CN101133569A - 用于在使用转发器的情况下通过无线电传输消息的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过无线电从发射机(AP)向接收机(MT)传输消息(MESSAGE)的方法。在第一步骤中，发射机(AP)将消息(MESSAGE)发送到转发台(REP)。依据本发明随后在第二步骤中将消息(MESSAGE)在时间上同时地从发射机(AP)和转发台(REP)传输到接收机(MT)。此外本发明还涉及一种用于实施该方法的发射机(AP)。

Description

用于在使用转发器的情况下通过无线电传输消息的方法

本发明涉及用于通过无线电从发射机向接收机传输消息的方法和发射机，其中，发射机将消息发送到无线电台用于转发消息。

在无线电通信系统中，利用电磁波通过发射与接收无线电台之间的无线电接口传输例如带有语音信息、图像信息、视频信息、SMS(短消息业务(ShortMessage Service))、MMS(多媒体消息业务(Multimedia Messaging Service))或者其他数据的消息。在这种情况下，无线电台根据无线电通信系统的具体构造可以是不同类型的用户侧无线电台或者网络侧无线电装置如转发器(Repeater)、或者无线电接入点如基站。在移动无线电通信系统中，至少一部分用户侧无线电台是移动无线电台。利用处于为相应的系统所设置的频带内的载频进行电磁波辐射。

移动无线电通信系统通常被构造为例如按照标准GSM(全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication))或者UMTS(通用移动电信系统(Universal Mobile Telecommunication System))的蜂窝式系统，具有例如由基站、用于检验和控制基站的装置、和其他网络侧装置组成的网络基础设施。除了这些在广泛空间上组织(超本地(supralokalen))的蜂窝式分级无线电网络外，还有无线本地网络，例如像具有一般在空间上明显受到更强限制的无线电覆盖范围的WLAN(无线局域网(Wireless Local Area Network))。WLAN的不同标准的例子为HiperLAN、DECT、IEEE 802.11、蓝牙和WATM。

无线电台只有在它们两个处于分别另一个无线电台的无线电覆盖范围内时才能相互直接通信。如果不能直接通信或由于无线电台之间的距离而只能质量较差地通信，那么这些无线电台之间的消息可以通过其他无线电台来传输，其中所述其他无线电台通过转发消息而起到中继无线电台或者转发器的作用。这种消息转发可以根据无线电通信系统的具体构造而既由用户无线电台、也由网络侧无线电台执行。例如可以在WLAN中在无线电接入点和远离该无线电接入点的用户无线电台之间转发消息。在无线电通信系统的Adhoc模式中，用户无线电台也可以通过一个或者多个跳(Hop或Multihop)相互通信，而无需中间接入交换装置，例如基站或者无线电接入点。

本发明所基于的任务在于，提供一种在无线电通信系统中传输消息的方法，该方法使用转发器用于转发消息。此外应该提供一种用于实施该方法的设备。

该任务通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有并列权利要求的特征的设备得以解决。有利的扩展方案和改进方案为从属权利要求的主题。

在用于通过无线电从发射机向接收机传输消息的依据本发明的方法中，在第一步骤中发射机将消息发送到转发台。依据本发明，随后在第二步骤中由发射机和转发站在时间上同时地将消息传输到接收机。

发射机优选地是网络侧无线电台，例如本地无线电通信系统的基站或者无线电接入点，接收机可以是用户台。接收机不必是消息的最终接收机，所述接收机必要时可以转发所接收的消息。转发台用于转发无线电消息，因此可以是移动的或者固定的、网络侧的或者用户侧的。

在时间上同时地将消息从发射机传输到接收机并从转发台传输到接收机。这可以通过以下方式来实现，即消息同时通过发射机和转发台发送，或者也可以时间上彼此相对延迟。接收机从发射机接收的消息和接收机从转发台接收的消息至少部分重叠。因此在接收机处发生从发射机和转发器发送的两个消息的至少部分重叠。

