[发明专利]一种模拟网络编码上行协作传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种模拟网络编码上行协作传输方法。

背景技术

随着新的多媒体业务的不断涌现，用户对移动通信应用的要求不断提高，传统蜂窝移动通信网络难以满足新业务的要求。为此，下一代移动通信网络(4G)对相应的标准做了明确的说明以满足不断涌现的多媒体业务，如增强的峰值速率以支持新的业务和应用，例如多媒体(需要在高移动性下支持100Mbps，低移动性下支持1Gbps)；另一方面，由于无线传输的多径衰落特性，处于边缘用户的通信质量以及传输可靠性等难以得到保障，同时也需要增大相应基站的发射功率，使得功耗利用率较低。为了进一步提高传输覆盖范围和系统的频谱效率，目前最有效的解决方案主要有两类：多天线技术和中继协作技术。多天线技术主要采用多输入多输出MIMO技术，以及相关派生出来的虚拟MIMO技术，用以提升系统的吞吐量。但针对现有仅配备单天线的移动终端来说，多天线技术难以得到有效的推广及应用，同时MIMO技术对各天线之间的距离有较为严格的要求才能获得较好的性能，这对于灵巧方便携带的移动终端来说也是一个巨大的挑战。协作中继技术与传统蜂窝网相比在覆盖效率、运营成本以及传输容量等三个方面具有显著的优势。目前，协作中继通信技术已在WiMax、WINNER和3GPP等通信标准中得到深入地研究，具有极其广阔的应用前景。

对传统的协作中继技术来说，由于一般中继都是采用半双工方式，中继无法同时接收并转发信号，因此相应的频谱利用率较低，使得协作中继技术的应用存在固有的缺陷。然而，近年来所提出的网络编码技术可以很好的与协作中继技术相结合，使得整个系统的频谱利用率和吞吐率得到显著的改善，因此受到了广泛关注和重视，相应的基于网络编码的标准方案也受到了国际标准组织一定程度上的关注和重视。但由于大多数方案几乎都是基于传统有线网络中的网络编码技术，而无线网络和有线网络存在巨大的差异，因此相应的方案并未被相应的标准组织所采纳。

在此基础上，物理层网络编码应运而生。与传统网络编码相比较，物理层网络编码针对无线电磁波广播的特点，将传统无线网络中的信号相互之间的叠加作为网络编码操作的一部分，再加上相应的物理层信号处理技术，使得终端都能够解码恢复出预想得到的信息，这打破了原有无线通信中将信号之间的相互叠加作为一种危害而加以摈弃，并采用相应干扰避免策略加以控制的传统方式。因此，物理层网络编码技术与协作通信相结合是一个具有巨大潜力的研究和应用领域，它可以有效提升系统的吞吐量、可靠性，并可有效解决传统中继半双工所带来的固有缺陷，进一步提升频谱效率。但就目前来说，物理层网络编码涉及到相应的信号处理机制以及相应的技术实现等困难，目前还没有相应的实际验证测试平台。

模拟网络编码主要针对放大转发型的中继，接收到叠加的信号无需相应的调制解调与映射机制实现相应的编码与解码，而是将无线电磁波的天然叠加作为网络编码操作的一部分，中继点只需要对接收的叠加信号进行放大转发以保证目的接收机能够正确接收，同时由于中继点只是需要做简单的处理而无需对接收到的信号进行联合解码或分别解码，并不会显著增大中继的开销。因此，对于无线协作中继场景，基于模拟网络编码的协作中继传输策略可以极大地提高系统的吞吐量以及传输效率。

假定处于基站覆盖范围内有n个单天线终端用户，在用户与基站之间存在一个具有模拟网络编码功能的中继节点，在传统多址接入方式条件下，传统协作传输机制需要占用2n个时隙才能完成n个终端用户的上行协作传输，每个终端用户需要耗费2个时隙完成信号的上行传输(主要包括第一阶段终端用户与基站和中继节点的传输以及第二阶段中继对收到的信号做放大转发)。在整个过程中实际上只有n个时隙用于终端用户与基站之间的传输，而另外n个时隙用于中继节点与基站之间信号的转发以实现协作传输。显然对于带宽和功率受限的未来无线通信系统来说，这种方式系统的频谱利用率是极其低下的。

为了降低中继节点与基站之间的交互时隙数，模拟网络编码可以将接收到的n个终端用户的信号进行编码之后，再由中继节点在一个时隙内转发给基站，基站结合前面n个时隙所接收到的信号，对中继节点转发的模拟网络编码叠加信号进行解码以恢复出想要的信息，整个过程只需n+1个时隙便可完成一轮终端用户的上行协作传输，较传统方式节约了n-1个时隙，同时基站对每个用户也可以实现接收2阶分集增益。因此，在中继节点引入模拟网络编码可以显著提升信号带宽的利用率以及系统的吞吐量。