專利名稱：使用基于mimo的網絡編碼的通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)。更具體來說，本發(fā)明涉及用于無線通信系統(tǒng)的網絡編 碼方案。
背景技術：
網絡編碼通過混合在中間節(jié)點從源節(jié)點所接收的信息并且將混合信息重傳到一 個或多個目標節(jié)點，來提高無線網絡的容量或吞吐量。從中間節(jié)點流出的任何信息的內容 可由目標節(jié)點從流入中間節(jié)點的信息得出。網絡編碼和無線廣播的組合可使用本領域眾所 周知的解碼技術來提高雙向業(yè)務的單播吞吐量。圖1示出基站(BS) 102與移動臺(MS) 106之間使用中繼站(RS) 104的信息交換的 常規(guī)方法(即沒有網絡編碼)。在時隙Tl，MS 106轉發(fā)送往BS 102的分組“a”。由于BS 102超出范圍，所以，RS 104截取分組“a”，并且在時隙T2將它中繼給BS 102。在時隙T3， BS 102又將分組“b”轉發(fā)給MS 106，分組“b”也經由RS 104截取以及在T4經由其中繼。 因此，需要花費4個時隙來完成BS 102與MS 106之間的信息交換。圖2示出BS 102與MS 106之間的信息交換，但在這種情形中，RS 104采用常規(guī) 網絡編碼。在這種情況下，中間節(jié)點(即RS 104)對于從源節(jié)點(即RS 102和MS 106)所 接收的信息進行編碼和多播。在Tl，MS 106將分組“a”轉發(fā)給RS 104。在T2，BS 102將 分組“b”轉發(fā)給RS 104。在T3，RS 104向BS 102和MS 106多播分組的混合“a+b”(其中 “ + ”表示二進制“異或”編碼)。相應地，需要花費3個時隙來完成信息交換。圖2的情形 示出單輸入單輸出(SISO)天線系統(tǒng)、BS-RS-MS情形和相等時隙調度。常規(guī)無線網絡編碼在網絡層或以上、以二進制比特級與SISO天線系統(tǒng)配合操作。 在網絡層或以上操作通常引起解調和解碼方面的復雜度。已知無線通信方案可涉及在發(fā)射器和/或接收器使用單個天線或多個天線。多輸 入多輸出(MIMO)無線通信系統(tǒng)具有在發(fā)射器和接收器的多個天線之間使用的多個通信信 道。相應地，在MIMO系統(tǒng)中，發(fā)射裝置將具有N個發(fā)射天線，并且接收裝置將具有M個接收 天線?？諘r編碼控制從N個發(fā)射天線的每個天線發(fā)射什么數(shù)據。在發(fā)射器的空時編碼功能 處理待發(fā)射的數(shù)據，并且創(chuàng)建要從N個發(fā)射天線發(fā)射的唯一性信息。M個接收天線的每個天 線將接收從N個發(fā)射天線的每個天線所發(fā)射的信號。在接收裝置的空時解碼功能將組合從 N個發(fā)射天線所發(fā)送的信息，以便恢復數(shù)據。在采用虛擬MIMO的系統(tǒng)中，多個移動臺協(xié)作傳送單個移動臺的數(shù)據，以便表現(xiàn)為 MIMO傳輸。例如，具有一個天線的兩個移動臺可各自傳送移動臺數(shù)據之一。二天線基站則可接收這兩個信號，并且使用MIMO技術對它們進行處理。自適應虛擬MIMO表示純虛擬MIMO 和非虛擬MIMO的混合/組合，因此包括虛擬MIMO作為特例。更具體來說，自適應虛擬MIMO 表示虛擬ΜΙΜΟ、單輸入多輸出(SIMO)或者虛擬MIMO和SIMO的組合。自適應虛擬MIMO的 優(yōu)點是適應不同用戶信道條件的靈活性。

發(fā)明內容
在一個實施例中，本文所述的系統(tǒng)和方法采用用于單播傳輸?shù)淖赃m應虛擬ΜΙΜΟ、 基于ΜΙΜΟ的網絡編碼和用于多播傳輸?shù)亩嘤脩籀│Ｗ赃m應虛擬ΜΙΜΟ表示一個或多個移 動臺在一個或多個資源單元進行傳送。在一些實施例中，所采用的網絡編碼方案是解碼轉發(fā)(DF)、映射轉發(fā)(MF)和放大 轉發(fā)(AF)其中之一。在一些實施例中，多用戶MIMO多播傳輸使用空時分組碼(STC)和波束形成其中之
ο在一些實施例中，基于MIMO的網絡編碼通過在較低的物理層使用MF和AF編碼方 案其中之一來執(zhí)行。在一些實施例中，簡化調度器用于更靈活和更簡單的資源分配。在一些實施例中，與圖1和圖2所示的情形(即BS-RS-MS)相比，可適應更多應 用情形。這些情形的一部分包括 MS-BS-MS、RS-BS-RS、MS-BS-RS、BS-RS-RS、BS-RS-MS、 BS-MS-MS和RS-MS-MS。當MS相互靠近時，它們可形成一組，并且這將當作MS組(MSG) 來處理。這些情形的一部分包括 MSG-BS-MSG、MSG-BS-RS、BS-RS-MSG, BS-MSG-MSG 和 RS-MSG-MSG。在一些實施例中，例如RS等中間站接收自適應虛擬MIMO傳輸，將基于MIMO的網 絡編碼應用于所接收的信息，并且經由上行鏈路向服務站傳送經編碼的混合自動重復請求 (HARQ)消息。在一個廣義方面，在包括中間節(jié)點、第一節(jié)點和第二節(jié)點的無線通信系統(tǒng)中提供 一種用于實現(xiàn)基于MIMO的網絡編碼的方法，其中中間節(jié)點包括多個天線，該方法包括第 一節(jié)點將第一數(shù)據傳送到中間節(jié)點，并且第二節(jié)點將第二數(shù)據傳送到中間節(jié)點；中間節(jié)點 接收來自第一節(jié)點和第二節(jié)點的傳輸，并且使用預定義網絡編碼方案對第一數(shù)據和第二數(shù) 據執(zhí)行網絡編碼，以便產生網絡編碼信息；中間節(jié)點使用多用戶MIMO將網絡編碼信息傳送 到第一節(jié)點和第二節(jié)點；以及第一節(jié)點和第二節(jié)點均接收MIMO傳輸，并且應用網絡解碼， 以便恢復第一數(shù)據和第二數(shù)據。