所述接收到的信號信息中除去先驗已知信號信息以生成剩余信號，然后將所述剩余信號解碼?；蛘撸梢酝ㄟ^對先前接收到的基帶信號信息形式的先驗已知信息與當(dāng)前接收到的基帶信號信息進(jìn)行聯(lián)合處理來檢測所述信息。
所述檢測過程可進(jìn)一步基于傳輸調(diào)度信息執(zhí)行，以便更精確地將先驗已知信號信息的利用與所述干擾信號信息的傳輸實例相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點●提高了網(wǎng)絡(luò)性能；●提高了吞吐量和降低了延遲；●提供了經(jīng)典隱藏終端問題的有效解決方案；●成功信號檢測的概率更高；●允許開發(fā)專門設(shè)計的MAC(媒體訪問控制)協(xié)議、路由方法、RRM(無線電資源管理)方案進(jìn)一步提高性能。
在閱讀本發(fā)明實施例的如下詳細(xì)說明之后，可以理解本發(fā)明所提供的其它優(yōu)點。
附圖簡介結(jié)合附圖參考如下描述，可以最佳地理解本發(fā)明及其其它目的和優(yōu)點。
圖1說明經(jīng)典的隱藏終端問題；圖2以流程圖說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的基本原理；圖3以流程圖說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，具體基于多用戶檢測的本發(fā)明的基本原理；圖4以框圖說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，結(jié)合了用于基于先驗已知信息的干擾消除的裝置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；圖5以示意序列圖說明消除自己轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)所致干擾的示范情況；圖6以曲線圖說明在采用和不采用所提出的干擾消除技術(shù)的情況下，圖5所示系統(tǒng)的吞吐量性能按函數(shù)關(guān)系隨信噪比變化的實例。
圖7A-D以示意序列圖說明消除無意監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)所致干擾的示范情況；圖8以示意序列圖說明相應(yīng)于五個示例方案(包括兩個參考方案)，2-跳中繼信道中先驗已知信息的干擾消除；圖9以曲線圖說明相應(yīng)于圖8的五個示例方案，吞吐量性能按函數(shù)關(guān)系隨信噪比變化的實例；圖10A-B以示意圖說明協(xié)作性中繼概念的一個示例；11以序列圖說明在協(xié)作性中繼的情況下，根據(jù)本發(fā)明實施例的干擾消除；圖12A-B以示意圖說明有并發(fā)的上行業(yè)務(wù)和下行業(yè)務(wù)的情況下協(xié)作性中繼的概念；圖13以序列圖說明有并發(fā)的上行業(yè)務(wù)和下行業(yè)務(wù)的情況下協(xié)作性中繼中根據(jù)本發(fā)明實施例的干擾消除；圖14以流程圖說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，具體基于聯(lián)合處理規(guī)程的本發(fā)明基本原理；圖15以流程圖說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，顯式干擾消除與剩余解碼和將剩余基帶信號作為先驗已知信息存儲混合的基本原理。
發(fā)明的詳細(xì)說明所有這些附圖中，相同的參考標(biāo)記用于表示對應(yīng)的或相似的元素。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的方法在吞吐量和延遲等方面都不是最優(yōu)的。本發(fā)明基于如下觀察大多數(shù)干擾是由特別是諸如多跳網(wǎng)絡(luò)、自組網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)和基于轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)等無線中繼網(wǎng)絡(luò)中一條或多條鏈路上多次傳送的分組引起的。
本發(fā)明旨在將已經(jīng)可用的信息利用于信號檢測過程，最好基于●將代表第一組信息的信號信息作為先驗已知信號信息存儲，所述第一組信息包含要在至少一條(通常多于一條)鏈路上總共傳輸一次以上的一個或多個數(shù)據(jù)單元；●接收代表第二組信息的信號信息，其中所述第一組信息的一個或多個數(shù)據(jù)單元的傳輸干擾所述第二組信息的接收；以及●通過基于所述已接收到的信號信息和至少部分所述先前存儲的先驗已知信號信息的干擾消除來檢測所述第二組信息的至少一部分。
所述第一組和第二組信息可以各自包含一個或多個數(shù)據(jù)單元，以及單用戶檢測和多用戶檢測是可以根據(jù)具體應(yīng)用和設(shè)計選擇來選擇的可能的備選檢測方式。應(yīng)理解，本發(fā)明可以采用許多不同類型的干擾消除技術(shù)，包括顯式和隱式干擾消除技術(shù)。
這樣，通過維護(hù)和利用先驗已知信號信息，可以有效地解決經(jīng)典的隱藏終端問題，從而提高整個網(wǎng)絡(luò)的性能。
因此，本發(fā)明提供利用多次傳輸?shù)陌l(fā)生的接收器和/或信號檢測模塊(解碼器)。這還允許開發(fā)專門設(shè)計的MAC(媒體訪問控制)協(xié)議、路由方法、RRM(無線電資源管理)方案以進(jìn)一步提高性能。
雖然常規(guī)多用戶檢測器的方法在選擇最大吞吐量時性能良好，但它未能利用可用信息。
還應(yīng)注意，混合ARQ(自動重復(fù)請求)方案還可以利用更早前發(fā)送的信息。但是在ARQ中，先前發(fā)送的信息和隨后重發(fā)的信息在不同時隙上通過同一鏈路發(fā)往同一個節(jié)點，該方案僅用于有效的ARQ，而不用于干擾消除目的。
要注意，雖然下文討論的焦點集中在多跳網(wǎng)絡(luò)和所謂的協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)，但本發(fā)明一般地適用于其中相同信息在多條鏈路上傳輸多次的無線中繼網(wǎng)絡(luò)，包括基于轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)。
下文中，將描述兩個基本的示范概念。第一個概念集中在一種利用已檢測到的分組的稍微更實際的方法。這將作為主要論題的引言和動機(jī)。第二個概念則更一般，而且性能必然更好，因為更多的信息得以保存和利用，但也表現(xiàn)出更高的復(fù)雜性。第三個混合形式是后來提出的，在第一個概念的低復(fù)雜性和第二個概念提供的高性能之間取得平衡的概念。
示范概念1如上所述，多跳網(wǎng)絡(luò)中的某些干擾是因較早接收到和轉(zhuǎn)發(fā)的分組或正好從其它節(jié)點無意監(jiān)聽到的再次發(fā)送的分組所引起的。因為該信息在某種意義上是已知的先驗信息，可以從接收到的信號中除去，而留下剩余信號進(jìn)行解碼。因此，由于可以提高信號噪聲干擾比(SINR)，所以系統(tǒng)性能會提高。這種性能提高包括吞吐量增加、延遲減少和/或接收方穩(wěn)健性提高。