在本发明的改进方案中，在第一步骤之前发射机一方面直接从接收机和另一方面从此前已经从接收机接收了第二消息的转发台接收第二消息、特别是发射机已知的导频消息。依据该改进方案的方法步骤可以在依据第一步骤的每次消息发送之前进行，但也可能的是，依据该改进方案的方法步骤被用于依据第一步骤的多次消息发送。通过发射机对第二消息的两个接收优选地依次进行、而不是同时进行。因此接收机可以通过唯一的发送将第二消息既发送到发射机也发送到转发台，然后转发台将第二消息转发到发射机。

优选地在使用双重接收的第二消息情况下进行信道估计。信道估计优选地由发射机执行。信道估计涉及接收机与发射机之间的无线电信道，其中，通过转发台的消息转发被包含在该无线电信道内。

在本发明的扩展方案中，发射机在第一步骤的消息发送之前在使用信道估计的结果的情况下执行对消息的处理。因此发射机例如可以使用其从信道估计中所获得的关于无线电信道的知识，以如此使含有消息的信号失真，使得在向接收机传输期间无线电信道取消失真，从而高质量的信号到达接收机。必要时，接收机可以为修正所接收的信号而放弃本身的信道估计。消息处理优选地在联合传输方法的框架内进行。在这种情况下，发射机考虑由其发送到不同接收机的不同信号的相互影响，以便因此减少相互间的破坏性干扰，使得由相应的接收机接收对其特定的高质量信号。

依据本发明的改进方案，发射机向接收机发送关于所进行的信道估计的信息。

这可以这样进行利用，即接收机在接收到消息之后在使用信道估计的结果的情况下执行对消息的处理。作为对在使用信道估计的结果情况下发射机侧消息处理的替代或者补充，可以通过接收机在使用发射机侧信道估计的结果的情况下处理消息。

依据本发明的发射机具有用于在第一步骤中向转发台发送消息的装置和用于随后在第二步骤中向接收机发送消息使得消息在时间上与通过转发台向接收机所发送的消息同时地到达接收机的装置。

依据本发明的发射机特别适用于实施依据本发明的方法，其中，这也可以适用于扩展方案和改进方案。为此所述发射机可以具有其他适用的装置。

下面借助实施例对本发明进行详细说明。其中：

图1示出依据本发明方法的第一步骤；

图2示出依据本发明方法的第二步骤；

图3示出依据本发明方法的第三步骤；

图4示出依据本发明方法的第四步骤。

在图1至4中示出了无线电通信系统的片段，包括用户台MT(MT：移动终端(Mobile Terminal))、无线电接入点AP(AP：接入点(Access Point))和转发器REP。转发器是用于转发消息的无线电台，所述转发器例如在下列文献中予以描述：即

P Herhold、E.Zimmermann、G.Fettweis：“Relaying and Cooperation-ASystem Perspective”，Proceeding of the 13th ISI Mobile and WirelessCommunications Summit(ISI Summit)，Lyon，Frankreich，27.-30.Juni 2004；

P.Herhold、E.Zimmermann、G.Fettweis：“On the performance of cooperativeamplify-and-forward relay networks”，Proceeding of the ITG Conference on Sourceand Channel Coding(SCC)，Erlangen，Deutschland，14.-16.Januar 2004。

转发器此外也被用于降低无线电通信系统的基础设施成本。因此通过使用转发器可以减少无线电接入点的密度，其中，根据所考察的无线电通信系统的类型，无线电接入点例如可以是蜂窝式系统的基站或者本地网络的无线电接入点。这所基于的是，转发器放大无线电接入点的无线电覆盖范围，其方式是所述转发器从和/或者向无线电接入点转发消息。对所要转发的消息的转发器侧处理的规模在本发明的框架内可以不同，因此例如可以不进行处理，也就是说，它是用于放大和转发(英语：amplify and forward)的转发器或透明的转发器，或者可以在重新发送之前进行解码和重新编码。在下文中出发点是，所考察的转发器REP是一种“amplify and forward”或透明的转发器。

依据本发明的方法分为两个阶段：开始时在上行方向上、也就是图1和2中所示的从用户台MT向无线电接入点AP传输消息并且随后进行下行方向上、也就是图3和4中所示的从无线电接入点AP向用户台MT的消息传输。