第一對端節(jié)點可屬于全部在同一覆蓋區(qū)域內的一組對端節(jié)點。第二對端節(jié)點可屬 于全部在同一覆蓋區(qū)域內的一組對端節(jié)點。在另一個廣義方面，提供無線通信網絡中用于實現(xiàn)基于MIMO的網絡編碼的收發(fā) 器，包括多個天線；可操作以接收來自第一節(jié)點的第一數(shù)據以及來自第二節(jié)點的第二數(shù) 據的電路；使用預定義網絡編碼方案對第一數(shù)據和第二數(shù)據執(zhí)行網絡編碼，以便產生網絡 編碼信息；以及使用多用戶MIMO將網絡編碼信息傳送到第一節(jié)點和第二節(jié)點。通過閱讀以下對本發(fā)明的具體實施例的描述，本領域的技術人員將會清楚地知道 本文所述系統(tǒng)和方法的其它方面和特征。


現(xiàn)在參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，附圖包括圖1示出沒有網絡編碼的情況下BS、MS和RS之間信息交換的常規(guī)方法；圖2示出采用常規(guī)網絡編碼的情況下BS、MS和RS之間信息交換的方法；圖3是在基于MIMO的網絡編碼的一個實施例中的步驟的流程圖；圖4A是根據涉及DF網絡編碼方案的使用的一個實施例的無線通信環(huán)境的示意圖；圖4B是示出使用圖4A所示的DF網絡編碼方案來處理網絡層與物理層之間的比 特的示意圖；圖4C是指明經過圖4A的實施例的各個處理級時各個變量的值的表；圖5A是根據涉及MF網絡編碼方案的使用的一個實施例的無線通信環(huán)境的示意 圖；圖5B是示出使用圖5A所示的MF網絡編碼方案來處理網絡層與物理層之間的比 特的示意圖；圖5C是指明經過圖5A的實施例的各個處理級時各個變量的值的表；圖6A是根據涉及AF網絡編碼方案的使用的一個實施例的無線通信環(huán)境的示意 圖；圖6B是示出使用圖6A所示的AF網絡編碼方案來處理網絡層與物理層之間的比 特的示意圖；圖6C是指明經過圖6A的實施例的各個處理級時各個變量的值的表；圖7是基于MIMO的網絡編碼體系結構的流程圖，其中具有與圖3的預處理步驟有 關的附加細節(jié)；圖8是基于MIMO的網絡編碼體系結構的流程圖，其中具有與圖3的網絡編碼和下 行鏈路步驟有關的附加細節(jié)；圖9是基于MIMO的網絡編碼體系結構的流程圖，其中具有與圖3的網絡解碼步驟 有關的附加細節(jié)；圖10是與本發(fā)明的一些實施例配合使用的調度器的示意圖；圖11是根據一個實施例的無線通信環(huán)境的簡圖；圖12是根據圖11所示的實施例的通信的示例時序圖；圖13是圖11和圖12所示的實施例的示例流程圖；圖14是根據一個實施例的無線通信環(huán)境的簡圖；圖15是根據圖14所示的實施例的通信的示例時序圖；圖16是圖14和圖15所示的實施例的示例流程圖；以及圖17是指明基于MIMO的網絡編碼所實現(xiàn)的網絡增益的示例圖表。
具體實施例方式在一個實施例中，基于MIMO的網絡編碼包括a.兩個對端節(jié)點(或組)使用相同或不同的無線電資源(例如帶寬、時隙)將信息傳送到中間網絡編碼節(jié)點(例如收發(fā)器)。信息可使用空間復用、時分復用和頻分復用中 的一個或多個來傳送。在一個實施例中，信息使用自適應虛擬MIMO來傳送。在這里，每個 對端節(jié)點組包含鄰近的一個或多個對端節(jié)點。在下文中，對端節(jié)點表示對端節(jié)點組。b.中間網絡編碼節(jié)點接收傳輸，將網絡編碼應用于所接收的信息，并且將網絡編 碼信息作為多用戶MIMO傳送。在一個實施例中，MIMO傳輸是空間復用傳輸；以及c.每個對端節(jié)點(或組)接收MIMO流，并且應用適用的網絡解碼程序，以便恢復 fn息O圖3是在基于MIMO的網絡編碼的一個實施例中的步驟的流程圖。圖3意在提供結合本文所述的各個實施例可涉及的各個步驟的高級概述。圖4A是根據涉及DF網絡編碼方案的使用的一個實施例的無線通信環(huán)境的示意 圖。為了便于理解，將結合圖4A所示的實施例來描述圖3的各個高級步驟，但是圖3 的步驟的部分或全部可適用于本文所述和所示的其它實施例。如圖3所示，基于MIMO的網絡編碼的一般體系結構框架考慮執(zhí)行網絡編碼的不同 級，包括在二進制比特級、有限域算術級、調制符號級和信令波形級的網絡編碼?？刹捎酶?種MIMO技術，包括自適應虛擬ΜΙΜΟ、STC和波束形成。體系結構還適合于不同的空中接口， 包括正交頻分復用(OFDM)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。調度步驟302涉及在例如圖4A所示的BS 402等中間網絡編碼節(jié)點的分組的調度 和排隊。調度步驟302由調度器執(zhí)行，它可有助于使來自基于MIMO的網絡編碼的使用的增 益為最大。下面將結合圖10所示的調度器的一個實施例更詳細地描述調度步驟302。在步驟304，在對端節(jié)點404、406執(zhí)行預處理。將結合圖7來提供與預處理步驟有 關的進一步細節(jié)。在步驟306，虛擬MIMO可用于將分組“a”從MS A 404上行傳輸(uplink)到BS 402。虛擬MIMO還可用于將分組“b”從MS B 406上行傳輸?shù)紹S 402。