在利用先驗已知數(shù)據(jù)的檢測器的圖2所示流程圖中概括了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的基本原理。在步驟S1，接收信號，并判斷是否存在以及有多少與該信號相關(guān)聯(lián)的先驗已知數(shù)據(jù)。在步驟S2A，基于先驗已知信息執(zhí)行信號檢測。為此，可以從接收到的信號中消除(減去)先驗已知數(shù)據(jù)所致的干擾來生成剩余信號，下文將對此予以詳細(xì)說明。要注意雖然數(shù)據(jù)通常由分組，即若干1和0構(gòu)成的字來表示，但它通常是從接收到的信號中減去的經(jīng)調(diào)制的先驗已知數(shù)據(jù)序列的一個或多個副本。然而，可以設(shè)想多種檢測方法(如后進(jìn)一步描述)。隨后，對剩余信號進(jìn)行解碼，并例如通過CRC(循環(huán)冗余校驗)來檢查其有效性。如果通過檢查，則在步驟S3將新近檢測到或解碼的數(shù)據(jù)與先前檢測到或解碼的數(shù)據(jù)序列存儲在一起，以便持續(xù)更新先驗已知信號信息。為了響應(yīng)性，最好可以將該信息作為調(diào)制的序列存儲(假定采用下文所述的干擾去除方法)，但是在存儲容量有限和速度不是問題的情況下，將其存儲為具有若干1和0的純數(shù)據(jù)序列。在步驟S4，還將解碼的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到通常位于更高層的下一適當(dāng)功能。在將該數(shù)據(jù)發(fā)送到更高層之后，可以將其路由到另一個節(jié)點或由駐留在節(jié)點內(nèi)的應(yīng)用使用?；蛘?，如果采用第一層轉(zhuǎn)發(fā)，例如采用再生轉(zhuǎn)發(fā)器功能，可以將解碼的數(shù)據(jù)發(fā)送到第一層中的緩存器，隨后再對其進(jìn)行傳送。在采用非再生轉(zhuǎn)發(fā)器功能的另一個第一層轉(zhuǎn)發(fā)實例中，可以將剩余信號(即消除先驗已知序列的干擾之后)發(fā)送到第一層中的緩存器，隨后再對其進(jìn)行傳送。注意解碼數(shù)據(jù)的顯式使用并不是這里所關(guān)注的。存儲數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)到下一層的順序是隨意的。最后，因為一些數(shù)據(jù)越來越遠(yuǎn)，因此不會在所考慮的接收器中引起任何有害的干擾，或者最終到達(dá)目的地節(jié)點，并因此不再被發(fā)送，所以消除此類數(shù)據(jù)的影響沒有什么作用。因此，在步驟S5，該數(shù)據(jù)可以從先前檢測到的序列列表中除去。該除去操作可以例如由定時器啟動(非常舊的消息可能過時，雖然未得到保證)或者由顯式信今來觸發(fā)。
上述方案可以加以調(diào)整/擴(kuò)展以適應(yīng)多用戶檢測的情況，如圖3所示。檢測器的一般形式是多用戶檢測器(MUD)，它同時接收多個分組，并嘗試從接收到的信號中檢測特定數(shù)量的消息或盡可能多的消息。根據(jù)優(yōu)選實施例，多用戶檢測還通過將先驗已知的檢測的或解碼的分組納入考慮來執(zhí)行，如步驟S2B所示。隨后，更新檢測的或解碼的分組集合，以包括新檢測到或解碼的分組。
圖4以框圖說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，結(jié)合了用于基于先驗已知信息的干擾消除的裝置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點100在邏輯上被分成接收部分和發(fā)送部分，而且基本上包括連接到常規(guī)接收鏈10的天線、檢測器單元20、用于存儲先驗已知信號信息的存儲單元30、傳輸調(diào)度信息單元40、其它(更高層)功能50、更新控制單元60、發(fā)送隊列70、封裝單元80、調(diào)制和編碼90和連接到天線的發(fā)送鏈95。
本發(fā)明主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)節(jié)點100的接收器結(jié)構(gòu)，且主要創(chuàng)新是在存儲單元30中保持先驗已知信號信息，并在檢測器單元20執(zhí)行的比特和/或序列檢測(解調(diào)和/或解碼)過程中利用該信息。檢測器單元20可以是單用戶檢測器或多用戶檢測器，它通過基于來自接收鏈10的信號信息和來自存儲單元30的先驗已知信號信息的干擾消除來檢測信號信息。例如，檢測過程可以包括從所述接收到的信號信息中除去先驗已知信號信息以生成剩余信號，然后將所述剩余信號解碼。或者，信號信息可以通過將先前接收到的基帶信號信息形式的先驗已知信息與當(dāng)前接收到的基帶信號信息加以聯(lián)合處理來檢測。檢測過程可進(jìn)一步基于來自單元40的傳輸調(diào)度信息，對此下文將作更詳細(xì)的說明。
檢測之后，檢測到或解碼的數(shù)據(jù)通常轉(zhuǎn)發(fā)到通常可能位于更高層的下一個適當(dāng)功能50。在將該數(shù)據(jù)發(fā)送到更高層之后，可以將其路由到另一個節(jié)點或由節(jié)點內(nèi)駐留的應(yīng)用使用。當(dāng)要將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一個節(jié)點時，將其置于發(fā)送隊列70中。從那里，該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到封裝單元80以進(jìn)行封裝和定址。封裝的數(shù)據(jù)然后由單元90進(jìn)行調(diào)制和編碼，最后通過發(fā)送鏈95和天線進(jìn)行發(fā)送。
在此特定實例中，節(jié)點適用于多跳分組無線電網(wǎng)絡(luò)中。不過，應(yīng)理解，協(xié)作性中繼和某些多跳實現(xiàn)方案不一定要使用分組首部。還存在基于非再生中繼的協(xié)作性中繼方案，這意味著可以省略一些上述操作，如調(diào)制。
為更好地理解本發(fā)明，說明可應(yīng)用本發(fā)明的一些示范場合將是有用的。下面首先參考圖5和圖6描述對自己轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)執(zhí)行干擾消除的總體方案，然后，參考圖7A-C描述對先前無意監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)執(zhí)行干擾消除。
自己轉(zhuǎn)發(fā)/發(fā)送的數(shù)據(jù)出于說明目的，假定采用時隙媒體訪問方案。參考圖5的消息序列圖，在時刻T1，編碼成信號S1的數(shù)據(jù)從節(jié)點A發(fā)送到節(jié)點B，其中我們假定它被正確解碼。在T2，S1從節(jié)點B發(fā)送到C，其中也假定它被正確解碼。在T3，發(fā)送分別編碼成S1和S2的兩個數(shù)據(jù)分組。在現(xiàn)有技術(shù)中，節(jié)點B從節(jié)點A的接收會受節(jié)點C傳輸?shù)母蓴_。但在本發(fā)明中，由于消除了信號S1的影響，所以信號S2的接收和檢測、碼元或序列檢測都OK。
如果未采用本發(fā)明，則在T3上干擾可能顯著。通過考慮T3時刻從節(jié)點A到節(jié)點B的分組傳輸?shù)南戕r(nóng)信道容量，給出一個過分簡單但有指導(dǎo)性的實例。利用本發(fā)明，節(jié)點B將經(jīng)歷信噪比SNR＝P·G/N，其中P是發(fā)送功率，G是從節(jié)點A到節(jié)點B的路徑增益以及N是噪聲功率。但是，如果未采用本發(fā)明，如果節(jié)點C以功率P發(fā)送且至節(jié)點B的路徑增益也是G，則有效信噪比是SNReff＝SNR/(SNR+1)。
