专利名称：：多中继站协作系统中的星座映射方法和装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及无线通信系统，具体地，涉及一种多中继站协作系统中的分布式星座映射方法及装置。
背景技术：
：在目前诸如IEEE802.16j等通信协议中，并没有规定和说明如何利用一个调制符号内的比特可靠性差异来设计多中继站(RelayStation)协作的通信系统。此外，到目前为止并没有发现与之相关的公开文献。通常在基于RS的无线通信系统中，一个或多个RS被用以协助一对节点之间的通信。上述情况主要发生于多跳无线网络或者传感网络中，因为这些网络中节点的发送功率及传输数据受限。协作RS的基本思想是利用无线传输媒体的下述特性增加传输步骤广播特性以及利用独立信道达到分集效果。一般而言，在协作RS系统中，首先源节点101广播数据至各协作RS节点102，然后各RS节点102把处理后的数据转发至目标节点103，整个过程如图l所示。传统的协作分集(C-DIV)是一种非常有效的技术，它允许多个RS协作转发信息。其基本思想如下多个RS参与协作形成虚拟天线阵列从而以分布式的形式获得空间分集增益。为了简化每个RS上的接收和发送处理要求，S.W.KimandR.Chemkuri,"Cooperativespatialmultiplexingforhigh-ratewirelesscommunications,"IEEESPAWC，NewYork,June2005.中建议了一种RS协作策略并称之为协作空间复用(C-SM)。每个RS仅需转发源数据流的1/N数据，其中N为参与协作的RS数目。C-SM与现有的基于Decode-and-Forward(DF)模式的C-DIV结构具有本质的差别，后者需要对于每一次收到的源数据以相同的速率再生并转发，因此需要更多的发送功率用以维持系统正常的工作。显然，虽然C-SM方法降低了每个RS上的数据率，但是所有的比特是被随机分配至各RS上。众所周知，对于一些特定的调制方式，比如方形高阶正交幅度调制(QAM)，一个调制符号内的比特间的可靠性存在明显的差异。因此如何尽可能的平均各比特间的可靠性差异是一个非常重要的问题。
发明内容本发明的目的在于利用调制符号内不同比特间的可靠性差异合理地分配RS资源，从而保证通信系统更加高效地运作。根据本发明的一方面，提供了一种多中继站协作系统中的星座映射方法，所述系统包括至少一个源节点、多个中继站以及至少一个目标节点，所述方法包括步骤源节点将高阶调制符号广播至所有中继站和目标节点；中继站根据比特可靠性差异以及各中继站与目标节点之间的信道差异，将部分低阶调制符号转发至目标节点；目标节点合并和检测来自所有协作中继站的数据。根据本发明的另一方面，提供了一种多中继站协作系统中的中继站，所述系统包括至少一个源节点、多个中继站以及至少一个目标节点，所述中继站包括接收机，用于接收和检测来自源节点的数据；信道编码器，用于根据来自源节点的控制信息来再生编码比特；星座映射生成器，用于根据来自源节点的控制信息，将其中的部分再生比特再生形成为低阶调制符号发射机，用于将己再生形成的调制符号封装成帧，并发射。采用本发明的方法及装置，系统的性能相对于不考虑比特可靠性差异等情况下的性能有大幅度的提升。该方法适用于任何多址系统中，包括正交频分多址接入(OFDMA)，时分多址接入(TDMA)和码分多址接入(CDMA)等。图1示出了现有技术的包含多个RS的协作通信系统。图2示出了根据本发明的下行链路系统框图，其中(a)表示系统处于第一阶段，(b)表示系统处于第二阶段。图3示出了根据本发明的RS的结构及各部分功能示意图。图4显示根据本发明方法的流程图，其中包括BS、RS以及MS之间与本发明紧密相关的控制信令传输。图5示出了根据本发明的一种16-QAM星座映射方法示例。具体实施方式假设在某一小区内共有w个RS参与数据的协作转发。图2示出了基于本发明所描述的分布式星座映射方法的下行链路系统框图。为了更清晰地描述整个系统流程，图2(a)和图2(b)分别示出了多RS协作系统的两个数据传输阶段。在第一阶段，BS201广播数据和控制信息202至所有的协作RS204以及MS205。如果MS接收机205处没有出现译码错误，RS204将不用转发任何数据并且一个数据传输过程结束；否则，RS204接收并检测来自BS201的所有数据，并且根据本发明所建议的方法重新编码生成转发数据用于第二阶段的数据传输。在第二阶段数据传输过程中，RS接收机204的输出信息比特经信道编码模块206后，然后，经由根据本发明的分布式星座映射生成装置207形成该RS的转发数据，并经RS发射机208由各天线发送出去。最后，MS205对所有来自BS201以及RS208的数据进行合并从而提高译码可靠性。图3显示了根据本发明的RS的结构及各部分功能示意图。以下结合图2进行描述。如图所示，每个RS包括RS接收机302、信道编码器303、分布式星座映射生成器305以及RS发射机310，其中RS接收机302主要用于接收来自RS天线的射频信号301并进行数据检测和译码进而得到信息比特；信道编码器303用于对接收机输出的信息比特重新编码，从而有利于数据的转发；分布式星辟映射生成器305利用根据本发明的方法，使用BS发送的Puncturing-pattem控制信令306提供部分数据并形成低阶调制符号输出。RS发射机310的功能主要是对调制符号进行帧映射，最终调至射频形成数据输出311并发送。