通過虛擬MIMO上行 鏈路，兩個對端節(jié)點可使用同一資源單元向中間網絡編碼節(jié)點進行傳送。圖3中未示出的是在BS 402執(zhí)行的解調步驟(對于DF和MF)和解碼(對于DF) 步驟，BS 402使用最小均方誤差(MMSE)(或者匪SE軟干擾計算(MMSE-SIC)或迫零)檢測 技術對所接收的信息進行解碼。在步驟308，在網絡編碼節(jié)點執(zhí)行網絡編碼，網絡編碼節(jié)點在圖4中是BS 402。在 這個實施例中，網絡編碼包括二進制(或有限域算術)線性組合。在步驟310，BS 402經由下行鏈路MIMO傳輸(例如STC或波束形成)向MS A 404 和MS B 406同時多播a+b。圖4B是示出使用圖4A所示的DF網絡編碼方案來處理網絡層與物理層之間的比 特的示意圖。圖4C是指明經過這個實施例的各個處理級時各個變量的值的表。圖4B和4C的說明如下。以圖4C的表中的行1為例。在網絡層，MS A 404生成 信息比特bA = 0。MS B 406生成信息比特bB = 0。MS A 404和MS B 406均將信息比特從網絡層傳遞到物理層，將信息變換到適當?shù)?調制符號中，并且經由資源單元#1向BS 402傳送。對于二進制相移鍵控(BPSK)調制，將 信息比特0映射到調制符號-1，因此xA = -l,xB = -l0
BS 402接收來自MS A 404和MS B 406的兩個符號的總和。假定噪聲是可忽略 的，則所接收的符號變成yBS =-2。BS 402采用ΜΙΜΟ解調器和前向差錯控制(FEC)解碼器
來估計信息比特、即，并且將它們向上傳遞到網絡層。在網絡層，BS 402進行信息
混合、如“異或”運算，以便得到網絡編碼位bBS = 0。BS將bBS向下傳遞到物理層，使用適當 的調制、即xDF = -1，并且經由資源單元#2向MS A 404和MS B 406進行多播?？山Y合圖4C的表的行2、3和4來執(zhí)行類似分析。在行2中，MS A404生成信息比 特bA = 1，并且MS B 406生成信息比特bB = 0。在行3中，MS A 404生成信息比特bA = 0，并且MS B 406生成信息比特bB= 1。在行4中，MS A 404生成信息比特bA= 1，并且MS B 406生成信息比特bB = 1。將結合下面所述的圖8來提供與步驟308和310有關的進一步細節(jié)。在步驟312，MS A 404和MS B 406首先對網絡編碼分組進行解碼，然后通過與它 自己所傳送的信息的線性運算(例如“異或”)提取預期信息，即，MS A 404使用它對分組 “a”的了解對于來自BS 402的傳輸進行解碼，并且計算分組“b”。同樣，MS B 406使用它 對分組“b”的了解對于來自BS 402的傳輸進行解碼，以便計算分組“a”。圖4A所示情形的優(yōu)點在于，僅使用經由虛擬MIMO的上行鏈路中一個資源單元，并 且僅使用經由網絡編碼的下行鏈路中的一個資源單元。圖5A是根據涉及MF網絡編碼方案的使用的一個實施例的無線通信環(huán)境的示意 圖。再次來看圖3，在步驟304，在對端節(jié)點504、506執(zhí)行預處理。在這種情況下，兩 個對端節(jié)點執(zhí)行預失真(例如相位旋轉和功率控制)，并且使用相同的調制和編碼方案 (MCS)。在步驟306，虛擬MIMO可用于將分組“a”從MS A 504上行傳輸?shù)紹S 502。虛擬 MIMO還可用于將分組“b”從MS B 506上行傳輸?shù)紹S 502。這個步驟可同時執(zhí)行，即，使用
同一資源單元。在步驟308，在BS 502執(zhí)行網絡編碼。在這個實施例中，BS 502按照判定區(qū)域將 進入符號“a”和“b”映射到有效符號級星座。這種情況如圖5B所示。在步驟310，BS 502使用下行鏈路ΜΙΜΟ傳輸、使用例如STC或波束形成同時向MS A 504 和 MS B 506 多播 awbwo在步驟312，MS A 504和MS B 506首先對網絡編碼分組進行解碼，然后通過與它 自己所傳送的信息的線性運算(例如“異或”)提取預期信息，即，MS A 504使用它對分組 “a”的了解對于來自BS 502的傳輸進行解碼，并且計算分組“b”。同樣，MS B 506使用它 對分組“b”的了解對于來自BS 502的傳輸進行解碼，以便計算分組“a”。圖5A所示情形的優(yōu)點在于，僅使用經由虛擬ΜΙΜΟ的上行鏈路中一個資源單元，并 且僅使用經由網絡編碼的下行鏈路中的一個資源單元。也沒有在中間節(jié)點所需的解碼過 程。圖5Β是示出使用圖5Α所示的MF網絡編碼方案來處理網絡層與物理層之間的比 特的示意圖。圖5C是指明經過這個實施例的各個處理級時各個變量的值的表。圖5Β和5C的說明如下。以圖5C所示的表中的行2為例。在網絡層，MS A 504生 成信息比特bA = 1。MS B 506生成信息比特bB = 0。