圖6中繪制了香農(nóng)容量極限，以說明采用和不采用本發(fā)明提出的干擾消除方法的情況下吞吐量性能的實例。在實際的多跳系統(tǒng)中，存在嚴(yán)重的問題，因此必須增加復(fù)用距離，以不致于產(chǎn)生這種破壞性干擾效應(yīng)。這也就意味著降低了吞吐量。
無意監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)
除了圖5所示的實例，圖7A-D中顯示了不同情況的一些實例，其中，在后續(xù)干擾消除操作中利用了無意監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)。
更為具體地說，在圖7A中，編碼成S1和S2的兩個數(shù)據(jù)序列通過不同但相鄰的路徑傳送。在時刻T1，節(jié)點F無意監(jiān)聽(并正確解碼)通過從節(jié)點A到節(jié)點B的鏈路傳輸?shù)男盘朣1。該信號S1作為先驗已知信息被存儲在節(jié)點F。在時刻T2，節(jié)點B通過另一條鏈路將S1發(fā)送到節(jié)點C，并引起與節(jié)點F相關(guān)的干擾。節(jié)點F通過消除從節(jié)點B發(fā)送到節(jié)點C的干擾傳輸S1來接收從節(jié)點E發(fā)送來的信號S2并將其解碼。
該性能提高難以分析方式確定，但是初始仿真表明可以成功抑止先驗已知信號以提高整體吞吐量。但是，性能通常取決于誰接收、誰發(fā)送、發(fā)送什么以及何時發(fā)送的調(diào)度。對于不重要的情況，已表明理論上可以保證本發(fā)明會提高通信逼真度，并可以將其量化。還預(yù)計多跳情況下的增益一般會因通常消除一個以上的消息而高得多，而且最近無意監(jiān)聽到或轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)一般產(chǎn)生局部有害干擾。
圖7B顯示所謂的組播節(jié)點A的情況，它在時刻T1向某個其它節(jié)點(這里表示為B)發(fā)送信號S1。該信號被相鄰節(jié)點F無意監(jiān)聽到(并正確解碼)，節(jié)點F將該信號S1作為先驗已知信號信息存儲。在時刻T2，節(jié)點A將S1發(fā)送到另一個節(jié)點(這里表示為C)，節(jié)點B通過另一條鏈路將S1傳送到節(jié)點C，并在節(jié)點F接收從節(jié)點E發(fā)送的信號S2時引起與節(jié)點F有關(guān)的干擾。節(jié)點F通過消除干擾傳輸S1來將從節(jié)點E發(fā)送的信號S2正確地解碼。
圖7C顯示又一種情況，其中節(jié)點A沿著兩條并行路徑向節(jié)點D發(fā)送信號S1。在時刻T1，節(jié)點A將S1發(fā)送到節(jié)點B和C，在時刻T2，節(jié)點B和C將S1中繼到節(jié)點D。在時刻T1，信號S1被相鄰節(jié)點F無意監(jiān)聽到，節(jié)點F將該信號S1作為先驗已知信號信息存儲。在時刻T2，節(jié)點F通過消除從節(jié)點B和C發(fā)送到節(jié)點D的干擾傳輸S1來接收從節(jié)點E發(fā)送的信號S2并將其解碼。
圖7D顯示一個示范情況，其中在節(jié)點A與節(jié)點B之間的同一條鏈路上在不同的時刻T1和T2發(fā)送信號S1。在時刻T1，該信號被相鄰節(jié)點F無意監(jiān)聽到(并正確解碼)，節(jié)點F將該信號S1作為先驗已知信號信息存儲。在時刻T2，節(jié)點A再次向節(jié)點B發(fā)送S1，并因此在節(jié)點F接收從節(jié)點E發(fā)送來的信號S2時引起與節(jié)點F有關(guān)的干擾。
中繼雙向業(yè)務(wù)中繼信道是信息論中的一個經(jīng)典問題[9]。具體地說，以具有三個節(jié)點的普通情況作為研究對象。我們將在這里舉例說明本發(fā)明，結(jié)合具有三個節(jié)點的中繼信道，更具體地說針對兩個節(jié)點A和B之間的雙向業(yè)務(wù)(一般不結(jié)合經(jīng)典的中繼信道來處理)，其中節(jié)點C設(shè)在兩個源節(jié)點之間。圖8示意性地說明相應(yīng)于五個示例方案a-e，2-跳中繼信道中先驗已知信息的干擾消除，其中方案a、b和e采用本發(fā)明，而剩余情況c和d視作參考。注意，在本發(fā)明的方案a、b和e中，節(jié)點C將在信息S1和S2之間劃分可用發(fā)送功率。在任何需要的時候采用多用戶檢測。在情況a和e中，信號交換在第二階段發(fā)生，在情況b和c中發(fā)生在第三階段而情況d中發(fā)生在第四階段。根據(jù)本發(fā)明的示范實施例，節(jié)點A存儲它自己發(fā)送的信號S1以及節(jié)點B存儲它自己發(fā)送的信號S2，或存儲其適合的表示。這使得中間中繼節(jié)點C可以同時向節(jié)點A和節(jié)點B發(fā)送(代替分別發(fā)送)接收到的信號S1和S2。因為在并發(fā)傳送的信號S1和S2中，節(jié)點A將消除S1而節(jié)點B將消除S2。這樣，節(jié)點A可將S2正確解碼，而節(jié)點B可將S1正確解碼。在情況a)中，整個操作過程只涉及兩個階段，采用發(fā)往和來自中間中繼節(jié)點的并發(fā)傳輸，其中，在中間中繼節(jié)點C上進(jìn)行多用戶檢測，而在節(jié)點A和B上進(jìn)行干擾消除。
更仔細(xì)的加以研究，可以看到，采用先驗已知信息的干擾消除代表信息論中繼信道的一種創(chuàng)新擴(kuò)展，這是之前未提出過的。
一般而言，中間中繼節(jié)點因此配置為同時轉(zhuǎn)發(fā)從通信節(jié)點接收到的信號信息，每個通信節(jié)點配置為通過將其自己發(fā)送的信號信息用作先驗已知信息的干擾消除來檢測來自其它節(jié)點的信號信息。
還要注意本發(fā)明可以與各種熟知的擴(kuò)展情況相結(jié)合。例如，在方案b中，如果節(jié)點A和B分別存儲來自節(jié)點B和節(jié)點A的單次傳輸?shù)慕邮漳芰坎⒃谝院蠹右岳?。但是，這樣做的獲益常常非常低，因此可能不值得。
假定節(jié)點A至C與節(jié)點B至C的間隔等距離，且每個節(jié)點在以總發(fā)送功率P發(fā)送，采用傳播指數(shù)α＝4的幕函數(shù)路徑損耗模型(power-law path loss model)和香農(nóng)容量公式，則總的系統(tǒng)吞吐量將遵從圖9所示的曲線圖。有關(guān)推導(dǎo)的細(xì)節(jié)，請參閱附錄A。
顯然，雖然在不同的SNR范圍中，但仍是a}和e}性能最好。對于1b/Hz/s以上的信道效率，采用本發(fā)明(a、b和e)的最佳方案的增益比最佳傳統(tǒng)方案(c或d)好2至8dB。對于較低傳播損耗常數(shù)，例如當(dāng)α＝2時，增益較低且相應(yīng)于感興趣的SNR和速率范圍，該增益范圍在1.5至3dB之間。雖然增益總的來說并不明顯，但無疑顯示出優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的性能提升。然而，方案a)和e)似乎在寬的SNR范圍上最有價值。
當(dāng)比較這些方案時還可以采用不同于固定發(fā)送功率電平的其它條件，例如固定平均功率(或每周期等效能量輸出(energy outtake))。
這樣做時，相對于圖8所示的2階段方案，b)將使其性能提升10log10(P/2P/3)=1.8dB]]>以及c}將使其性能惡化10log10(P/22P/3)=-1.25dB.]]>協(xié)作性中繼基于先驗知識的干擾消除概念還可以應(yīng)用于協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)。
