專利名稱：一種多跳無線通信系統自適應中繼傳輸方法
技術領域：
本發明涉及一種多跳無線通信系統各節點間的低時延可靠傳輸方案，可用于基于有中心或無中心控制的寬帶無線多跳中繼網絡，屬于無線通信領域。
背景技術：
無線系統的網絡一般采用單跳網絡和多跳網絡等架構。單跳網絡一般網絡容量較大，但由于受限于基站發射功率，網絡覆蓋范圍一般幾公里之內；多跳無線網絡的各節點之間的距離相對較短，每一跳可以完成比直接通信高得多的數據傳輸速率，使在長距離的端到端通信系統中同樣能支持高數據傳輸速率，并且隨著網絡節點的增加，網絡的覆蓋范圍 以及靈活性也會隨之增加，在一定程度上解決了單跳網絡覆蓋范圍受限的問題。對于多跳無線網絡，實現節點間數據轉發的中繼傳輸的鏈路可靠性和傳輸時延是系統的兩個重要的性能指標。目前常用的中繼傳輸技術有放大轉發(AF)，解調轉發(DMF)，和解碼轉發(DCF)三種方法。AF方法中，節點僅對接收的信號進行放大后直接轉發，該方法轉發時延最小，單鏈路可靠性最差；DMF方法中，節點需對接收的信號進行星座解調，而后重新星座調制后轉發，該方法可提升鏈路傳輸性能，但由于引入解調和調制處理，數據轉發時延比AF方法要大；DCF方法中，節點需對接收的信號進行解調、解碼和判決，而后對判決的信息比特重新編碼和調制后轉發，該方法可獲得最好的鏈路可靠性，但由于引入解調/解碼和編碼調制的處理時間，因此該方法的數據轉發時延也最大。在多跳無線網絡中，數據在網絡中的端到端傳輸時延為各節點間的傳輸時延的累力口。當多跳無線網絡跳數較多時，必須在保證鏈路可靠性的條件下對各節點間的傳輸時延加以嚴格控制，以使網絡可支持話音和視頻等實時業務。目前支持多跳的無線通信系統(如WiFi、WiMAX(802. 16d，802. 16j)、3GPP_LTE等)，由于主要針對數跳以內的應用場景，并沒有對跳數較多的應用(如數十跳)進行優化設計，因此難以在多跳傳輸應用中同時滿足鏈路可行性和傳輸時延的要求。

發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提出了一種自適應中繼傳輸方法，包括如下步驟I)中繼節點收到來自其上級節點的無線信號，進行符號解調；2)根據該中繼節點與其上級節點的信道狀態信息，計算符號解調的自信度量；3)根據該中繼節點的解調符號的自信度量確定中繼傳輸方式；4)當該中繼節點將解調后的數據重新直接調制后轉發時，可以根據該中繼節點與其下一級節點的信道質量更新調制方式；5)采用更新后的調制方式將解調后的數據中繼傳輸到下一級節點。根據本發明的某個實施例，在采用更新后的調制方式對數據進行中繼傳輸的過程中，中繼節點對調制轉發傳輸的數據狀態進行標識。
根據本發明的某個實施例，在采用更新后的調制方式對數據進行中繼傳輸的過程中，當中繼節點收到的數據符號的轉發次數標識大于某一預設的閾值時，直接采用解碼轉發方式，將數據轉發至下一級節點。根據本發明的某個實施例，當中繼節點將解調后的數據重新直接調制后轉發，并且接收調制方式與轉發調制方式不同時，在該中繼節點解調的數據比特長度與轉發調制所需的數據比特長度不同的情況下，進行數據比特長度匹配處理。根據本發明的某個實施例，所述根據該中繼節點與其上級節點的信道狀態信息，計算符號解調的自信度量是按照如下方式計算a)符號解調的自信度量設為接收信噪比(SNR)的函數，或b)符號解調的自信度量設為接收信干噪比(SINR)的函數，或c)符號解調的自信度量設為接收有效信干噪比(eSINR)的函數，或
d)符號解調的自信度量設為接收載干噪比(CINR)的函數，或e)符號解調的自信度量設為解調軟信息的函數。根據本發明的某個實施例，所述確定中繼傳輸方式是按照如下方式確定f)若自信度量高于或等于某一設定參數，則將該節點解調后的數據重新調制后轉發；g)若自信度量低于某一設定參數，則將該節點解調后的數據進一步解碼，并進行CRC校驗；i.若CRC校驗正確，則將數據重新編碼，調制后轉發；ii.若CRC校驗不正確，則將數據丟棄。