MS A 504和MS B 506均將信息比特從網絡層傳遞到物理層，將信息變換到適當?shù)?調制符號中，并且經由資源單元#1向BS 502傳送。對于BPSK調制，將信息比特1映射到 符號xA = 1。并且將信息比特0映射到符號xB = -1。BS 502接收來自MS A 504和MS B 506的兩個符號的總和。假定噪聲是可忽略 的，則所接收的符號變成yBS = 0。BS 502采用MIMO解調器(沒有FEC解碼器)，并且在物理層將所接收的信號映射 到有效調制符號xMF。映射規(guī)則(或者稱作BPSK的MF判定區(qū)域)的一個示例如圖5B的底 部所述。在這里，由于yBS = 0，所以將它映射到符號Xmf =+1。因此，xMF是物理層網絡編碼 調制符號。隨后，BS 502經由資源單元#2向MS A 504和MS B 506多播xMF?？山Y合圖5C的表的行1、3和4來執(zhí)行類似分析。圖6A是根據涉及AF網絡編碼方案的使用的一個實施例的無線通信環(huán)境的示意 圖。再次來看圖3，在步驟304，在對端節(jié)點604、606執(zhí)行預處理。在步驟306，虛擬MIMO可用于將分組“a”從MS A 604上行傳輸?shù)紹S 602。虛擬 MIMO還可用于將分組“b”從MS B 606上行傳輸?shù)紹S 602。這個步驟可同時執(zhí)行，即，可使
用同一資源單元。在步驟308，在BS 602執(zhí)行網絡編碼。在這個實施例中，BS 602放大進入MIMO信 號(波形級)。這種情況如圖6B所示。在步驟310，BS 602使用下行鏈路ΜΙΜΟ傳輸、使用例如STC或波束形成同時向MS A 604 和 MS B 606 多播 aAFbAF。在步驟312，MS A 604和MS B 606的每個首先減去它自己的信息，然后對經過減 法的分組進行解碼以得到預期信息，即，MS A 604使用它對分組a的了解對于來自BS 602 的傳輸進行解碼，并且計算分組“b”。同樣，MS B 606使用它對分組b的了解對于來自BS 602的傳輸進行解碼，以便計算分組“a”。圖6A所示情形的優(yōu)點在于，僅使用經由虛擬MIMO的上行鏈路中一個資源單元，并 且僅使用經由網絡編碼的下行鏈路中的一個資源單元。也沒有在對端節(jié)點所需的解碼過 程，并且沒有解調過程。圖6B是示出使用圖6A所示的AF網絡編碼方案來處理網絡層與物理層之間的比 特的示意圖。圖6C是指明經過這個實施例的各個處理級時各個變量的值的表。圖6B和圖6C的說明如下。以圖6C所示的表中的最后一行為例。在網絡層，MS A 504生成信息比特bA = 1。MS B 506生成信息比特bB = 1。MS A 604和MS B 606均將信息比特從網絡層傳遞到物理層，將信息變換到適當?shù)?調制符號中，并且經由資源單元#1向BS 602傳送。對于BPSK調制，將信息比特1映射到 符號1 ；因此，xA= 1并且xB = 1。BS 602接收來自MS A 604和MS B 606的兩個符號的總和。假定噪聲是可忽略 的，則所接收的符號變成yBS = 2。BS 602將所接收的信號yBS乘以因子β，并且得到信號xAF。注意，不需要MIMO解 調器和FEC解碼器。隨后，BS 602經由資源單元#2向MS A 604和MS B 606多播xAF。
可結合圖6C的表的行1、2和3來執(zhí)行類似分析。
圖4A、圖4B、圖4C、圖5A、圖5B、圖5C、圖6A、圖6B和圖6C分別提供可用于實現(xiàn)本 發(fā)明的實施例的通信系統(tǒng)或者通信系統(tǒng)的元件的具體示例。要理解，本發(fā)明的實施例可采 用具有與本文所述的具體示例不同但是按照符合本文所述的實施例的實現(xiàn)的方式進行操 作的體系結構的通信系統(tǒng)來實現(xiàn)。例如，網絡編碼節(jié)點可以是RS節(jié)點或BS節(jié)點或者MS節(jié)點，并且網絡解碼節(jié)點可 以是MS節(jié)點、RS節(jié)點或BS節(jié)點。網絡編碼配置可以是MS-BS-MS、MS-RS-MS, MS-BS-RS, RS-BS-RS、BS-RS-RS、BS-MS-MS, RS-MS-MS, MSG-BS-MSG (MS 組)、MSG-RS-MSG, BS-MSG-MSG, RS-MSG-MSG和MSG-BS-RS。網絡路徑可由上述網絡編碼配置的各個基本配置或者它們的組 合來構成。網絡可通過上述網絡編碼配置和/或網絡路徑的各個基本配置或者它們的組合 來配置。網絡可利用點對多點(PMP)或網狀拓撲結構。圖7是基于MIMO的網絡編碼體系結構的流程圖，其中具有與預處理步驟有關的附 加細節(jié)。步驟302、306、308、310和312按照與以上結合圖3所述的相同方式來執(zhí)行。圖7 中，僅提供關于預處理步驟304的進一步細節(jié)。在一個實施例中，信息比特的預處理按照以下所述來執(zhí)行。在步驟702，將信息比 特打包(pack)，并且在步驟704，添加媒體訪問控制(MAC)報頭和循環(huán)冗余校驗(CRC)。在 步驟706，應用前向差錯控制碼(例如卷積碼、Turbo碼、低密度奇偶校驗碼(LDPC))。在步 驟708，將所得信息映射到調制符號(例如正交相移鍵控(QPSK)、16正交幅度調制(QAM)、 64QAM)。在步驟710，確定是否采用MF網絡編碼方案。如果是，則應用預失真(例如星座旋 轉和/或功率控制)并且進入步驟714，否則，直接進入步驟714，其中將基帶調制符號變換 成通帶波形信號。然后進入以上結合圖3所述的上行鏈路自適應虛擬MIMO傳輸步驟306。圖8是基于MIMO的網絡編碼體系結構的流程圖，其中具有與網絡編碼和下行傳輸 步驟有關的附加細節(jié)。步驟302、304、306和312按照與以上結合圖3所述的相同方式來執(zhí) 行。圖8中，僅提供關于網絡編碼步驟308和下行傳輸步驟310的進一步細節(jié)。在步驟802，中間節(jié)點接收來自兩個對端節(jié)點的信息/信號。在步驟804，執(zhí)行關 于正使用哪一種網絡編碼方案的檢查。如果網絡編碼方案是MF，則進入步驟806。如果網 絡編碼方案是AF，則進入步驟808。如果網絡編碼方案是DF，則進入步驟810。