具体地，分布式星座映射生成器305可以分为两部分凿孔器307和低阶调制器309。首先，凿孔器307根据BS发送的Puncturing-pattern控制信令306确定该RS的凿孔模式，并根据该模式凿去无用的比特信息仅输出部分编码比特308，然后，该部分编码比特308进入低阶调制器309生成低阶调制符号并输出数据符号。图4显示根据本发明的系统运行流程图，其中包括了阶段一和阶段二期间BS、RS以及MS间传递的与本发明相关的控制信令和主要步骤。包括1.MS401测量第z个RS(RSj)402与MS401之间的下行信道参数，并通过控制信令zw:—c/2画e/G幽—lj403，通过MS—RS上行控制信道404进行反馈；2.RS」402测量BS—RS—c下行链路信道参数，然后形成控制信令D丄—Cto朋e/G幽—2—i405通过上行控制信道406发送至BS407，其中包括rs」一MS链路的信道参数403和rs」一BS的信道参数405;3.当BS407收到来自每个有效RS—/(/=i,v.w。)402的控制信令D丄—Cto"恥/c^、2」405时，BS407将根据反馈的控制信令—/405选取最优的iV个RS用于下次的协作传输；在这里，DZ一Cto""e/Ga/"一2一/的具体内容随信道的变化快慢等因素而有所差异。例如对于慢时变信道，可以采用均值信道信息或平均接收信噪比；对于快时g信道，可以采用瞬时信道信息或瞬时接收信噪比等等。4.当BS407决定最优的w个RS后，BS407根据本发明中的方法决定用于w个RS的分布式星座映射方法并形成控制信号尸薩加'—一尸加簡408，从而指示相应于每个RS的凿孔方案；另一方面，BS407产生用于BS—RS(MS)以及RS—MS链路的相关传输参数；5.BS407通过BS—rsj(MS)下行链路409广播数据及控制信令至上述w个最优的RS402以及MS401;6.MS401根据BS407发出的下行控制信令接收、检测来自BS407的数据。如果无误码出现，MS401将发送ACK指示符410(也就是CRC校验结果)至RS402和BS407，指示下一次数据传输过程的开始；否则，MS401反馈NAK指示符410至RS402，指示RS402进行数据转发；7.当rs」402接收到NAK信号410，rs」402根据BS407发送的下行控制信息检测并再生数据。其中的部分数据根据控制信息尸匿納力g—尸加詢408将被保留并形成低阶调制符号，然后加以发送；8.MS401接收来自所有w个协作RS402的数据并根据尸而c^/"g—~細408提供的数据凿孔模式与第一阶段来自BS407的数据进行合并检测，最终形成输出信息比特。BS、RS以及MS间与本发明紧密相关的交互控制信令总结具体见表l所示-表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>为便于更进一步讨论，设定如下的参数在实际应用中，由于大尺度信道衰落参数容易测量且随移动台的移动变化缓慢，因此假设BS通过上行控制信道获得的Z^一Cto，e/G^—2一/信令包括大尺度衰落信息(可以同时考虑路径损耗和阴影衰落)，即假设/z,和g,为BSRS—/-MS无线链路的信道增益且己知相应的大尺度功率增益分别为￡一|1和五fel21，A。表示BS—MS链路的信道增益。在这里，考虑两个RS与协作，也即/=1,2。本发明的核心思想是利用同一调制符号内的比特间可靠性差异进行分布式星座映射。因此，当这些比特在各RS间进行分组前需要首先计算确定各比特的可靠性。对于高阶方形QAM调制而言(例如16-QAM和64-QAM)，经过Gray映射后的各比特之间的可靠性具有很大的差异。这些差异导致译码器的译码性能相对于采用等可靠性比特调制方式的系统有很大程度的降低。图5表示一个采用Gray映射方案的16-QAM的星座图。其中/，501和/2502是16-QAM星座的同相分量；仏503和&504是正交分量。假设单个的接收符号为^1+》，则对其中的比特6进行软解调后得到的对数似然比值(LLR)可定义为其中/C是与SVi有关的参数。因此，当考虑零均值双边带功率谱密度为iV。/2的加性白高斯噪声信道时，可以根据图5的映射规则得出比特/,501和/，502的丄丄/分别为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>因此，可以对于图5中的星座的每一列的平均"i进行比较显然，当考虑第一列星座映射点时(/,=U2=1)，同相分量;c的均--x,。因此，x,等于3x。并且可以得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>且<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>因此，很容易得到如下的不等式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>类似地可以得到其他.如表2所<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表2结果可知，比特/,比比特/2更加可靠。对于正交分量比特《,和比特&而言，可以得到同样的结论如下比特《比比特&更加可靠。因此当16-QAM采用如图5所示的星座映射图案时，比特/,和《相对于比特/2和《2更为重要。