在图1所示的第一方法步骤中，用户台MT发送导频消息PILOT。在图1至4中，所发送的信号通过字母s表示和所接收的信号通过字母e表示。用户台MT以信号s_M的形式发送导频信号PILOT。由转发器REP以信号e_R的形式、并由无线电接入点AP以信号e_A ¹的形式接收导频信号PILOT。用于从用户台MT向无线电接入点AP传输信息的无线电信道用H_MA表示，用于从用户台MT向转发器REP传输信息的该无线电信道用H_MR表示。

在图2所示的第二方法步骤中，转发器REP以信号s_R的形式发送导频信号PILOT。用于从转发器REP向无线电接入点AP传输信息的无线电信道用H_RA表示。由无线电接入点AP以信号e_A ²的形式接收导频信号PILOT。

在上行方向上所发送和接收的信号之间存在下列关系：

$e_R=H_{\mathrm{MR}}\·s_{M,}{e}_A^1=H_{\mathrm{MA}}\·s_{M,}{e}_A^2=H_{\mathrm{RA}}\·s_R.$

表示不同无线电信道的参量H一般是复矩阵，其中所发送和接收的信号s或e是矢量。

因为转发器REP是一种透明的转发器，所以适用s_R＝e_R。因此由无线电接入点AP所接收的总信号得出：

$e_A=\left(\begin{array}{c}{e}_A^1\\ e_A^2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{MA}}\\ H_{\mathrm{RA}}\·H_{\mathrm{MR}}\end{array}\right)\·s_M=H\·s_M.$

无线电接入点AP已知由用户台所发送的信号s_M，因为在这种情况下是导频信号PILOT。无线电接入点AP对所接收的两个信号e_A ¹和e_A ²进行信道估计并因此确定与所描述的传输方法相关的上行方向上在用户台MT与无线电接入点AP之间的无线电信道的总信道矩阵H。

下面应该从无线电接入点AP向用户台MT传输消息MESSAGE。为此，无线电接入点AP在第一方法步骤中在图3所示的下行方向上将消息MESSAGE以信号s_A ¹的形式发送到转发器REP，所述转发器REP以信号e_R的形式接收消息MESSAGE。用于从无线电接入点AP到转发器REP传输消息的无线电信道用H_RA ^T表示，其中，矩阵H_RA ^T是转置矩阵H_RA。

随后在第二方法步骤中，在图4所示的下行方向上将消息MESSAGE以信号s_A ²的形式从无线电接入点AP发送给用户台MT。用于从无线电接入点AP到用户台MT传输消息的无线电信道用H_MA ^T表示，其中，矩阵H_MA ^T是转置矩阵H_MA。与从无线电接入点AP向用户台MT传输消息MESSAGE同时地，也从转发器REP向用户台MT传输消息MESSAGE，其中，转发器REP发送信号s_R。用于从转发器REP到用户台MT传输消息的无线电信道用H_MR ^T表示，其中，矩阵H_MR ^T是转置矩阵H_MR。通过无线电接入点AP和转发台REP同时或者时间上相互间略微延迟地发送消息MESSAGE来进行同时传输，使得用户台MT以信号e_M的形式接收两个消息MESSAGE的重叠。允许的延迟的参量此外也从信道脉冲应答中得出并且基于此前所进行的信道估计而对无线电接入点AP是已知的。在OFDM系统情况下延迟应该是这样的，即由用户台MT以相同的OFDM符号接收两个消息MESSAGE。只要两个相邻的OFDM符号之间的保护周期(guard period)足够大，就可以不用明确地确定延迟。

在下行方向上所发送和接收的信号之间存在下列关系：

$e_R=H_{\mathrm{RA}}^T\·s_A^1,e_M=H_{\mathrm{MA}}^T\·s_A^2+H_{\mathrm{MR}}^T\·s_R.$

因为转发器REP是透明的转发器，所以适用s_R＝e_R。因此由用户台MT接收的总信号得出：

$e_M=\left(\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{MA}}^T& H_{\mathrm{MR}}^T\end{array}\·H_{\mathrm{RA}}^T\right)\·\left[\begin{array}{c}{s}_A^2\\ s_A^1\end{array}\right]=H^T\·s_A.$