最近協(xié)作性中繼的概念在某種意義上可以視為僅涉及兩跳的多跳的退化情況，但同時被一般化，允許利用并行路徑以及信號處理。此外，協(xié)作性中繼可以利用各種形式的中繼的信息，如基本的轉(zhuǎn)發(fā)器(非再生)功能或“解碼和轉(zhuǎn)發(fā)”(再生)，如多跳網(wǎng)絡(luò)中按慣列要執(zhí)行的那樣。
有關(guān)協(xié)作性中繼的更多信息可以參閱例如參考文獻(xiàn)[10]。
圖10A-B以示意圖說明協(xié)作性中繼概念的一個實例，這里以雙向(并發(fā))業(yè)務(wù)為例來進(jìn)行說明。在圖10A中，基站(BS)100-1和移動終端(MT)100-2沿并行路徑在時隙n上同時傳輸，每條路徑具有至少一個中間節(jié)點。然后處理接收到的信號，再由中繼站點于時隙n+1重發(fā)，如圖10B所示。處理可以包括但不限于下列操作的任意組合利用MUD、引入各種分集方案(如Alamouti分集、延遲分集)、使用數(shù)據(jù)的共軛、取反、重新排序、不同的放大系數(shù)和可選的相位系數(shù)。
MT和BS都將接收到它們自己以及另一站點生成的信息的疊加。這里的要點是，基于各站點已發(fā)送信息的先驗知識，它們可以消除其相應(yīng)的影響。此基本原理如圖11所示，圖11以序列圖說明協(xié)作性中繼情況下根據(jù)本發(fā)明實施例的干擾消除。圖11顯示兩個節(jié)點A和B通過中間中繼節(jié)點C、D和E彼此進(jìn)行通信的情況。每個中間節(jié)點具有一個“處理塊”，它涵蓋前述的任何一個處理操作。當(dāng)在時隙n+1接收時，節(jié)點A和B中每個節(jié)點可以基于該節(jié)點時隙n已發(fā)送信息的先驗知識來消除干擾影響。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是本文所述的方法可以擴(kuò)展為結(jié)合通過一組中繼進(jìn)行通信的兩個以上的站點。此方法還可以擴(kuò)展到多個兩跳協(xié)作性中繼集合構(gòu)成的鏈，由此實現(xiàn)采用干擾消除的多跳協(xié)作性中繼混合方案。
協(xié)作性中繼“并發(fā)的”上行和下行業(yè)務(wù)圖12A-B和圖13中顯示了在基于協(xié)作性中繼的網(wǎng)絡(luò)中先驗已知信息干擾消除的另一種用法。其思想是允許上行和下行方向上的“并發(fā)”傳輸，以便兩個消息在兩個時隙到達(dá)它們的目的地站點，由此得到1的利用率，即每兩個時隙兩個分組。其效率為在一個方向上通過兩跳轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)時的兩倍。
在顯示時隙N上的多個傳輸?shù)膱D12A中，第一移動終端(MT)200-1向朝向基站(BS)100的方向上的多個中繼節(jié)點發(fā)送?；?00向第二移動終端(MT)200-2方向上的多個中間中繼節(jié)點發(fā)送。
在顯示時隙N+1上的多個傳輸?shù)膱D12B中，從第一移動終端200-1接收信號信息的中間中繼節(jié)點向基站100發(fā)送。從基站100接收到信號信息的中繼節(jié)點向第二移動終端200-2發(fā)送，同時引起對基站100的干擾。來自MT1200-1的對靠近MT2200-2的中繼的干擾常常很小，很可能不會引起任何問題。但是，如果它會引起顯著的干擾，則必須采取適當(dāng)?shù)腞RM和調(diào)度步驟。
如圖13所示，在基站節(jié)點E上消除的干擾是從中間中繼沿途向節(jié)點A傳送時信號S1的干擾。圖13所示的處理用于先前討論的任何方案。注意，圖12A-B和圖13所示的相同方法也可應(yīng)用于多跳場景中。
干擾消除本章節(jié)的目的是舉例說明適用于本發(fā)明的多種實用的干擾消除技術(shù)。但要強(qiáng)調(diào)的是，其它熟知或?qū)淼母蓴_消除技術(shù)也可采用。
首先，我們需要一個示范系統(tǒng)模型。例如，假定為簡單起見，該系統(tǒng)是同步的，且采用了OFDM(正交頻分復(fù)用)，以避免對過分精確的(定時)同步和碼間干擾(ISI)問題進(jìn)行不必要的詳細(xì)討論。其原理一般足以擴(kuò)展到其它調(diào)制方法和完全不同步的系統(tǒng)，其中每個要求其特殊的考慮。
我們假定網(wǎng)絡(luò)中總共有dmax個數(shù)據(jù)分組，其中每個數(shù)據(jù)分組Dd由索引d＝{1，...，dmax}唯一地標(biāo)識。所有分組的整個集合表示為D∑＝{Dd；d＝{1，...，dmax}}。
我們進(jìn)一步假定有一個唯一的函數(shù)fmod，它根據(jù)Sd＝fmod(Dd)將數(shù)據(jù)分組映射到調(diào)制的碼元。當(dāng)特定節(jié)點vj發(fā)送分組Dd時，利用符號Dd表示(編碼的/原始的)數(shù)據(jù)分組，而Sd表示對應(yīng)的(編碼的)調(diào)制信號，將分組和發(fā)送節(jié)點相聯(lián)系。此外，集合V＝{vj；j＝{1，...，jmax}}包含所有在時隙n上傳輸?shù)墓?jié)點。
現(xiàn)在假定在感興趣的時隙上，節(jié)點vi接收到信號Ri，Ri可以計算為Ri=ΣVHij·PjSjd+Ni]]>其中Hij是節(jié)點vi和vj之間的復(fù)信道增益，以及Pj是節(jié)點vj所用的發(fā)送功率。
同時，存儲緩沖器包括先前解調(diào)和/或解碼(以及估計)的分組 的集合。我們將該集合表示為D~Σ={D~δ;δ={1,...,δmax}}]]>其中δ用作索引，而δmax是存儲的數(shù)據(jù)分組的數(shù)量。
或者，可以存儲與解碼分組對應(yīng)的信號，即S~Σ=fmod(D~Σ)]]>或等效于D~Σ={D~δ;δ={1,...,δmax}}→fmodS~Σ={S~δ;δ={1,...,δmax}}]]>當(dāng)利用本發(fā)明的檢測(碼元或序列檢測)技術(shù)時，利用先驗已知信息。該檢測過程基本上涉及接收到的信號Ri和先驗已知信息 并根據(jù)如下公式生成一個解碼數(shù)據(jù)分組的集合D~={D~Δ;Δ={1,...,Δmax}}]]>因此利用目標(biāo)函數(shù)f，存在一個從Ri和 到D~={D~Δ;Δ={1,...,Δmax}}]]>的最優(yōu)映射，以一般形式表示為D~=f(Ri,D~Σ)]]>如下將會闡明，各種方法可用于執(zhí)行解碼，但對于概念1，我們將主要關(guān)注檢測過程分成如下兩個步驟的情況首先除去或消除先驗已知信息的干擾，然后執(zhí)行常規(guī)的MUD/SUD(多用戶檢測或單用戶檢測)。
隨后通過明確指明了時間的D~Σ(n+1)=D~Σ(n)∪D~(n)]]>來結(jié)合新解碼的數(shù)據(jù)，從而更新存儲的數(shù)據(jù)。
示例方法1-已發(fā)送分組未知且信道未知這里假定復(fù)信道是未知的。發(fā)送了(先前解碼的)哪些分組也是未知的。
通過函數(shù)f1和在目標(biāo)函數(shù)f1opt表示的最優(yōu)條件下推導(dǎo)的一個加權(quán)參數(shù)集合 來生成剩余信號，其中先前解碼的分組的影響從該剩余信號中減至最小。所述剩余信號的最一般的形式可以寫為Ri′=f1(Ri,D~Σ,A~)]]>其中A~=arg{optA={αδ;∀δ}{f1(Ri,D~Σ,A)}}]]>函數(shù)f1的特定情況是，對于所有索引，Ri′=Ri-Σ∀δαδS~δ]]>目標(biāo)函數(shù)f1opt可以定義為R′i方差的期望值(的最小化)。換言之f1opt(x)=E{|x|2}]]>或A~=arg{minA={αδ,∀δ}E{|Ri′|2}}]]>此式的解相對簡單，因為 中的每個元素可以寫為
