專利名稱：用于協同無線通信的軟轉發的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及協同無線通信，且更具體而言涉及為協同中繼無線通信提供糾錯。
背景技術：
無線通信是現代的電子通信領域中快速發展的技術。例如，蜂窩通信系統在近幾十年經歷了指數增長，服務于全世界范圍的幾十億用戶。在現代社會和商業交流的很多方面，移動電話在世界上的工業和發展部分中都已成為生活的重要部分。移動電話和相關的移動電子通信設備給消費者提供了很大的便利。結果，在全世界范圍的很多家庭、商業和校園中，無線網絡已經開始逐漸替代有線網絡。這些設備的新應用，包括傳感器網絡、自動高速公路和工廠等，已經在無線通信的整個領域的各種研發中出現。盡管無線通信和相關應用的擴展已經是爆炸性的，在設計強健的無線網絡來為持續發展的應用提供足夠的性能和質量時仍然存在很多技術挑戰。傳統上，無線網絡與有線電子通信相比提供明顯的優勢，包括移動電話的方便性和便攜性，以及移動電話的快速增長的處理技術。但是，物理有線通信具有更大的帶寬能帶來更大的傳輸速率。無線網絡與物理有線網絡競爭的一個挑戰是增加無線通信的帶寬。無線通信的另一挑戰是多路徑衰落，其引起由于信號功率變化而帶來的接收信號的誤檢測。無線技術的各種最近的進展已經提供了對無線通信的數據速率和檢測概率的提升。例如，多輸入多輸出(MMO)系統已經被發展為通過空間多路復用來改善無線通信的頻譜效率。通過空間-時間編碼和光束形成，無線鏈路的強健性和可靠性也被提升。一般來說，隨著發送器和接收器中出現多個射頻天線，MIMO系統和空間復用技術是可能的。用于減輕無線通信的衰落信道的負面結果的一種廣泛接受的技術是分集技術。但是，在很多無線網絡中，由于尺寸、復雜度、成本或相關的限制，電子設備可能無法支持多個天線。在該情形下，對于傳統的設備和系統，可能無法實現MIMO通信的好處。相反，這些系統和設備一般需要替代的技術來克服物理硬件限制來實現分集。相對來說，協作無線通信是新的方法，來提供分集增益以提升無線網絡能力。協作通信促進了在單天線用戶裝置之間的資源共享，其中各個用戶設備可以互相通信，實現包含多個單天線設備的虛擬多天線陣列。虛擬MMO系統可以以該方式來建立，其可以用多天線基站來實現分集發送和分集接收。盡管單天線用戶裝置自己不能根據該技術來實現分集，但是通過對從另一用戶裝置或基站接收的信號進行中繼，可以在目的地處接收所發送的信息的附加版本，實現空間分集。
在協作通信時，可以以兩種一般類型來執行信號中繼或信號轉發，包括硬轉發和軟轉發。硬轉發一般被認為是傳統的方式，其協作地使用硬判決比特。通過分析信號信息并針對該信號信息來確定固定集合的可能值(一般是二進制上下文中的I或0)，以高電平的角度來生成硬判決比特。相反，軟轉發涉及分析信號信息并從該信號信息產生一信息范圍，例如在固定集合的可能值之間，并將該范圍的信息轉發到目的地設備。通過提供關于信號信息的附加信息，軟轉發易于提升無線通信的端到端性能，特別是對有噪聲或者較差的無線信道。但是，軟轉發增加了復雜度和處理開銷，在某些情形下禁止這樣。因此，在真實世界的無線通信系統中，現有的軟轉發技術的應用可能被限制。傳統無線通信系統的上述缺陷僅用于提供現有技術的某些問題的概述，而不是要窮舉。通過下列詳細描述，現有技術的其他問題以及這里描述的各個非限制實施例的相應的某些優勢將變得更為明顯。
發明內容