在步驟806(即，網絡編碼方案是MF)，按照取決于在步驟712的預失真過程的預定 判定區(qū)域將所接收的信號映射到有效調制符號。進入步驟818。在步驟808(即，網絡編碼方案是AF)，放大所接收的信號，并且進入步驟818。在步驟810(即，網絡編碼方案是DF)，應用接收器技術之一(例如Zend Framework (ZF), MMSE, MMSE-SIC)，以便得到后處理信號。在步驟812對于每個對端節(jié)點的 數(shù)據流，進行解調、解碼、解MAC，以便得到信息比特。在步驟814，網絡通過“異或”(或其它 有限域算術)運算對于來自兩個對端節(jié)點的信息比特進行編碼。如果來自兩個對端的分組 大小不同，則在網絡編碼之前簡單地為較短分組填充零。在步驟816，添加MAC報頭，應用 FEC碼，并且應用調制星座。進入步驟818。在步驟818，將基帶信號變換成通帶信號，并且經由下行鏈路MIMO傳輸(例如STC 或波束形成)將這些信號從網絡編碼節(jié)點向兩個對端節(jié)點多播。然后進入以上結合圖3所 述的網絡解碼步驟312。下面結合圖9來提供與網絡解碼步驟有關的更多細節(jié)。
圖9是基于ΜΙΜΟ的網絡編碼體系結構的流程圖，其中具有與網絡解碼步驟有關的 附加細節(jié)。步驟302、304、306、308和310按照與以上結合圖3所述的相同方式來執(zhí)行。圖 9中，僅提供關于網絡解碼步驟312的進一步細節(jié)。在步驟902，每個對端節(jié)點接收多播信號。在步驟904，執(zhí)行關于正使用哪一種網 絡編碼方案的檢查。如果網絡編碼方案是MF或DF，則進入步驟906。如果網絡編碼方案是 AF，則進入步驟914。在步驟906 (即，網絡編碼方案是DF或AF)，將信號解調為有效調制符號。在步驟 908，應用FEC碼解碼過程。在步驟910，對報頭解MAC (和校驗CRC)，以便得到(網絡編碼) 信息比特。在步驟912，通過經由“異或”(或其它有限域算術)運算將所接收的(網絡編 碼)信息比特與所傳送的信息比特進行混合，來執(zhí)行網絡解碼，并且因此得到預期信息比 特。解調906、解碼908、網絡解碼912和解MAC 910的聯(lián)合過程也可按照迭代方式進行。進 入步驟922。在步驟914(即，網絡編碼方案是AF)，從所接收的多播信號中減去所傳送的信息 信號。在步驟916，將經過減法的信號解調為有效調制符號。在步驟918，應用前向差錯控 制碼解碼過程。在步驟920，對報頭解MAC(和校驗CRC)，以便得到預期信息比特。進入步 驟 922。
在步驟922，將預期信息比特傳遞到上層。圖10是與本發(fā)明的一些實施例結合使用的調度器的示意圖。所示的是具有一組天線1004、1006的BS 1000。BS 1000示為與MS A 1008和MS B 1010進行無線通信。注意，BS 1000可連接到任何網絡或者網絡的部分，從其中/通過其 中向/從基站1000傳遞分組1012。所示的還有UL和DL交換機1014，它用于向(在下行 鏈路方向)和從(在上行鏈路方向)BS 1000傳送分組。所示的還有用于DF的網絡代碼編碼器1016，它用于對于從虛擬隊列A 1018 (即， 來自MS A 1008的分組的隊列)或者虛擬隊列B1020( S卩，來自MS B 1008的分組的隊列) 所接收的分組進行編碼。在編碼之后，將分組1012傳送到UL和DL交換機1014，以便按照 上述方式傳送到MS 1008和MS B 1010。BS 1000還包括基于MIMO的網絡編碼調度器1002。基于MIMO的網絡編碼調度器 1002在虛擬隊列A 1018或者虛擬隊列B 1020中的分組當中選擇供傳輸?shù)姆纸M?；贛IMO 的網絡編碼調度器1002用于增加原本不會實現(xiàn)的網絡編碼增益?；贛IMO的網絡編碼調度器1002安排上行鏈路和下行鏈路的靈活資源分配。對 于上行鏈路，存在于相同(或不同)資源單元的兩個對端的分配。在這里，資源單元定義如 下(i)用于OFDM的時間頻率子信道；(ii)用于TDMA的時隙；以及(iii)用于CDMA的正 交碼。對于下行鏈路，存在為了網絡編碼節(jié)點使用STC和波束形成進行多播而進行的資源 分配?？紤]例如隊列長度和公平性等實際因素。在操作中，來自MS A 1008的分組(以實線輪廓示出)將經由UL和DL交換機1014 到達BS 1000。來自MS B 1010的分組(以虛線輪廓示出)也將按照同樣的方式到達。在 兩種情況下，分組將由UL和DL交換機1014傳送到基于MIMO的網絡編碼調度器1002，它們 在其中將按照被接收的順序進入初始虛擬隊列1022。然后，分組從初始虛擬隊列1022傳送 到虛擬隊列A 1028或者虛擬隊列B，取決于分組從MS A 1008還是從MS B 1020始發(fā)。