与所描述的传输方法相关的下行方向的总信道矩阵H^T是上行方向的转置总信道矩阵H，其中假设上行方向与下行方向的发射频率一致。

在所述方法中，为了从无线电接入点AP向用户台MT传输消息，通过无线电接入点AP双重发送消息。依据现有技术，为了从无线电接入点AP向用户台MT传输消息，仅通过无线电接入点AP进行消息的单次发送，所述消息随后由转发器REP转发给用户台。所述实施的优点在于，在上行方向和下行方向上存在信道的可逆性，其中在所述实施中用户台MT接收作为由转发器REP和由无线电接入点AP所发送的消息的重叠的消息。这意味着，上行方向的总信道矩阵H对应于下行方向的转置总信道矩阵(H^T)^T。这对于依据现有技术从无线电接入点AP向用户台MT的消息传输来说是不存在的。依据现有技术在上行方向和下行方向上信道的可逆性特别是在TDD系统和传输信道时间不变特性的情况下也是不存在的。

在上行方向和下行方向上信道的可逆性可以被使用，以便无线电接入点AP在消息的两次发送之前分别进行预失真，使得可以停止修正由用户台所接收的重叠的消息。为此无线电接入点AP使用由其根据所述方法步骤在上行方向上获取的信道估计结果。这导致无线电通信系统的用户台可以以更简单的方式来构造。通过取消用户台对信道估计的消耗，可以在用户台中更加迅速地进行信号分析。如此执行由无线电接入点AP所发送的消息的预失真，使得“反向先进行”通过无线电信道所造成的发送信号变化，以便几乎未失真的信号到达接收机。这在多个用户台方面可以同时进行，使得接收机考虑向不同接收机所发送的信号的相互间干扰(联合传输(Joint Transmission))。

由用户台所接收的信号的质量相对于现有技术有所提高的另一个原因在于，依据本发明存在更大的发射矢量。因此依据本发明，该发射矢量由于通过无线电接入点AP的两次发送而由两个单独的发射矢量组成： $\left(\begin{array}{c}{s}_A^2\\ s_A^1\end{array}\right)=s_A.$ 这种双重发送虽然需要对无线电资源的较高耗费，但优势在于在接收机处所提高的信号质量的积极效应。这特别是存在差的无线电传输条件的情况下适用。

虽然在图1至4示出了用户台MT和无线电接入点AP分别具有发射和接收天线的情况，而本发明有利地也可以被应用于在发射机和/或者接收机中多个发射和接收天线(MIMO：多输入多输出(Multiple Input Multiple Output))的情况。附加地或者可替代地，本发明可以被应用于以下情况，即不仅一个转发器、而是多个转发器从或者向无线电接入点AP或用户台MT转发消息。这特别是在MIMO系统中导致信道特性的明显改善。

Claims (8)

1.用于通过无线电从发射机(AP)向接收机(MT)传输消息(MESSAGE)的方法，其中，在第一步骤中，发射机(AP)将消息(MESSAGE)发送到转发台(REP)，其特征在于，随后在第二步骤中将消息(MESSAGE)在时间上同时地从发射机(AP)和转发台(REP)传输到接收机(MT)。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步骤之前发射机(AP)一方面直接从接收机(MT)和另一方面从此前已经从接收机(MT)接收了第二消息(PILOT)的转发台(REP)接收第二消息(PILOT)。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在使用双重接收的第二消息(PILOT)的情况下下进行信道估计。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，发射机(AP)在第一步骤的消息发送之前在使用信道估计的结果的情况下进行对消息(MESSAGE)的处理。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，对消息(MESSAGE)的处理在联合传输方法的框架内进行。

6.按权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，发射机(AP)向接收机(MT)发送关于所进行的信道估计的信息。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，接收机(MT)在接收到消息(MESSAGE)之后在使用信道估计的结果的情况下进行对消息(MESSAGE)的处理。

8.用于通过无线电发送消息(MESSAGE)的发射机(AP)，具有用于在第一步骤中向转发台(REP)发送消息(MESSAGE)的装置，其特征在于用于随后在第二步骤中向接收机(MT)发送消息(MESSAGE)使得消息(MESSAGE)在时间上与通过转发台(REP)向接收机(MT)所发送的消息(MESSAGE)同时地到达接收机(MT)的装置。

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