下面展示了簡單的總結來提供對各個實施例的某些方面的基本理解。該總結不是對各個實施例的擴展概述。它不是要標識各個實施例的關鍵或重要元素，也不是要描述這樣的實施例的范圍。其唯一的目的是以簡化的形式來展示各個實施例的某些構思，作為后面展示的更為詳細的描述的前奏。主題公開的各個方面提供了協作無線通信網絡中改善的糾錯。提供軟解碼機制，其改善了協作無線通信環境中的端到端性能，同時降低了傳統的軟轉發技術中的復雜度。因此，主題公開提供了改進的糾錯，其可以結合現有的協作無線通信硬件來更實際地實現。在主題公開的某些方面，中繼節點可以從源節點接收源信號，并使用解碼和轉發技術來將源信號版本轉發到目的地節點，為目的地節點提供了分集傳輸。此外，中繼節點可以包括信息標記，該信息標記指明所接收到的傳輸是被正確還是錯誤地接收。接收所轉發的版本的目的地節點可以參考信息標記來確定中繼節點是否正確地接收了源信號。如果在中繼節點沒有正確地接收源信號，目的地節點可以從所轉發的版本產生軟信息，并使用該軟信息來改善源信號的解碼。在目的地使用軟信息可以提高源信號的解碼概率，特別是對較差的源-中繼信道。此外，在目的地節點產生軟信息降低了中繼節點中的復雜度和處理開銷，同時降低中繼-目的地信道的帶寬需求。根據主題公開的一個或多個特定的方面，基于從中繼信號提取的硬編碼比特，結合源-中繼信道的可靠性信息，在目的地節點產生軟信息。硬編碼比特可以被重新編碼和重新調制，并被用作中繼信號的信道概率函數的碼元。此外，提供給目的地節點的信道狀態信息可被改變來產生用于中繼信號的信道概率函數的幅度。用于中繼信號的信道概率函數可以和用于源信號的概率信息相加，以產生用于源信號的硬判決比特，由此對源信號進行解碼。根據其他方面，與從中繼信號產生軟信息相結合地，提供了用于產生中繼信道的可靠性信息的多種機制。在一個方面，可以針對每個比特長度將信道可靠性更新到目的地節點，產生比特特有的可靠性。在另一方面，可以針對每個分組長度將信道可靠性更新到目的地節點，產生分組特有的可靠性。在又一方面，可以針對多個分組、或針對某段預定時間、或簡單地在信道初始化時更新信道可靠性，以提供信道特有的可靠性。各個方面具有不同的處理程度以及帶寬開銷和復雜度，并且可以根據想要的開銷和復雜度來選擇。根據其他方面，公開的軟判決解碼與附加的協同通信環境結合使用。根據某些方面，主題公開提供了與多中繼系統結合的軟判決編碼。在另一方面，主題公開提供了與協作編碼系統結合的軟判決解碼，其中，在向目的地節點發送信息時，多個用戶裝置節點彼此用作中繼。在又一方面，主題公開提供了與網絡編碼系統結合的軟判決錯誤解碼，其中，中繼用作多個其他節點的各個傳輸的專用中繼。與傳統技術相比，軟判決解碼可以提升這些環境中的端到端性能，同時減輕與現有軟轉發技術相關的復雜度。下列描述和附圖詳細闡述了各個實施例的特定說明性方面。但是，這些方面及其等同物指明其中可以使用各個實施例的原則的幾個各種方式的說明，且這樣的實施例不應被限制為這里描述的一個或多個特定方面。根據下列詳細描述并結合附圖來考慮，各個實施例的其他優勢和區別性特征將變得明顯。
圖1示出了根據公開的方面的用于無線通信的示例性協作通信系統的框圖。圖2描繪了根據一個或多個其他方面的使用軟判決解碼的示例性無線通信的框圖。圖3A、3B和3C描繪了與主題公開的方面相關的單中繼系統的示例性無線傳輸錯誤場景的圖。圖4示出了針對無線中繼環境中的軟判決解碼來配置的示例性目的地節點的框圖。圖5描繪了其中可以使用軟判決解碼的示例性多中繼協作通信環境的圖。圖6示出了其中可以使用根據公開的方面的軟判決解碼的示例性協作編碼中繼系統的圖。圖7示出了根據又一方面的可以使用軟判決解碼的示例性網絡編碼系統的圖。圖8示出了根據另一方面的用于無線中繼通信中的軟判決解碼的示例性方法的流程圖。圖9和10示出了用于實現軟判決解碼以提升無線中繼系統中的性能的示例性方法的流程圖。圖11示出了可操作地執行公開的系統或方法的一個或多個方面的示例性電子處理設備的框圖。圖12示出了根據其他方面的用于無線通信的示例性電子通信環境的框圖。