αδ=E{Ri·D~δ*}E{Ri·Ri*}]]>要注意這與信道 和發(fā)送數(shù)據(jù)消息Dδ的節(jié)點vi的發(fā)送振幅 之積的估計完全相同。如果數(shù)據(jù)消息Dδ未發(fā)送，則項αδ應(yīng)該近似為零。注意，上文中的突出假設(shè)是數(shù)據(jù)消息被假定為不相關(guān)的，并且通過擾碼可以統(tǒng)計地得到保證。
示例方法2-已發(fā)送分組未知，但信道已知在信道已知的情況下，例如通過基于導(dǎo)頻的信道估計已知信道，可以采用另一種策略來估計剩余信號。其最一般的形式可以通過函數(shù)f2和目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)f2opt公式化為Ri′=f2(Ri,D~Σ′,H~i)]]>其中D~Σ′=arg{optPSJmax(D~Σ){f2opt(Ri,PSjmax(D~Σ),H~ij)}}]]>以及 是集合 的基數(shù)jmax的子集的功率集合。
函數(shù)f2的特殊情況是直接減去確定的先前解碼的序列。
Ri′=Ri-Σ∀D~Σ′HijδPjδS~δ]]>以及f2opt是剩余信號(具有以k索引的樣本)的平方和的最小值f2opt(x)=Σ∀k|x(tk)|2]]>或更明確地表示為D~Σ′=arg{minPSjmax(D~Σ){Σ∀k|Ri′(tk)|2}}]]>其它方面還可以利用其它信息(如傳輸調(diào)度)和有關(guān)分組當(dāng)前所在位置的有關(guān)信息來改善和可能簡化干擾消除程序。這意味著如果與在電路交換的多跳網(wǎng)絡(luò)一樣知道確切的傳輸調(diào)度，并由此知道一些分組不在某些時隙上傳輸，則無需考慮這些分組，即使先前已經(jīng)接收到它們。此外，可以擁有平均路徑損耗的先驗知識(至少估計)。先前所述的圖2和圖3的流程圖中也指示了傳輸調(diào)度的使用。
為了識別信道，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的信道估計技術(shù)，例如基于導(dǎo)頻(a.k.a.訓(xùn)練碼元)的估計技術(shù)，而且還可以利用調(diào)制中的結(jié)構(gòu)或類似的來部署盲信道估計等。
示范概念2在本發(fā)明的第二概念中，建議采用基于先前接收到的信號信息形式的先驗已知信息連同當(dāng)前接收到的信號信息的聯(lián)合處理程序。接收到的信號信息通常采取基帶信號的形式，每個基帶信號通常包括多個傳輸?shù)闹丿B。雖然接收到的基帶信號信息主要例示為與若干時隙相關(guān)，但應(yīng)理解，更一般地，接收信息可以與多個通信實例相關(guān)，因為頻率可能隨通信實例不同而不同。
下文將參考多跳網(wǎng)絡(luò)描述一個可行實現(xiàn)方案示例。然而，以多跳網(wǎng)絡(luò)中多個傳輸?shù)氖痉督邮漳Ｐ烷_始可能有益。
假定傳輸在時隙上進(jìn)行，并且所考慮的是頻率平坦信道(例如通過OFDM中的窄帶信號或子載波方式)。首先，假定所有數(shù)據(jù)分組都是時間連續(xù)的序列且通過d索引，該索引唯一地在網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識分組。下面為簡潔起見，取消符號中的時間索引。在時隙n上，可能發(fā)送或可能不發(fā)送分組Dd。發(fā)送該分組的節(jié)點由索引j標(biāo)識，且接收該分組的節(jié)點由索引i標(biāo)識。在此情況下，如果發(fā)送分組Dd，則它的對應(yīng)調(diào)制信號與系數(shù)xi(d)(n)目乘，此系數(shù)結(jié)合了節(jié)點i和節(jié)點j之間的復(fù)(準(zhǔn)平穩(wěn))信道增益Hij(n)等，否則在沒有進(jìn)行任何傳輸?shù)那闆r下它為零。系數(shù)xi(d)(n)在節(jié)點i未在接收時(例如因在休眠模式下或正在傳輸)也假定為零值。數(shù)據(jù)分組Dd被調(diào)制成序列S(d)(n，i，j，cntret，cnttot)，它可能在每次傳輸時因諸如下列的一組因素發(fā)生變化分組Dd的標(biāo)識、哪個節(jié)點(j)正在發(fā)送、分組發(fā)送到哪個節(jié)點(i)、該分組在哪個時隙(n)發(fā)送，還可能與重發(fā)計數(shù)cntret(每分組和節(jié)點)呈函數(shù)關(guān)系或取決于已發(fā)送總次數(shù)cnttot。這里的一個示例是，是否會采用面向接收器的擴(kuò)頻碼。但是，下面我們假定，除表示為C(n，d，i，j，cntret，cnttot)的復(fù)乘法序列以外，數(shù)據(jù)分組Dd的信號波形始終保持相同，使得S(d)(n，i，j，cntretr，cnttot)＝C(n，d，i，j，cntretr，cnttot)·S(d)此乘法序列可用于結(jié)合跳頻、DS-CDMA擴(kuò)頻、隨n變化的復(fù)常數(shù)或僅為簡單的固定值1。例如，如果從同一個站點重發(fā)分組，則可以利用復(fù)常數(shù)變化來建立一種簡單的線性時空編碼。注意，在最一般的情況下，可以由多個站點在同一個時隙發(fā)送同一個分組。這在用于單播路由選擇的傳統(tǒng)多跳路由選擇方案中并不常見，雖然如文獻(xiàn)[8]中例示的那樣確實可能，不過，這對泛洪(flooded)廣播或組播業(yè)務(wù)確實常見。在DARPA(國防部高級研究計劃)的PRnet中，在某些情況下可能對一個分組的多個版本進(jìn)行路由選擇。對于節(jié)點i，在時隙n上接收的信號根據(jù)如下公式對直到分組dmax的所有可能分組求和Ri(n)=Σd=1dmaxχi(d)(n)·S(d)+Ni(n)]]>其中 隨后，這可以書寫為對于時隙n-m至?xí)r隙n的矩陣形式的方程組
Ri(n)Ri(n-1)···Ri(n-m)=χi(1)(n)χi(2)(n)···χi(dmax)(n)χi(1)(n-1)χi(2)(n-1)···χi(dmax)(n-1)············χi(1)(n-m)χi(2)(n-m)···χi(dmax)(n-m)·S(1)S(2)···S(dmax)+Ni(n)Ni(n-1)···Ni(n-m)]]>或等效地為Ri＝xi·S+Ni其中橫杠表示矢量以及沒有橫杠表示矩陣。雖然對于單個節(jié)點i而言不可觀測，但整個多跳系統(tǒng)的所有傳輸，即所有V節(jié)點的接收矢量可以寫為R‾1R‾2···R‾V=X1X2···XV·S‾+N‾1N‾2···N‾V]]>或以更簡單的形式表示R＝Ξ·S+N這里我們重申基本信息，上述方程組(對于節(jié)點i和整個系統(tǒng))是面向數(shù)據(jù)分組的系統(tǒng)表示，指示給定數(shù)據(jù)分組可引起干擾許多次以及在不同跳上引起干擾。因此，整理和利用此更為完整的信息描述，可以實現(xiàn)相對于傳統(tǒng)檢測/解碼的增強(qiáng)檢測過程。
在本發(fā)明的示范性第二概念中，節(jié)點i中的檢測模塊聯(lián)合處理Ri＝Xi·S+Ni(包括最近接收到的信號)，以將感興趣的數(shù)據(jù)解碼。本發(fā)明可以采用任何常見的檢測算法，如迫零(ZF)算法、最大似然檢測-多用戶檢測(MLD-MUD)以及線性最小均方誤差(LMMSE)來得到調(diào)制的序列S。從純信號處理的觀點，這類似于處理多傳感器信息，如在基于空時編碼的通信的系統(tǒng)(如MIMO)中并因此可以采用該領(lǐng)域中某些實例中發(fā)現(xiàn)的檢測或解碼策略。注意，在圖14的流程圖中，如步驟S2C所述，通過聯(lián)合處理來檢測信息。還有，用于先驗已知信息的存儲緩沖器通常保持先前接收到的基帶信號信息，如步驟S3C所示。從圖14還可以看出，可以采用單用戶檢測或更一般情況的多用戶檢測。
