[发明专利]一种基于中继器的蜂窝网络以及空分双工通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种基于中继器的蜂窝网络以及空分双工通信方法。

背景技术

未来蜂窝网络具有高速数据速率、大覆盖面积的特点。根据ITU-RM1645文件中提到的要求：对于低速移动或静止的用户，数据速率要求达到1Gbps；对于高速移动的用户，数据速率要求100Mbps。

通常，在发送端功率恒定的前提下，每比特数据的能量与数据速率成反比，就是说随着数据速率的不断提高，接收端的信噪比Eb/No将线性下降，导致接收端不能正确接收，从而降低了覆盖面积。

另外，第三代移动通信系统(Third Generation Wireless Communication，3G)的工作频段是2Ghz，但是留给下一代网络(Next Generation Network，NGN)的工作频段要远远高于3G的工作频段，例如5GHz。高工作频段导致更大的路径损耗，并且高工作频段对衰落更加敏感，从而加剧了覆盖面积性能的恶化。

中继器(Relay Station，RS)是解决这个问题的非常有效的办法之一。中继器的基本原理就是用容量换取覆盖面积。由于资源正交性的限制，中继器不能在相同的频段、码道上同时收发不同的信号，也就是说，中继器的接收和发送必须是正交的，可以使用不同的时间、频段，进一步，由于远近效应(Near-Far Effect)，中继器也不能在不同的码道上同时收发不同的信号。

以下以时分双工和下行链路为例来说明中继器工作的基本原理。

在传统的蜂窝网络中，分配给终端的时隙资源可以一直被基站(BaseStation，BS)/终端(User Equipment，UE)用于发送/接收信号，但是在基于中继器的蜂窝网络中，分配给终端的时隙资源被分成两部分，其中，第一部分用于从基站到中继器的传输，第二部分用于从中继器到终端的传输。所以在发送功率恒定的情况下，在相同的时间内，基于中继器的蜂窝网络的吞吐量是传统网络的一半。这就是中继器利用容量换取覆盖面积的含义。基于中继器的网络能够扩大覆盖面积，在传输距离相同的条件下，这也等效成可以降低功率消耗。

另外，中继器还具有成本低、易于铺设等优点。铺设基站除了需要基站设备、电源、机房等外，还需要铺设光纤网络，而铺设光纤网络成本极大。但是中继器就不一样了，除了中继器比基站设备简单可以降低基站本身的成本外，中继器与基站通过无线链路进行链接，无需铺设光纤网络，从而极大的节省了网络扩展的成本。

为了提高信道利用率、改善容量，信道复用是一个重要的途径。从系统级的角度，可以在不同的多跳用户之间、多跳用户与一跳用户之间进行信道复用；从链路级的角度，可以在同一个多跳用户的上行链路和下行链路之间进行信道复用。

图1为现有技术中基于中继器的蜂窝网络中第一种通信方法的原理图。如图1所示，上行链路(Uplink，UL)和下行链路(Downlink，DL)需要占用独立的资源。对于两跳用户来说，以时分双工为例，上下行链路共需要4个独立的时隙资源，分别用于上行(UL1、UL2)和下行(DL1、DL2)。如图2所示，这种情况下，信道利用率仅为1条链路/时隙，这样的信道利用率是很低的。

为了提高信道利用率，提出了一种改进的双工工作方式，请参阅图3。图3为现有技术中基于中继器的蜂窝网络中第二种通信方法的原理图，具体流程如下：

在第一个时隙中，通过基站到中继器的下行链路DL1传输信号X_d；

在第二个时隙中，通过终端到中继器的上行链路UL1传输信号X_u，在中继器接收第一和第二时隙的下行信号X_d和上行信号X_u并解码之后，通过异或逻辑操作将下行和上行信号合并成一个信号X_c；

在第三个时隙中，中继器将合并之后的信号X_c分别通过上行链路UL2和下行链路DL2发送给基站和终端，基站和终端可以同时收到信号X_c。在基站接收并解码信号X_c之后，将信号X_c与第一个时隙中基站发送的信号X_d进行异或逻辑操作，得到终端发送给基站的信号X_u。在终端进行相同的操作，即，将第二个时隙中终端发送的信号X_u与第三个时隙中终端接收的信号X_c进行异或逻辑操作，得到来自基站的信号X_d。