具體實施例方式現在將參考附圖來描述各個實施例，其中，全文中相同的參考標號被用于表不相同的元件。在下列描述中，為了解釋的目的，陳述了多種特定的細節，以提供對各個實施例的全面理解。但是，可以很明顯，各個實施例可被實現，而不用這些特定的細節。在其他實例中，以框圖的形式示出了眾所周知的結構和設備，以促進對各個實施例的描述。如該申請所使用，術語“組件”、“模塊”、“系統”等可以指計算機相關的實體，是硬件、硬件和軟件的組合、軟件或執行中的軟件。例如，組件可以是但不限于處理器上運行的進程、處理器、對象、可執行程序、執行的線程、程序和/或計算機。通過說明，在控制器上運行的應用程序和控制器兩者都可以是組件。一個或多個組件可位于執行的進程和/或線程中，且組件可以位于一臺計算機上或被分布在兩臺或多臺計算機之間。此外,各個實施例可以被使用標準的編程和/或工程技術而實現為方法、設備或制造品，來生產軟件、固件、硬件或其組合，以控制計算來實現公開的主題。如這里所使用，術語“制造品”旨在包含可從任何計算機可讀設備、載體或介質訪問的計算機程序。例如，計算機可讀介質可以包括但不限于磁存儲設備(例如硬盤、軟盤和磁帶)、光盤(例如緊致盤(⑶))、數字通用盤((DVD)……)、智能卡、以及閃存設備(例如卡、棒、鍵驅動……)。當然，本領域技術人員將理解，可以對該配置進行多種修改，而不偏離各個實施例的精神或范圍。此外，在這里使用的術語“示例性”表示用作例子、實例或說明。在這里被描述為“示例性”的任意方面或設計不需要被理解為優選的或者比其他方面或設計有優勢。相反，使用單詞示例性旨在以具體的形式來表示概念。如本申請中所使用，術語“或者”旨在意指包括性“或”而不是排除性“或”。即，除非另外指定，或者上下文中很明顯，“X使用A或B”旨在意指任意自然包含的排列。即，如果X使用A ;X使用B ;或X使用A和B兩者，則在上述任意實例下滿足“X使用A或B”。此外，在本申請和所附權利要求中使用的詞語應被一般地理解為意指“一個或多個”，除非另外指定、或上下文中很清楚指向單數形式。如這里所使用，術語“推斷” 一般指從通過事件和/或數據來捕獲的一組觀測中推測或推斷系統狀態、環境和/或用戶的狀態的過程。例如，推斷可被用于識別特定的上下文或動作，或可以產生狀態的概率分布。推斷可以是概率的，即，基于對數據和事件的考慮來計算感興趣的狀態的概率分布。推斷還可以指用于從一組事件和/或數據來組合更高級的事件的技術。這樣的推斷導致根據觀察到的事件和/或存儲的事件數據來構造新的狀態或動作，不管該事件是否在緊密的時間接近中相關，以及不管該事件和數據是否來自一個或多個事件和數據源。協作無線通 信系統使能了針對對等的通信配置的獨立的無線用戶節點，以獲得或改善網絡通信中的分集。這可以針對用戶節點來實現，由于例如硬件限制(如單天線節點)，該用戶節點不能在空間分集環境中發送或接收信號。通過調整對等通信，可以針對用戶節點來實現分集增益，與非協作通信相比，可能提高吞吐量、降低錯誤率等。協作通信環境典型地涉及各個用戶節點發送數據以及用作一個或多個其他用戶節點的協作代理。