根據本發明的某個實施例，更新調制方式是按照如下方式更新h)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量支持與接收符號相同的調制方式時，則將該中繼節點解調后的數據采用與接收符號相同的調制方式重新調制后轉發； 當該中繼節點與其下一級節點的信道質量支持比接收符號更高階調制方式時，則將該中繼節點解調后的數據重新調制成比接收符號調制階數更高的調制方式后轉發；i)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量只支持比接收符號更低階調制方式時，則將該中繼節點解調后的數據重新調制成比接收符號調制階數更低的調制方式后轉發；j)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量差于該中繼節點與其上一級節點的信道質量時，可以將該中繼節點解調后的數據采用與接收符號相同的調制方式重新調制，然后將調制符號復制多份后通過不同的時間，頻率和空間資源，轉發至下一級節點。根據本發明的某個實施例，，所述對轉發傳輸的數據狀態進行標識按照如下方式標識k)當中繼節點將解調后的數據采用直接調制后轉發時，對直接調制轉發數據的轉發次數標識進行標記，每轉發一次，轉發次數標識加I ;I)當中繼節點將解調后的數據采用解碼后轉發時，轉發次數標識置為O。根據本發明的某個實施例，所述數據比特長度匹配處理按照如下方式實現m)計算中繼節點解調的數據比特長度與轉發調制所需的數據比特長度差異Np ；η)對解調后的數據比特添加Np個填充比特，使其滿足轉發調制所需的數據比特長度要求。本發明解決了現有多跳系統傳輸方案中當中繼傳輸跳數較多時，不能同時保證數據轉發的可靠性和傳輸時延的問題。本發明可應用于移動蜂窩網，無線傳感網，物聯網等多跳無線通信系統中。


下面結合附圖及具體實施例對本發明再作進一步詳細的說明。圖I是按照本發明實施例的多跳無線通信系統網絡拓撲；圖2是按照本發明實施例的寬帶多跳無線網絡實施圖。
具體實施方式
圖I所示為多跳無線通信系統網絡拓撲。根據數據傳輸方向，各節點接收來自其上級節點的數據，并轉發至其下一級節點。各節點根據與其上級節點的符號解調的自信度量選擇采用中繼傳輸方式，根據與其下級節點的信道狀態信息，選擇調制編碼方式，以保證多跳網絡的鏈路可靠性和傳輸時延性能。自適應中繼傳輸方法如下I)中繼節點收到來自其上級節點的無線信號，進行符號解調；2)根據該中繼節點與其上級節點的信道狀態信息，計算符號解調的自信度量；3)根據該中繼節點的解調符號的自信度量確定中繼傳輸方式；4)當該中繼節點將解調后的數據重新直接調制后轉發時，可以根據該中繼節點與其下一級節點的信道質量更新調制方式；5)采用更新后的調制方式將解調后的數據中繼傳輸到下一級節點。在采用更新后的調制方式對數據進行中繼傳輸的過程中，中繼節點對調制轉發傳輸的數據狀態進行標識。在采用更新后的調制方式對數據進行中繼傳輸的過程中，當中繼節點收到的數據符號的轉發次數標識大于某一預設的閾值時，直接采用解碼轉發方式，將數據轉發至下一級節點。當中繼節點將解調后的數據重新直接調制后轉發，并且接收調制方式與轉發調制方式不同時，在該中繼節點解調的數據比特長度與轉發調制所需的數據比特長度不同的情況下，進行數據比特長度匹配處理。在步驟2)中，所述根據該中繼節點與其上級節點的信道狀態信息，計算符號解調的自信度量可以按照如下方式計算a)符號解調的自信度量設為接收信噪比(SNR)的函數，或b)符號解調的自信度量設為接收信干噪比(SINR)的函數，或c)符號解調的自信度量設為接收有效信干噪比(eSINR)的函數，或d)符號解調的自信度量設為接收載干噪比(CINR)的函數，或e)符號解調的自信度量設為解調軟信息的函數。在步驟3)中，所述確定中繼傳輸方式是按照如下方式確定f)若自信度量高于或等于某一設定參數，則將該中繼節點解調后的數據重新調制后轉發；g)若自信度量低于某一設定參數，則將該中繼節點解調后的數據進一步解碼，并進行CRC校驗；i.若CRC校驗正確，則將數據重新編碼，調制后轉發；ii.若CRC校驗不正確，則將數據丟棄。 