概念1和2的混合實例在此替代實施例中，如圖15所示，在如下意義上對概念1和2進(jìn)行組合如概念2中一樣，保持所有信息，但如概念1的情況下最大程度地將信息解碼，并存儲其適當(dāng)表示。這樣做的好處在于，降低了解碼的復(fù)雜性(與概念2相比)，同時在正在存儲的剩余信號中保留了信息。圖15說明利用先驗已知數(shù)據(jù)和先驗已知剩余基帶信號的混合概念的一個實例。
補(bǔ)充信息有關(guān)先驗已知信息度的注釋取決于具體采用的路由選擇方案，例如信息首部和/或CRC的較小部分可能與鏈路相關(guān)，也可能與鏈路不相關(guān)。例如，如果路由選擇方案需要分組使用轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，則發(fā)送方ID和接收方ID將隨中繼段不同而不同。但是路由并因此ID可以預(yù)先確定，或者完全不需要(例如如果采用表驅(qū)動的協(xié)議，則僅需要流ID)。因此，最多總體數(shù)據(jù)的5％(限于首部或尾部)可能不是先驗已知的。對于5％的情況，良好的編碼結(jié)合某種交織器設(shè)計將滿足幾個誤差的處理需要。然而，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在基于電路交換的多跳網(wǎng)絡(luò)中，字段無需對每跳變更，因此允許實施100％的干擾消除。在許多情況下，由于路徑是先驗已知的，因此可能判斷當(dāng)已知信息被轉(zhuǎn)發(fā)時各字段(如ID和CRC)應(yīng)該是什么樣的。再者，當(dāng)路徑不是先驗已知的時，每個節(jié)點仍可以計算先前正確解碼的分組的多個版本，條件假設(shè)是該分組是在該節(jié)點自己附近的任何節(jié)點對之間發(fā)送的，隨后將最優(yōu)的一個版本用在消除干擾的過程中。在此情況下，也可以消除100％的干擾，條件是使用正確的版本。
還要注意，對于電路交換的數(shù)據(jù)(具有變化的字段)，還可以采用單獨的非沖突控制信道來發(fā)送與分組相關(guān)以及當(dāng)該分組被路由時可能變化的信息。例如，可以在這種控制信道上發(fā)送地址字段和CRC。注意，這一般包含相對于數(shù)據(jù)的少量信息，并因此在相對的意義上不一定消耗很多能量。因此，從效率的角度，利用無沖突協(xié)議不如數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r那樣重要。
簡言之，本發(fā)明的第一方面涉及一種包括至少一個接收站點和至少一個發(fā)送站點的通信系統(tǒng)，其中所述接收站點存儲它先前發(fā)送的數(shù)據(jù)、通過自己接收并解碼得到的數(shù)據(jù)和/或根據(jù)任何無意監(jiān)聽到的通信解碼得到的數(shù)據(jù)。所存儲的數(shù)據(jù)在后續(xù)接收時利用來消除至少一個其它站點發(fā)送任何所存儲的數(shù)據(jù)時引起的干擾。這就是消除先前解碼的數(shù)據(jù)的基本原理。
最好，在所存儲的數(shù)據(jù)過時時，將其刪除。這可以是基于定時器的，或由來自目的地節(jié)點的指示或數(shù)據(jù)遠(yuǎn)離以致未引起顯著干擾的指示來控制。
具體地說，可以利用給定的先驗已知數(shù)據(jù)和存儲的數(shù)據(jù)，從接收到的信號中解碼出至少一個數(shù)據(jù)單元，所述接收到的信號由多個傳輸?shù)寞B加組成。
所存儲的先驗已知信號信息可以包括例如自己已發(fā)送(還有已轉(zhuǎn)發(fā))的信息、先前接收和檢測到的信息、甚至先前無意監(jiān)聽到的信息。
因此，本發(fā)明通過存儲和利用先驗已知信息的創(chuàng)新機(jī)制，為信道訪問問題添加了一個新的方面。本發(fā)明無疑提高了網(wǎng)絡(luò)性能并且有效解決了經(jīng)典的隱藏終端問題。
如前所述，對于單用戶或多用戶，可以按比特或碼元或按比特序列或碼元序列來進(jìn)行檢測。檢測可以對編碼的信息或信息比特進(jìn)行。
如上所述，本發(fā)明通常適用于諸如多跳網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)和基于轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)等無線中繼網(wǎng)絡(luò)。
在一個示范實施例中，無線中繼通信系統(tǒng)包括至少兩個“雙向”通信節(jié)點或站點以及至少一個中繼節(jié)點或站點，其中，所述至少兩個雙向通信站點在第一階段同時或在兩個階段依次向所述至少一個中繼站點發(fā)送。在再一個階段中，所述一個或多個中繼站點將所接收到的信號并發(fā)地再發(fā)送給所述至少兩個雙向通信站點(現(xiàn)正在接收)。每個雙向通信站點配置為，通過基于來自中間中繼節(jié)點的同時發(fā)送的信號信息以及它自己發(fā)送的信號信息的干擾消除來檢測來自另一通信節(jié)點的信號信息。
最好，所述接收到的信號在由所述中繼重發(fā)之前加以處理，有利的是，所述處理確保接收節(jié)點上的SNR提高和/或分集合并。
本發(fā)明的另一個示范實施例涉及一種通信系統(tǒng)，它包括發(fā)送和接收數(shù)據(jù)(彼此之后)的站點、接收數(shù)據(jù)的站點和發(fā)送數(shù)據(jù)的站點以及多個充當(dāng)中繼的站點，其中所述發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的站點要消除它自己發(fā)送的數(shù)據(jù)的影響。例如，這涉及具有并發(fā)的上行和下行通信的協(xié)作性中繼情況，但也可以應(yīng)用于多跳的情況。
應(yīng)理解，本發(fā)明可以采用許多不同類型的干擾消除技術(shù)，包括顯式和隱式干擾消除技術(shù)。
在本發(fā)明的第二方面中，信號信息可以通過將先前接收到的基帶信號信息形式的先驗已知信息與當(dāng)前接收到的基帶信號信息一起進(jìn)行聯(lián)合處理來檢測。這意味著接收站點將任何先前接收到的基帶信息用于對最近接收到的基帶信號進(jìn)行解碼的過程中。
應(yīng)該注意，可以將所述第一和第二方面組合成一個混合概念，包括存儲基帶數(shù)據(jù)和解碼數(shù)據(jù)二者。
簡言之，無論網(wǎng)絡(luò)是多跳網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)還是基于轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)，由于例如“除去”了檢測到的(解調(diào)和/或解碼)的或基帶形式的先前已知的信息，本發(fā)明實現(xiàn)了接收上的改善。
本發(fā)明的例示優(yōu)點在于●從本質(zhì)上改善了吞吐量、端到端延遲、通信穩(wěn)健性及其任意組合，因為先驗已知信息不會引起任何干擾。
●要指出的一個使人感興趣的情況是，本發(fā)明大大(如果不是最多)減輕了經(jīng)典的“隱藏終端問題”。這屬于前一點，但本身值得一提。