這是和傳統中繼網絡不同的模型。在后一系統中，中繼被專用于協助主信道，而不會發送其自有的源數據(例如在中繼發起的數據)。在協作通信環境中，總的系統資源一般是固定的，且用戶節點同時用作信息源和中繼。這樣，如這里所使用，術語中繼節點、中繼等旨在表示其中可同時用作信息源和另一節點(例如另一用戶節點、另一中繼節點、基站等)的中繼的用戶節點，除非上下文中很明確該術語是指專用的中繼。存在若干種協議，用于管理協作通信環境中的中繼節點行為。某些例子包括放大并轉發(AF)、解碼并轉發(DF)、以及編碼協作(CC)協議。對于AF，中繼簡單地縮放接收到的信號并將它發送到目的地。與簡單縮放相比，對于DF機制，中繼對順序接收到的信號解碼并重新編碼。而CC協議將協作集成到信道編碼中。這些協議中的每個具有其好處和壞處。例如，AF和DF協議易于將它從源節點接收的信號的任意錯誤傳播到目的地節點。于是，當源到中繼信道(在這里也被稱為中間鏈路信道)有噪聲或者質量較差(例如，快速衰落效果、過度分散、干擾等)，AF和DF協議中的端到端性能容易較差。下列碼元被用于描述協作通信，這在表I中總結。術語Xs和χκ是分別從源節點和中繼節點發送的信號。類似地，術語ySD和yKD表示在目的地上分別從源和中繼接收到的信號(分別通過源到目的地信道——也被稱為直接信道，以及通過中繼到目的地信道——在這里也被稱為中繼信道)。此外，ySK是在中繼上通過源到中繼信道、或中間鏈路信道從源接收的信號。術語h表示衰落系數，其表示相應信道的物理衰減效果和多路徑衰落，其中，下標h識別相應的信道。在主題公開的至少某些方面，信道衰落被認為至少在分組周期中是恒定的，假設準靜態平衰落信道。但是，這些條件不需要被用于所有公開的方面。除了上
述，η是加性白高斯噪聲(AWGN)度量，其雙邊功率頻譜密度為2σ 2。此外，瞬時信噪比(SNR)
Y以及平均SNR Y:
權利要求
1.一種系統，包括: 分析組件，被配置為確定在中繼節點上錯誤地接收源信號，中繼節點將該源信號作為中繼信號轉發到目的地節點；以及 校正組件，被配置為響應于目的地節點錯誤地接收源信號以及至少中繼節點錯誤地接收源信號，從中繼信號產生軟判決信息，并在源信號的解碼中使用該軟判決信息。
2.如權利要求1所述的系統，其中，所述分析組件還被配置為參考以中繼信號發送的信息標記。
3.如權利要求2所述的系統，其中，所述信息標記是一個比特，且指明中繼節點正確地或錯誤地接收源信號。
4.如權利要求1所述的系統，還包括:參考組件，被配置為執行循環冗余校驗，以確定目的地節點已經錯誤地接收源信號或錯誤地接收中繼信號。
5.如權利要求4所述的系統，其中，所述參考組件還被配置為輸出目的地錯誤狀態，該目的地錯誤狀態指明是否 錯誤地接收源信號、以及是否錯誤地接收中繼信號。
6.如權利要求5所述的系統，其中，分別響應于檢測到源信號或中繼信號的循環冗余編碼中的錯誤，對源信號或中繼信號的循環冗余校驗失敗。
7.如權利要求1所述的系統，還包括:初始化組件，被配置為響應于目的地節點錯誤地接收源信號和中繼節點錯誤地接收源信號而觸發校正組件，以從所述中繼信號產生軟判決信息。
8.如權利要求1所述的系統，其中，所述校正組件還被配置為:響應于目的地節點錯誤地接收源信號、中繼節點正確地接收源信號、和目的地節點錯誤地接收中繼信號，而執行最大比率組合算法。
9.如權利要求1所述的系統，其中，所述校正組件被配置為將源信號和軟判決信息組合，以減輕源信號解碼中的錯誤。