在步驟4)中，更新調制方式是按照如下方式更新a)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量支持比接收符號更高階調制方式時，則將該中繼節點解調后的數據重新調制成比接收符號調制階數更高的調制方式后轉發；b)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量支持與接收符號相同的調制方式時， 則將該中繼節點解調后的數據采用與接收符號相同的調制方式重新調制后轉發；c)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量只支持比接收符號更低階調制方式時，則將該中繼節點解調后的數據重新調制成比接收符號調制階數更低的調制方式后轉發；d)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量差于該節點與其上一級節點的信道質量時，可以將該中繼節點解調后的數據采用與接收符號相同的調制方式重新調制，然后將調制符號復制多份后通過不同的時間，頻率和空間資源，轉發至下一級節點；在數據比特長度匹配處理過程中，按照如下方式進行數據比特長度匹配處理a)計算中繼節點解調的數據比特長度與轉發調制所需的數據比特長度差異Np ；b)對解調后的數據比特添加Np個填充比特，使其滿足轉發調制所需的數據比特長度要求。對轉發傳輸的數據狀態進行標識的過程中，按照如下方式對轉發傳輸的數據狀態進行標識a)當中繼節點將解調后的數據采用直接調制后轉發時，對直接調制轉發數據的轉發次數標識進行標記，每轉發一次，轉發次數標識加I ;b)當中繼節點將解調后的數據采用解碼后轉發時，轉發次數標識置為O ;c)轉發次數標識采用解碼轉發方式，并與轉發數據獨立傳輸。圖2為一種寬帶多跳無線網絡示例，數據由節點I發出，經節點2至節點5轉發，傳輸至節點6。CINRm-n表示節點m到節點η之間的鏈路接收載干噪比(CINR)。各節點的符號解調的自信度量設為接收載干噪比(CINR)。CINR定義為
AM
ZIsN2CINR = -
X|r[n]-s[n]|2
n=0其中，r[n]為接收的第η個數據符號，s[η]為解調后檢測的第η個數據符號，N為CINR估算所用的樣本點數。假設系統支持的調制方式按頻譜效率由低到高排列為Μ1，Μ2，Μ3，編碼效率(簡稱碼率)按由低到高排列為Cl，C2，C3。今數據由節點I發出時由鏈路質量確定的調制方式和碼率為M2C1；今假設節點2接收的自信度量CINR1-2高于所設門限，且節點2到節點3之間的信道質量略差于節點I到節點2之間的信道質量，只支持調制方式和碼率為MlCl ；則數據由節點2發出時采用解調轉發，其調制方式和碼率為MlCl ；今假設節點3接收的自信度量CINR2-3低于所設門限；且節點3到節點4之間的信道質量支持調制方式和碼率為M3C2 ；則數據由節點3發出時采用解碼轉發，其調制方式和碼率為M3C2 ；今假設節點4接收的自信度量CINR3-4高于所設門限，且節點4到節點5之間的信道質量支持調制方式和碼率為M3C2 ；則數據由節點4發出時采用解調轉發，其調制方式和碼率為M3C2 ；今假設節點5接收的自信度量CINR4-5高于所設門限，且節點5到節點6之間的信 道質量支持調制方式和碼率為M2C2 ；則數據由節點5發出時采用解調轉發，其調制方式和碼率為M2C2。所述門限可根據不同調制方式和碼率對信道的要求而進行設定。綜上所述，雖然本發明已以優選實施例披露如上，然而其并非用以限定本發明。本發明所屬技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，可作各種變動與修飾。因此，本發明的保護范圍當視后附的權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種自適應中繼傳輸方法，其特征在于，包括如下步驟 A.中繼節點收到來自其上級節點的無線信號，進行符號解調； B.根據該中繼節點與其上級節點的信道狀態信息，計算符號解調的自信度量； C.根據該中繼節點的解調符號的自信度量確定中繼傳輸方式； D.當該中繼節點將解調后的數據重新直接調制后轉發時，根據該中繼節點與其下一級節點的信道質量更新調制方式； E.采用更新后的調制方式將解調后的數據中繼傳輸到下一級節點。