當兩個虛擬隊列為非空時，網絡代碼編碼器1016對于來自兩個隊列的分組進行 編碼，并且將它傳遞到UL和DL交換機1014以便向兩個對端進行下行鏈路多播。這樣，實 現(xiàn)網絡編碼增益，因此增強系統(tǒng)性能。當只有一個隊列為非空時，網絡代碼編碼器1016只 把來自非空隊列的分組傳遞到UL和DL交換機。這與沒有網絡代碼編碼器1016的傳統(tǒng)調 度器相同。當兩個隊列為空時，網絡代碼編碼器不進行任何操作。為了完全實現(xiàn)網絡編碼增益，調度對于上行鏈路采用稱作最低隊列最高優(yōu)先級 (LQHP)算法的策略。這樣，調度器1002將對具有較短隊列的用戶賦予最高優(yōu)先級，由此提 高網絡增益和系統(tǒng)性能?，F(xiàn)在描述圖11-16的實施例。這些實施例特別適合與HARQ重傳結合使用基于MIMO 的網絡編碼。當中繼網絡在中間站(例如RS或MS。為了便于理解，RS在下文中用于表示RS或者MS。)不提供網絡編碼的情況下，不同源站(例如移動臺)從中間站到服務站(例如BS) 的HARQ重傳將在上行鏈路方向上使用不同的資源。本文所述的實施例使用基于MIMO的網 絡編碼向服務站轉發(fā)網絡編碼HARQ信息。這可提高HARQ可靠性，并且還可降低資源消耗。根據HARQ重傳的一個方面，提供以下基本步驟(I)MS使用相同(或不同)無線電資源(例如帶寬、時隙)向中繼站傳送信息。這 種傳輸還部分地由基站接收。(2)RS接收傳輸，應用所接收信息的基于MIMO的網絡編碼，并且在上行鏈路方向 將編碼HARQ信息信號傳送到服務站(例如BS)。(3)BS接收在(1)來自源站的部分流以及接收在(2)來自RS的編碼HARQ信息信 號。BS應用迭代解碼、解調和檢測程序，以便恢復來自MS的原始信息。圖11是根據一個實施例的無線通信環(huán)境的簡圖。所示的是蜂窩無線網絡，其中包 括基站(BS) 1102、中繼站(RS) 1104以及兩個移動臺MSl 1106和MS2 1108。BS 1102是MSl 1106和MS2 1108的服務站。作為服務站，BS 1102負責調度上行鏈路傳輸和HARQ重傳的 資源，并且依照請求發(fā)送確認(ACK)/否定確認(NACK)傳輸。圖11還示出標記為“H” 1110的BS 1102的高幾何區(qū)域。所示的還有標記為 “M” 1112的BS 1102的中部幾何區(qū)域以及標記為“L” 1114的BS 1102的低幾何區(qū)域。最 后，RS 1104的覆蓋區(qū)域標記為“C”1116。MSl 1106和MS2 1108均位于中部幾何區(qū)域1112 中，并且在RS 1104的覆蓋區(qū)域1116之內。眾所周知，MS可散布于BS或RS的整個覆蓋區(qū)域。比第二 MS (例如在中部幾何區(qū) 域中)更接近BS的第一 MS(例如在高幾何區(qū)域中)將需要相對較少功率以便在上行鏈路 和下行鏈路方向上與BS進行通信。在這種示范情況下，BS 1102的同步和控制信號能夠到達中部幾何區(qū)域1112。圖 12是根據圖11所示的實施例的通信的示例時序圖。圖13是圖11和圖12所示的實施例的 示例流程圖。現(xiàn)在來看圖11-13，在步驟 1302，BS 1102 通過向 RS 1104、MSl 1106 和 MS2 1108 轉發(fā)BS控制分組B-SCH來執(zhí)行調度。在步驟1304，MS 11106*MS2 1108使用相同/不同的 資源單元向RS 1104和BS 1102多播其分組dl、d2(在這種情況下經由自適應虛擬ΜΙΜΟ)。在步驟1306，BS 1102設法分別對于從MSl 1106和MS21108所接收的dl和d2進行解碼。如果在步驟1308的成功確定之后已成功解碼，則BS 1102在步驟1316向MSl 1106、MS2 1108和RS 1104多播ACK分組。該過程在步驟1320結束。如果沒有成功解碼，則BS 1102在步驟1314向RS 1104單播NACK分組。然后在 步驟1310，RS 1104分別對于從MSl 1106和MS2 1108所接收的dl和d2進行解調和/或 解碼。在步驟1312，RS 1104則執(zhí)行基于ΜΙΜΟ的網絡編碼(使用上述網絡編碼方案的任一 個)，然后向BSl 102單播編碼HARQ。在步驟1306，BS 1102收集來自步驟1304和步驟1312的所接收信號，并且進行迭 代網絡和信道解碼，以便得到分別最初從MSl 1106和MS21108傳送的原始信息dl、d2。如果在步驟1308的成功確定之后已成功解碼，則BS 1102在步驟1316向MSl 1106、MS2 1108和RS 1104多播ACK分組。否則，重復進行步驟1314。該過程在步驟1320結束。圖14是根據一個實施例的無線通信環(huán)境的簡圖。所示的是蜂窩無線網絡，其中包 括 BS 1402、RS 1404 以及兩個移動臺 MSl 1406 和 MS21408。圖14還示出標記為“H”1410的BS 1402的高幾何區(qū)域。所示的還有標記為 “M” 1412的BS 1402的中部幾何區(qū)域以及標記為“L” 1414的BS 1402的低幾何區(qū)域。最 后，RS 1404的覆蓋區(qū)域標記為“C”1416。MSl 1406位于中部幾何區(qū)域1412中，而MS21408 位于低幾何區(qū)域1414中。MSl 1406和MS2 1408均位于RS 1404的覆蓋區(qū)域1416之內。如果BS 1402的同步和控制信號可覆蓋低幾何區(qū)域1414，則BS1402成為MSl 1406和MS2 1408的服務站。這稱作透明模式。否則，RS 1404需要向MS2 1408發(fā)送同步 和控制信號。在這種情況下，BS 1402成為MSl 1406的服務站，而RS 1404成為MS2 1408 的服務站。這稱作非透明模式。服務站(作為可能的情況為BS 1402或RS 1404)負責調 度上行鏈路傳輸和HARQ重傳的資源，并且依照請求發(fā)送ACK/NACK傳輸。在這種示范情況下，BS 1402的同步和控制信號能夠到達中部幾何區(qū)域1412而不 是低幾何區(qū)域1414。圖15是根據圖14所示的實施例的通信的示例時序圖。圖16是圖14和圖15所 示的實施例的示例流程圖。以下論述以對應方式參照圖14-16的每個。