10.如權利要求1所述的系統，其中，所述校正組件被配置為從中繼信號的符號函數和在中繼節點上接收的源信號的可靠性函數來產生軟判決信息。
11.如權利要求10所述的系統，其中，所述符號函數是作為從中繼信號解碼的碼元的函數來產生的，該中繼信號正被重新編碼和調制。
12.如權利要求10所述的系統，其中，所述可靠性函數是基于信道狀態信息從與源信號比特相關的錯誤概率函數產生的，該信道狀態信息至少與源到中繼信道相關。
13.如權利要求12所述的系統，其中，所述可靠性函數是單獨地針對所述比特來計算的比特特有的可靠性。
14.如權利要求12所述的系統，其中，所述可靠性函數是作為其中傳送碼元的分組中的所有比特的平均來計算的分組特有的可靠性。
15.如權利要求12所述的系統，其中，所述可靠性函數是作為中繼節點從源節點錯誤接收的分組中的所有比特的平均來計算的信道特有的可靠性。
16.如權利要求12所述的系統，其中，所述錯誤概率函數基于源到中繼信道的衰落系數和平均信噪比、并基于中繼到目的地信道的衰落系數和平均信噪比。
17.如權利要求1所述的系統，其中，所述校正組件被配置為以下列形式的算法來組合源信號和軟判決信息:lIxS |>'sd , ))ΚΒ) = ^SDhSDfSD + Signfv^}.Re } 其中，Xs是源節點發送的碼元，Ysd是在目的地節點從源節點接收的碼元，Yed是在目的地節點從中繼節點接收的碼元，ySE是在中繼節點從源節點接收的碼元，hSD是源到目的地信道的衰落系數，是源到目的地信道的平均信噪比，Sign{yKD}被定義為從ysD解碼的已調制和已編碼的硬判決比特，且Rel {ySK}被定義為ySR的可靠性值。
18.如權利要求17所述的系統，其中，所述可靠性值是從比特特有的可靠性函數、信道特有的可靠性函數、或分組特有的可靠性函數中的至少一個導出的。
19.如權利要求1所述的系統，其中，所述中繼節點、源節點和目的地節點使用編碼協同模式，并且其中: 所述分析組件被配置為接收來自中繼節點的直接傳輸、以及來自源節點的直接傳輸的轉發副本，并且確定所述源節點對來自中繼節點的直接傳輸進行錯誤地或無錯誤地解碼；并且 所述校正組件被配置為從直接傳輸的轉發副本產生軟判決信息，以減輕直接傳輸的編碼中的錯誤。
20.如權利要求1所述的系統，其中，所述校正組件被配置從中繼信號和源信號中導出軟判決信息。
21.如權利要求20所述的系統，其中，所述校正組件被配置為響應于目的地節點錯誤地接收中繼信號，從源到中繼信道和中繼到目的地信道的組合錯誤概率中導出軟判決信息的可靠性部分。
22.如權利要求1所述的系統，其中，所述中繼節點、源節點和目的地節點形成網絡編碼協同模式，并且還包括: 邏輯組件，被配置為將中繼信號中的第一數據集合與第二數據集合分開，該第一數據集合由源節點向目的地節點發送、并且在中繼節點處接收并用中繼信號來轉發；其中: 所述分析組件被配置為讀取在屬于第一數據集合的中繼信號中包含的信息標記比特，并確定在中繼節點處已經無錯誤地接收該第一數據集合； 所述校正組件被配置為使用第一數據集合來產生軟判決信息，用于源信號的解碼。
23.一種用于無線通信的系統，包括: 排序組件，被配置為獲取第一用戶節點發送的第一信號和第二用戶節點發送的第二信號; 驗證組件，被配置為確定在中繼節點上是否正確地接收第一信號和第二信號； 壓縮組件，被配置將第一信號和第二信號合并為中繼信號；以及 質量組件，被配置在中繼信號中指定在中繼節點上是否正確地接收第一信號和第二信號。