在第一阶段期间，当所有比特从BS传输至MS时，比特之间的可靠性差异将导致绝大多数前向纠错码(FEC)的译码性能无法得到最优体现，比如Turbo码。为了尽可能平均这种差异，在第二阶段发送期间，可靠性较低的比特将被分配至具有较高信道增益的RS上，而具有较低信道增益的RS将用于转发高可靠性的比特。因此，当BS确定用于第一阶段中BS->(RS)MS的调制模式为2、QAM后，BS选择两个合适的RS用于转发RSj—MS链路的数据(z=l,2)。在这里，假设两个RS与MS间的路径功率增益为g《，换句话说，RSj:,—MS链路提供了相对于RS—MS链路更大的路径功率增益。接下来，BS需要确定所有参与协作的两个RS的分布式星座映射方案，也就是说BS需要确定由哪个RS负责转发具有更高可靠性的比特。该过程主要由以下6个步骤完成i.根据上述提供的方法计算一个符号内所有比特的可靠性；2.对所有同相分量比特性按降序排列:和正交分量比特《H,的可靠乂3.选择一种用于1^_&—MS链路数据转发的合适的低阶调制方式。当有两个RS参与协作时，应选择2^-QAM调制方式。例如，当选择16-QAM调制方式用于第一阶段BS—(RS)MS链路的传输时，在第二阶段应该选择4-QAM调制方式用于RS—MS链路数据的传输；4.当RS—MS链路的调制模式确定以后，根据步骤2的结果确定每个RS的凿孔方案。对于RS—K,，保留具有较低可靠性的一半比特并凿去剩余的比特；对于RS一^，保留具有较高可靠性的一半比特并凿去剩余的比特；5.当所有分布式星座映射方案的相关参数确定之后，基于上述的参数设计控制信息—。控制信息Pw"c/wn'"g—尸a股m的目的是指示各RS的数据凿孔策略从而使得每个RS保留所需的相应比特，并重新调制和转发。设计该控制信息所需的比特数目与所采用的具体标准有密切关系。在这里，一种指示符的示例如表3所示表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>6.BS广播/^"鹏'ng—P加m7控制信息至两个RS以及MS，从而保证MS端正确的译码和数据合并。尽管按照下行传输为例描述了本发明的实施例，显然，本发明的方法也可以应用于上行传输。权利要求1.一种多中继站协作系统中的星座映射方法，所述系统包括至少一个源节点、多个中继站以及至少一个目标节点，所述方法包括步骤源节点将高阶调制符号广播至所有中继站和目标节点；中继站根据比特可靠性差异以及各中继站与目标节点之间的信道差异，将部分低阶调制符号转发至目标节点；目标节点合并和检测来自所有协作中继站的数据。2.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，将多个中继站分为两组，其中一组较优的中继站用于转发可靠性较低的比特数据，另一组用于转发可靠性较高的比特数据。3.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，源节点广播的高阶调制符号满足比特之间存在可靠性差异的条件。4.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，由中继站转发的所述部分低阶调制符号是指调制阶数等于或小于所述高阶调制符号的调制符号。5.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述目标节点以利于平均比特间可靠性差异的方式进行数据合并和检测。6.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述至少一个源节点是至少一个移动台，所述至少一个目标节点是至少一个基站。7.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述至少一个源节点是至少一个基站，所述至少一个目标节点是至少一个移动台。8.—种多中继站协作系统中的中继站，所述系统包括至少一个源节点、多个中继站以及至少一个目标节点，所述中继站包括接收机，用于接收和检测来自源节点的数据；信道编码器，用于根据来自源节点的控制信息来再生编码比特；星座映射生成器，用于根据来自源节点的控制信息，将其中的部分再生比特再生形成为低阶调制符号发射机，用于将已再生形成的调制符号封装成帧，并发射。9.根据权利要求8所述的中继站，其特征在于，所述星座映射生成器包括凿孔器，用于凿去部分不经所述中继站转发的数据比特；以及低阶调制器，用于根据部分数据比特形成低阶调制符号。全文摘要一种多中继站协作系统中的星座映射方法，所述系统包括至少一个源节点、多个中继站以及至少一个目标节点，所述方法包括步骤源节点将高阶调制符号广播至所有中继站和目标节点；中继站根据比特可靠性差异以及各中继站与目标节点之间的信道差异，将部分低阶调制符号转发至目标节点；目标节点合并和检测来自所有协作中继站的数据。采用本发明的方法，系统的性能相对于不考虑比特可靠性差异等情况下的性能有大幅度的提升。该方法适用于任何多址系统中，包括正交频分多址接入(OFDMA)，时分多址接入(TDMA)和码分多址接入(CDMA)等。文档编号H04B7/26GK101277136SQ20071007946公开日2008年10月1日申请日期2007年3月28日优先权日2007年3月28日发明者成单,吴昌润,常永斌,林恩泽,程锦霞申请人:北京三星通信技术研究有限公司;三星电子株式会社