[发明专利]一种基于中继的无线通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于中继的无线通信系统及方法，系统包括基站、中继和终端，基站和中继或终端之间的通信称为B段通信，中继和终端之间的通信称为R段通信，B段采用窄带通信和频分复用技术支持多个中继或者终端同时和基站通信；R段通信采用单载波随机接入方式，即所有终端在与中继通信的时候，采用同一个中心频率与中继进行通信，并且随机地决定向中继发起通信的时间；每个中继在与基站的B段通信中，被分派了固定的上下行中心频率；中继在与终端的R段通信中，每个中继被分派了固定的上下行中心频率，终端在与中继的通信中，使用中继被分派的R段通信的上下行中心频率。本发明可有效提高基站和终端之间的通信距离，减少通信设备的部署成本。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种无线通信技术，具体涉及一种基于中继的无线通信系统及方法。

背景技术

近年来，LPWAN(低功耗广域网)技术的出现推动无线物联网进入了快速发展的阶段，LPWAN技术通常工作在较低的工作频段，采用随机接入方式，可具有长距离传输、超低功耗的特点，能低成本地将大多数典型物联网设备接入网络，LoRa和NB-IoT是其中的典型代表。

在非视距传输无线通信场景下，传播路径损耗很大，因此基站就需要减小其覆盖范围来保证无线通信质量。引入中继可以有效改善基站覆盖边缘地区的通信质量，提升信号覆盖范围。当前典型的LPWAN技术，如LoRa和NB-IoT却不适合采用中继技术，主要原因是：1、LoRa采用扩频通信技术，抗干扰能力较强，但通信容量低，采用中继扩大覆盖范围后，大量传输通过中继集中到基站，会超出LoRa基站通信容量；2、NB-IoT采用窄带传输，基站端的容量较大，但信号的抗干扰能力不足，在基站覆盖范围的边缘，干扰强烈，中继信号很难保证高通信可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的问题，公开了一种基站和终端之间通过中继进行通信的无线通信系统，在上行传输时间内终端发射上行信号基站接收上行信号，在下行传输时间内基站发射下行信号终端接收下行信号。本发明提出的通信系统支持中继传输，通过布置高性能、低成本、低能耗的中继设备，可以数倍、数十倍地扩大基站覆盖范围，因此在同样的覆盖范围只需要极少量的基站就可以服务海量的物联网终端。本发明重点解决了无线通信系统中，需要同时满足基站侧的高容量通信和终端侧的抗干扰通信的难题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于中继的无线通信系统，包括基站、中继和终端，定义基站和中继或终端之间的通信称为B段通信，中继和终端之间的通信称为R段通信，其特征在于：

B段采用窄带通信和频分复用技术支持多个中继或者终端同时和基站通信，即每个中继或终端在与基站通信的时候，采用一个单独的中心频率，并只使用信道带宽的一部分与基站进行通信；

R段通信采用单载波随机接入方式，即所有终端在与中继通信的时候，采用同一个中心频率与中继进行通信，并且随机地决定向中继发起通信的时间；

每个中继在与基站的B段通信中，被分派了固定的上下行中心频率，中继在与基站的通信中，使用被分派的B段上下行中心频率；

中继在与终端的R段通信中，每个中继被分派了固定的上下行中心频率，终端在与中继的通信中，使用中继被分派的R段通信的上下行中心频率。

进一步地，所述中继有多个，两个相互通信的中继，一个是上位中继，一个是下位中继，下位中继的数据包需要通过上位中继的转发才能到达基站，中继与中继的通信也是R段通信，下位中继与上位中继通信时，使用上位中继在R段被分派的上下行中心频率。

进一步地，所述中继在R段通信的上下行中心频率由基站或者连接基站的服务器分配，R段通信的上下行中心频率由基站或服务器控制。

进一步地，所述中继报告自身定位信息给基站或者服务器，基站或者服务器根据所有中继的位置分配中继在R段通信的上下行中心频率。