2.如權利要求I中的自適應中繼傳輸方法，其特征在于 在采用更新后的調制方式對數據進行中繼傳輸的過程中，中繼節點對調制轉發傳輸的數據狀態進行標識。
3.如權利要求2中的自適應中繼傳輸方法，其特征在于 在采用更新后的調制方式對數據進行中繼傳輸的過程中，當中繼節點收到的數據符號的轉發次數標識大于某一預設的閾值時，直接采用解碼轉發方式，將數據轉發至下一級節點。
4.如權利要求I中的自適應中繼傳輸方法，其特征在于 當中繼節點將解調后的數據重新直接調制后轉發，并且接收調制方式與轉發調制方式不同時，在該中繼節點解調的數據比特長度與轉發調制所需的數據比特長度不同的情況下，進行數據比特長度匹配處理。
5.根據權利要求I中的方法，其特征在于所述根據該中繼節點與其上級節點的信道狀態信息，計算符號解調的自信度量是按照如下方式計算 a)符號解調的自信度量設為接收信噪比(SNR)的函數，或 b)符號解調的自信度量設為接收信干噪比(SINR)的函數，或 c)符號解調的自信度量設為接收有效信干噪比(eSINR)的函數，或 d)符號解調的自信度量設為接收載干噪比(CINR)的函數，或 e)符號解調的自信度量設為解調軟信息的函數。
6.根據權利要求I中的方法，其特征在于確定中繼傳輸方式是按照如下方式確定 f)若自信度量高于或等于某一設定參數，則將該中繼節點解調后的數據重新調制后轉發； g)若自信度量低于某一設定參數，則將該中繼節點解調后的數據，進一步解碼，并進行CRC校驗； i.若CRC校驗正確，則將數據重新編碼，調制后轉發； .若CRC校驗不正確，則將數據丟棄。
7.根據權利要求I中的方法，其特征在于，更新調制方式是按照如下方式更新 h)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量支持比接收符號更高階調制方式時，則將該中繼節點解調后的數據重新調制成比接收符號調制階數更高的調制方式后轉發； i)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量支持與接收符號相同的調制方式時，則將該中繼節點解調后的數據采用與接收符號相同的調制方式重新調制后轉發； j)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量只支持比接收符號更低階調制方式時，則將該中繼節點解調后的數據重新調制成比接收符號調制階數更低的調制方式后轉發；k)當該中繼節點與其下一級節點的信道質量差于該中繼節點與其上一級節點的信道質量時，可以將該中繼節點解調后的數據采用與接收符號相同的調制方式重新調制，然后將調制符號復制多份后通過不同的時間，頻率和空間資源，轉發至下一級節點。
8.根據權利要求I中的方法，其特征在于，對轉發傳輸的數據狀態進行標識按照如下方式標識 I)當中繼節點將解調后的數據采用直接調制后轉發時，對直接調制轉發數據的轉發次數標識進行標記，每轉發一次，轉發次數標識加I ; m)當中繼節點將解調后的數據采用解碼后轉發時，轉發次數標識置為O ; η)轉發次數標識采用解碼轉發方式，并與轉發數據獨立傳輸。
9.根據權利要求I中的方法，其特征在于，當中繼節點將解調后的數據重新直接調制后轉發，并且接收調制方式與轉發調制方式不同時，在該中繼節點解調的數據比特長度與轉發調制所需的數據比特長度不同的情況下，按照如下方式進行數據比特長度匹配處理； ο)計算中繼節點解調的數據比特長度與轉發調制所需的數據比特長度差異Np ； P)對解調后的數據比特添加Np個填充比特，使其滿足轉發調制所需的數據比特長度要求。
全文摘要
本發明提出了一種適用于多跳無線通信系統的自適應中繼傳輸方法。各節點根據與其上級節點的符號解調的自信度量選擇采用中繼傳輸方式，根據與其下級節點的信道狀態信息，選擇調制編碼方式，克服了現有多跳無線通信系統采用單一中繼轉發傳輸技術，在跳數較多的應用場景(如數十跳)下，無法同時兼顧鏈路可行性和傳輸時延要求的問題。
文檔編號H04W84/18GK102724154SQ201110457339
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者幕福奇 申請人:幕福奇