在步驟1602，BS 1402通過向RS 1404和MSl 1406轉發(fā)用于資源調度的BS控制分 組B-SCH，來執(zhí)行調度。在步驟1604，RS 1404通過轉發(fā)用于資源調度的RS控制分組R-SCH 來執(zhí)行調度，或者BS 1602調度MS21608(在透明模式的情況下，附圖中未明確示出)。在步驟1606，MSl 1406 向 BS 1402 和 RS 1404 多播 dl，而 MS2 1408 使用相同 / 不 同的資源單元向RS 1404單播d2。在步驟1608，RS 1404分別對于從MSl 1406和MS2 1408所接收的dl和d2進行 解調/解碼。為了便于本描述，假定這個步驟始終是成功的。然后，RS 1404向MS2 1408單 播ACK分組(相對于d2，即從MS21408所接收的信息)，并且向BS 1402單播ACK分組(相 對于dl JPWMSl 1406所接收的信息)。在步驟1610，BS 1402設法對于從MSl 1406所接收的dl進行解碼。如果解碼不成功，則BS 1402向RS 1404單播NACK分組，并且在步驟1620，RS 1404執(zhí)行dl和d2 (即， 分別從MSl 1406和MS2 1408所傳送的信息)的基于MIMO的聯(lián)合網絡和信道編碼(JNCC) (使用上文確定的網絡編碼方案的任一個)，然后向BS 1402單播編碼信息(或者稱作JNCCHARQ信息)。BS 1402收集來自步驟1606和1620的信號，并且進行迭代網絡和信道解碼，以便 得到來自MSl 1406的原始信息dl和來自MS2 1408的原始信息d2。如果在步驟1624確定成功解碼，則BS 1402向MSl 1406和RS 1404多播ACK分 組，以及該過程在步驟1626結束。否則，BS 1402向RS 1404單播NACK分組，以及該過程 返回到步驟1620。再返回到步驟1612，如果在步驟1612確定成功解碼，則BS 1402向MSl 1406和 RS 1404多播ACK分組。在步驟1614，RS 1404對d2 (來自MS2 1408)執(zhí)行信道編碼，然后 向BS 1402單播信息。BS 1402接收信息，并且進行信道解碼，以便得到來自MS2 1408的原始信息d2。如 果在步驟1618確定成功解碼，則BS 1402向RS 1404多播ACK分組，該過程在步驟1626結 束。否則，BS 1402向RS 1404單播NACK分組， 以及該過程返回到步驟1614。圖17是指明基于MIMO的網絡編碼所實現(xiàn)的網絡增益的示例圖表。沿水平軸是關 于BS的覆蓋半徑的指示(在這種情況下為1. 4km、1. Okm或者0. 5km)。沿垂直軸是歸一化 吞吐量。為了便于比較，6個SISO系統(tǒng)的歸一化吞吐量示為等于1。在其中BS的覆蓋半徑為1.4km的第一示例系統(tǒng)中，通過使用DF網絡編碼實現(xiàn) 8. 65%的增益。在其中BS的覆蓋半徑為Ikm的第二系統(tǒng)中，DF網絡編碼實現(xiàn)12. 99%的增 益。在其中BS的覆蓋半徑為0. 5km的第三系統(tǒng)中，DF網絡編碼實現(xiàn)22. 03%的增益。用于測試基于MIMO的網絡編碼所實現(xiàn)的增益的設置如下所述。BS與兩個天線 配合使用，而兩個MS分別與一個天線配合使用。虛擬MIMO用于上行鏈路，空時發(fā)射分集 (STTD)用于網絡編碼多播下行鏈路。采用DF網絡編碼方案。對于上行鏈路和下行鏈路每 幀調度相等吞吐量，并且使用單個小區(qū)(cell)、每次傳輸(drop)兩個MS、1000次實現(xiàn)。使用上述設置觀察到，在BS的覆蓋半徑為1. 4km的情況下，ΜΙΜΟ增益為88. 67%, 并且網絡編碼增益為17. 02%。在BS的覆蓋半徑為Ikm的情況下，MIMO增益為71. 06%，并 且網絡編碼增益為23. 94%。在BS的覆蓋半徑為0. 5km的情況下，MIMO增益為50. 87%, 并且網絡編碼增益為37. 23%。因此，觀察到基于MIMO網絡編碼的復合增益大于85%。還觀察到，在這個實施例 中，MIMO增強純網絡編碼增益。已經描述的只是說明本發(fā)明的原理的應用。其它布置和方法可由本領域的技術人 員來實現(xiàn)，而沒有背離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
在包括中間節(jié)點、第一節(jié)點和第二節(jié)點的無線通信系統(tǒng)中，一種用于實現(xiàn)基于MIMO的網絡編碼的方法，其中所述中間節(jié)點包括多個天線，所述方法包括所述第一節(jié)點向所述中間節(jié)點傳送第一數(shù)據，并且所述第二節(jié)點向所述中間節(jié)點傳送第二數(shù)據；所述中間節(jié)點接收來自第一節(jié)點和第二節(jié)點兩者的傳輸，并且使用預定義網絡編碼方案對所述第一數(shù)據和第二數(shù)據執(zhí)行網絡編碼，以便產生網絡編碼信息；所述中間節(jié)點使用多用戶MIMO向所述第一節(jié)點和第二節(jié)點傳送所述網絡編碼信息；以及第一節(jié)點和第二節(jié)點均接收所述MIMO傳輸，以及應用網絡解碼，以便恢復所述第一數(shù)據和第二數(shù)據。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述MIM0傳輸是空間復用傳輸。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，使用空間復用、時分復用和頻分復用中的一種 或多種，所述第一節(jié)點向所述中間節(jié)點傳送第一數(shù)據，并且所述第二節(jié)點向所述中間節(jié)點傳送第二數(shù)據。