雖然主要基于全向天線的隱含假設(shè)對本發(fā)明作了描述，但也可以采用例如面向天線陣列的信道訪問方案，如SDMA(空間分集多路訪問)。此外，本發(fā)明還可以與各種高級天線方案，如波束成形或MIMO一起使用。
上述實施例僅作為示例給出，應(yīng)理解，本發(fā)明并不局限于此。保留所公開且要求權(quán)利的基本原理的其它修改、變化和改進(jìn)均屬于本發(fā)明范圍。
附錄A概念1的一些信道容量計算在確定圖9的曲線時，采用了如下數(shù)學(xué)關(guān)系一跳SNR定義為SNR=P·GN]]>其中P是發(fā)送功率，G是一跳路徑增益以及N是接收器上的噪聲功率。
給定傳播指數(shù)為α的指數(shù)函數(shù)路徑損耗模型，以及假定在兩個等距離跳上降低并利用路徑損耗，則節(jié)點C上的SNR為SNR′＝SNR·2α首先，存在令人感興趣的三種基本類型的傳輸。第一，單個傳輸具有如下速率R1＝lg2(1+SNR′)對于等速率情況，可以證明，MUD接收可以給出每個發(fā)送器的最大速率R22R2＝lg2(1+2·SNR′)發(fā)送兩個疊加信號(其中消除了先驗的已知信號)，根據(jù)下式給出每個個體消息(功率減半)的速率R3R3＝lg2(1+SNR′/2)給定此條件，并考慮傳輸次數(shù)和用于循環(huán)周期的時隙數(shù)，由下式給出圖8所示方案a)至d)的最大吞吐量
Ta=22min(R2,R3)]]>Tb=23min(R1,R3)]]>Tc=23min(R2,R1)]]>Td=24R1]]>在確定圖9中方案e)的吞吐量時，在發(fā)送之前將接收到的信號和噪聲歸一化為發(fā)送功率P。消除干擾之后節(jié)點A和B上得到的SNR可以證明為SNRAnalog=(SNR′)21+3·SNR′]]>每個信息流的速率為RAnalog＝lg2(1+SNRAnalog)，因此其吞吐量為TAnalog=22RAnalog.]]>
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權(quán)利要求
1.一種用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，所述方法包括如下步驟-將代表第一組信息的信號信息作為先驗已知信號信息存儲，所述第一組信息包含要在至少一條鏈路上總共傳輸一次以上的至少一個數(shù)據(jù)單元；-隨后接收代表第二組信息的信號信息，其中，所述至少一個數(shù)據(jù)單元的發(fā)送干擾所述第二組信息的接收；以及-通過基于所述已接收到的信號信息和至少部分所述先前存儲的先驗已知信號信息的干擾消除來檢測所述第二組信息的至少一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述干擾消除至少包括顯式和隱式干擾消除之一。
3.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述至少一個數(shù)據(jù)單元要在多于一條鏈路上總共傳輸一次以上。
4.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述無線中繼網(wǎng)絡(luò)至少包括無線多跳網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)和基于轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)之一。
5.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述檢測步驟涉及單用戶檢測和多用戶檢測之一。
6.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于檢測所述第二組信息的至少一部分的所述步驟包括根據(jù)如下公式處理代表先前檢測到的數(shù)據(jù)分組的集合 以及所述接收到的信號信息Ri的步驟D~=f(Ri,D~Σ),]]>其中f是預(yù)定的目標(biāo)函數(shù)以及 是檢測到的數(shù)據(jù)分組的結(jié)果集合。
7.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于檢測所述第二組信息的至少一部分的所述步驟包括如下步驟-從所述接收到的信號信息中除去先驗已知信號信息以生成剩余信號；以及-處理所述剩余信號以檢測所述第二組信息的至少一部分。
8.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述先驗已知信號信息包括先前接收到的基帶信號信息，并且檢測所述第二組信息的至少一部分的所述步驟包括聯(lián)合處理所述先前接收到的基帶信號信息及隨后接收到的基帶信號信息，以檢測所述第二組信息的至少一部分。
9.如權(quán)利要求8所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述先前接收到的基帶信號信息涉及若干先前的通信實例，所述隨后接收到的基帶信號信息涉及當(dāng)前的通信實例，以及將所述先前接收到的基帶信號信息和所述隨后接收到的基帶信號信息與復(fù)信道增益信息一起加以處理，以確定至少一個檢測到的數(shù)據(jù)分組的估計。
10.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述先驗已知信號信息包含先前接收和檢測到的信息。
11.如權(quán)利要求10所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述先前接收和檢測到的信息包括先前無意監(jiān)聽到的信息。
12.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述先驗已知信號信息包括自己的已發(fā)送信息。
13.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于檢測所述第二組信息的至少一部分的所述步驟基于傳輸調(diào)度信息來執(zhí)行。
14.如權(quán)利要求13所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于所述第一組信息包括若干數(shù)據(jù)分組，以及所述傳輸調(diào)度信息包括在接收到代表所述第二組信息的信號信息時要發(fā)送哪些所述數(shù)據(jù)分組的有關(guān)信息，以便在所述檢測步驟中利用所述先前存儲的先驗已知信號信息的適當(dāng)部分。
15.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于還包括持續(xù)更新所述先驗已知信號信息的步驟。
16.如權(quán)利要求1所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的方法，其特征在于至少兩個節(jié)點通過至少一個中間中繼節(jié)點進(jìn)行雙向通信，所述中間中繼節(jié)點同時轉(zhuǎn)發(fā)從所述至少兩個通信節(jié)點接收到的信號信息；每個所述通信節(jié)點通過基于來自所述中間中繼節(jié)點的同時轉(zhuǎn)發(fā)的信號信息以及它自己發(fā)送的信號信息的干擾消除來檢測來自其它通信節(jié)點的信號信息。
17.一種用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，所述裝置包括-用于執(zhí)行如下步驟的部件將代表第一組信息的信號信息作為先驗已知信號信息存儲，所述第一組信息包含要在至少一條鏈路上總共傳輸一次以上的至少一個數(shù)據(jù)單元；-用于執(zhí)行如下步驟的部件接收代表第二組信息的信號信息，其中，所述至少一個數(shù)據(jù)單元的發(fā)送干擾所述第二組信息的接收；以及-用于執(zhí)行如下步驟的部件通過基于所述已接收到的信號信息和至少部分所述先前存儲的先驗已知信號信息的干擾消除來檢測所述第二組信息的至少一部分。