24.如權利要求23所述的系統，其中，所述驗證組件被配置為利用循環冗余校驗來確定是否正確地接收第一信號和第二信號。
25.如權利要求23所述的系統，其中，所述壓縮組件被配置為利用異或運算來合并第一信號和第二信號。
26.如權利要求23所述的系統，其中，所述質量組件被配置為通過對中繼信號內的一個或多個信息標記比特的寫操作來指明是否正確地接收第一信號和第二信號。
27.一種用于無線通信的方法，包括: 從源節點接收無線碼元、并從中繼節點接收該無線碼元的轉發版本； 確定是否從源節點錯誤地接收到無線碼元； 確定在中繼節點是否從源節點錯誤地接收到無線碼元；以及 響應于確定從源節點錯誤地接收無線碼元、并且響應于確定從源節點錯誤地接收無線碼元，從無線碼元的轉發版本產生軟判決信息，以減輕無線碼元的解碼錯誤。
28.如權利要求27所述的方法，還包括:響應于確定從目的地節點錯誤地接收到無線碼元、確定從中繼節點錯誤地接收到無線碼元的轉發版本、以及響應于確定中繼節點從源節點沒有錯誤地接收到無線碼元，使用最大比率組合機制來解碼所述無線碼元。
29.如權利要求27所述的方法，還包括:從接收的無線碼元的轉發版本的符號函數和可靠性函數來產生軟判決信息。
30.如權利要求29所述的方法，還包括:通過對接收的無線碼元的轉發版本進行解碼、并對接收到的無線碼元的轉發版本進行重新編碼和調制來導出所述符號函數。
31.如權利要求30所述的方法，還包括:從比特特有、分組特有和信道特有的錯誤概率函數中導出用于接收的無線碼元的轉發版本的可靠性函數。
32.如權利要求31所述的方法，還包括:將符號函數和可靠性函數相乘,并將相乘的結果與從源節點接收的無線碼元的對數似然比的值相加。
33.如權利要求32所述的方法，還包括根據相加的結果來確定與從源節點接收的無線碼元相關聯的比特值。
34.一種用于無線通信的系統，包括: 接收器，被配置為分別通過直接鏈路和中繼鏈路從源發送器和從中繼發送器接收各個無線傳輸； 解調組件，被配置為對來自通過直接鏈路接收的第一傳輸的源碼元和來自通過中繼鏈路接收的第二傳輸的中繼碼元進行解碼； 分析組件，被配置為分析第一傳輸和第二傳輸，以識別在各個無線傳輸的至少一個中的接收錯誤；以及 校正組件，被配置為響應于分析組件識別到中繼鏈路錯誤地接收源碼元，使用中繼碼元作為軟信息來確定源碼元的正確值。
35.一種用于無線通信的系統，包括: 用于從源節點接收無線碼元并從中繼節點接收該無線碼元的轉發版本的裝置； 用于確定所述系統錯誤地接收無線碼元的裝置； 用于確定所述中繼節點錯誤地接收無線碼元的裝置；以及 用于響應于系統錯誤地接收無線碼元并且中繼節點錯誤地接收無線碼元、與對無線碼元進行解碼關聯地從無線碼元的轉發版本產生軟判決信息的裝置。
全文摘要
這里描述了為無線中繼網絡提供軟錯誤編碼。例如，無線中繼網絡中的無線節點可以從源節點接收直接信號，并可以從中繼節點接收源信號的轉發版本。包含在轉發版本中的信息標記被用于確定中繼節點是否適當地接收到源信號。如果中繼節點錯誤地接收源信號，并且目的地節點錯誤地接收源信號，則可以從源信號的轉發版本產生判決信息并用于協助在目的地節點上對源信號的解碼。與傳統的信號解碼技術相比，軟判決信息改善了無線中繼系統的端到端性能，同時減輕了中繼節點的復雜度和帶寬需求。
文檔編號H04B7/15GK103181098SQ201180051605
公開日2013年6月26日 申請日期2011年11月30日 優先權日2010年12月1日
發明者戴高陽, 繆偉豪 申請人:動力發明有限責任公司