4.如權利要求1、2或3所述的方法，其中，使用自適應虛擬MIM0，所述第一節(jié)點向所述 中間節(jié)點傳送第一數(shù)據，并且所述第二節(jié)點向所述中間節(jié)點傳送第二數(shù)據。
5.如權利要求1至4中的任一項所述的方法，其中，所述第一節(jié)點屬于全部在同一覆蓋 區(qū)域內的一組節(jié)點。
6.如權利要求1至5中的任一項所述的方法，其中，所述第二節(jié)點屬于全部在同一覆蓋 區(qū)域內的一組節(jié)點。
7.如權利要求1至6中的任一項所述的方法，其中，網絡編碼在所述中間節(jié)點通過對所 述第一數(shù)據與所述第二數(shù)據的“異或”(X0R)運算來實現(xiàn)。
8.如權利要求1至6中的任一項所述的方法，其中，在所述中間節(jié)點所采用的所述網絡 編碼方案是解碼轉發(fā)(DF)、映射轉發(fā)(MF)和放大轉發(fā)(AF)其中之一。
9.如權利要求1至8中的任一項所述的方法，其中，所述中間節(jié)點是中繼站(RS)、移動 臺(MS)和基站(BS)其中之一。
10.一種用于調度根據如權利要求1至9所述的方法所實現(xiàn)的基于MIM0的網絡編碼傳 輸?shù)恼{度器，所述調度器包括用于存儲來自所述第一節(jié)點的一個或多個分組的第一隊列； 用于存儲來自所述第二節(jié)點的一個或多個分組的第二隊列；其中將用于調度用于網絡編碼的分組的較高優(yōu)先級賦予所述第一隊列和所述第二隊 列中具有較短隊列長度的隊列。
11.如權利要求1至10中的任一項所述的方法，其中，所述網絡編碼信息是混合自動重 復請求(HARQ)消息。
12.一種在無線通信網絡中用于實現(xiàn)基于MIM0的網絡編碼的收發(fā)器，包括 多個天線；可操作以執(zhí)行下列步驟的電路接收來自第一節(jié)點的第一數(shù)據以及來自第二節(jié)點的第二數(shù)據； 使用預定義網絡編碼方案對所述第一數(shù)據和第二數(shù)據執(zhí)行網絡編碼，以便產生網絡編碼信息；以及使用多用戶MIM0向所述第一節(jié)點和第二節(jié)點傳送所述網絡編碼信息。
13.如權利要求12所述的收發(fā)器，其中，所述多用戶MIM0傳輸是空間復用傳輸。
14.如權利要求12或13所述的收發(fā)器，其中，使用空間復用、時分復用和頻分復用中的 一種或多種，所述第一節(jié)點向所述中間節(jié)點傳送第一數(shù)據，并且所述第二節(jié)點向所述中間 節(jié)點傳送第二數(shù)據。
15.如權利要求12、13或14所述的收發(fā)器，其中，網絡編碼通過對所述第一數(shù)據與所述 第二數(shù)據的“異或”(X0R)運算來實現(xiàn)。
16.如權利要求12、13或14所述的收發(fā)器，其中，所述網絡編碼方案是解碼轉發(fā)(DF)、 映射轉發(fā)(MF)和放大轉發(fā)(AF)其中之一。
17.如權利要求12至16中的任一項所述的收發(fā)器，其中，所述收發(fā)器是中繼站(RS)或 移動臺(MS)。
18.如權利要求12至17中的任一項所述的收發(fā)器，其中，所述收發(fā)器是基站(BS)。
19.如權利要求12至18中的任一項所述的收發(fā)器，進一步包括調度器，所述調度器包括用于存儲來自所述第一節(jié)點的一個或多個分組的第一隊列； 用于存儲來自所述第二節(jié)點的一個或多個分組的第二隊列；其中將用于調度用于網絡編碼的分組的較高優(yōu)先級賦予所述第一隊列和所述第二隊 列中具有較短隊列長度的隊列。
20.如權利要求12至19中的任一項所述的收發(fā)器，其中，所述網絡編碼信息是混合自 動重復請求(HARQ)消息。
全文摘要
無線通信系統(tǒng)包括中間節(jié)點、第一節(jié)點和第二節(jié)點。描述了一種用于實現(xiàn)基于MIMO的網絡編碼的方法，包括第一節(jié)點向中間節(jié)點傳送第一數(shù)據；以及第二節(jié)點向中間節(jié)點傳送第二數(shù)據。第一節(jié)點和第二節(jié)點均可對共同/不同的資源使用空間復用或時分復用或者頻分復用。中間節(jié)點接收來自第一節(jié)點和第二節(jié)點的傳輸，并且使用預定義網絡編碼方案對第一數(shù)據和第二數(shù)據執(zhí)行網絡編碼，以便產生網絡編碼信息。中間節(jié)點使用多用戶MIMO向第一節(jié)點和第二節(jié)點傳送網絡編碼信息；以及每個第一或第二節(jié)點接收來自中間節(jié)點的MIMO傳輸，并且應用網絡解碼程序，以便恢復第一數(shù)據和第二數(shù)據。網絡編碼方案包括解碼轉發(fā)(DF)、映射轉發(fā)(MF)和放大轉發(fā)(AF)。第一節(jié)點和第二節(jié)點可以是全部在同一覆蓋區(qū)域內的節(jié)點組的成員。還描述了一種用于調度基于MIMO的網絡編碼傳輸?shù)姆椒??；旌献詣又貜驼埱?HARQ)傳輸還可經過網絡編碼。
文檔編號H04B7/06GK101836369SQ200880114681
公開日2010年9月15日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權日2007年8月27日
發(fā)明者J·元, J·吳, 房慕嫻, 童文 申請人:北方電訊網絡有限公司