18.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述干擾消除至少包括顯式和隱式干擾消除之一。
19.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述至少一個數(shù)據(jù)單元要在多于一條鏈路上總共傳輸一次以上。
20.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述無線中繼網(wǎng)絡(luò)至少包括無線多跳網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作性中繼網(wǎng)絡(luò)和基于轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)之一。
21.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述檢測部件可以執(zhí)行操作以執(zhí)行至少單用戶檢測和多用戶檢測之一。
22.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于檢測所述第二組信息的至少一部分的所述部件包括根據(jù)如下公式處理代表先前檢測到的數(shù)據(jù)分組的集合 以及所述接收到的信號信息Ri的部件D~=f(Ri,D~Σ),]]>其中f是預(yù)定的目標(biāo)函數(shù)以及 是檢測到的數(shù)據(jù)分組的結(jié)果集合。
23.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于其中用于檢測所述第二組信息的至少一部分的所述部件包括-用于執(zhí)行如下步驟的部件從所述接收到的信號信息中除去先驗已知信號信息以生成剩余信號；以及-用于執(zhí)行如下步驟的部件處理所述剩余信號以檢測所述第二組信息的至少一部分。
24.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述先驗已知信號信息包括先前接收到的基帶信號信息，并且用于檢測所述第二組信息的至少一部分的所述部件包括用于執(zhí)行如下步驟的部件聯(lián)合處理所述先前接收到的基帶信號信息及隨后接收到的基帶信號信息，以檢測所述第二組信息的至少一部分。
25.如權(quán)利要求24所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述先前接收到的基帶信號信息涉及若干先前的通信實例和所述隨后接收到的基帶信號信息涉及當(dāng)前通信實例，以及用于聯(lián)合處理的部件可執(zhí)行操作以將所述先前接收到的基帶信號信息和所述隨后接收到的基帶信號信息與復(fù)信道增益信息一起加以處理，以確定至少一個檢測到的數(shù)據(jù)分組的估計。
26.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述先驗已知信號信息包含先前接收和檢測到的信息。
27.如權(quán)利要求26所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述先前接收和檢測到的信息包括先前無意監(jiān)聽到的信息。
28.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述先驗已知信號信息包括自己的已發(fā)送信息。
29.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于檢測所述第二組信息的至少一部分的所述部件基于傳輸調(diào)度信息操作。
30.如權(quán)利要求29所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述第一組信息包括若干數(shù)據(jù)分組，以及所述傳輸調(diào)度信息包括在接收到代表所述第二組信息的信號信息時要發(fā)送哪些所述數(shù)據(jù)分組的有關(guān)信息；以及用于檢測的所述部件包括用于執(zhí)行如下步驟的部件基于所述傳輸調(diào)度信息選擇所述先前存儲的先驗已知信號信息的適當(dāng)部分，以用于檢測所述第二組信息的至少一部分。
31.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于還包括用于執(zhí)行如下步驟的部件通過結(jié)合新檢測到的信息以及除去過時的信號信息來持續(xù)更新所述先驗已知信號信息集合。
32.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于至少兩個節(jié)點通過至少一個中間中繼節(jié)點進(jìn)行雙向通信，所述中間中繼節(jié)點配置為同時轉(zhuǎn)發(fā)從所述至少兩個通信節(jié)點接收到的信號信息；每個所述通信節(jié)點配置為通過基于來自所述中間中繼節(jié)點的同時轉(zhuǎn)發(fā)的信號信息以及它自己發(fā)送的信號信息的干擾消除來檢測來自其它通信節(jié)點的信號信息。
33.如權(quán)利要求17所述的用于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中檢測信號信息的裝置，其特征在于所述裝置在所述無線中繼網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中實現(xiàn)。
34.一種用于無線中繼的通信系統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)包括至少兩個雙向通信節(jié)點和至少一個中間中繼節(jié)點，其中所述至少兩個雙向通信節(jié)點的每一個配置為向所述至少一個中繼節(jié)點傳送信號信息以及存儲它自己發(fā)送的信號信息以作為先驗已知信號信息；所述至少一個中繼節(jié)點配置為同時傳送所述接收到的信號信息到所述至少兩個雙向通信節(jié)點；所述至少兩個雙向通信節(jié)點的每一個配置為通過基于來自所述中繼節(jié)點的同時發(fā)送的信號信息以及它自己存儲的先驗已知信號信息的干擾消除來檢測來自其它通信節(jié)點的信號信息。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，將代表要在至少一條鏈路上傳輸一次以上的第一組信息的信號信息作為先驗已知信號信息存儲。它可以是先前接收和/或檢測到的信息、自己已發(fā)送的信息或節(jié)點中的其它的可用相關(guān)信號信息。接收代表第二組信息的信號信息，其中，所述第一組信息的發(fā)送干擾所述第二組信息的接收。盡管存在干擾，但是仍可以利用已接收到的信號信息和至少部分先前存儲的先驗已知信號信息成功檢測到所述第二組信息的至少一部分。所述信息是通過基于所接收到的信號信息和先驗已知信息的相關(guān)部分的干擾消除來檢測的。最好通過持續(xù)存儲新檢測到的信息來更新先驗已知信號信息集合。
文檔編號H04B1/707GK1826761SQ200480013091
公開日2006年8月30日 申請日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者P·拉斯森, N·喬翰森 申請人:艾利森電話股份有限公司