CN103188706A - 一种用户终端之间进行协作传输的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种在第一基站中指示用户终端进行用户终端之间协作传输的方法，该用户终端包括该第一基站所辖的第一用户终端，以及与第一终端相邻的第二用户终端，该方法包括以下步骤：.判断是否需要为该第一基站所辖的第一用户终端建立协作用户终端传输；当需要为该第一用户终端建立协作用户终端传输时，指示该第一用户终端的相邻第二用户终端分别测量该第一用户终端与该第二用户终端之间的信道质量。

Description

一种用户终端之间进行协作传输的方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信网络，尤其涉及一种用户终端之间进行协作传输的方法和装置。

背景技术

协作传输是新出现的一种通信方案，其中，通信设备互相帮助来实现个体或全局的传输目的。协作传输采用多种形式。一种形式是使用多个中间中继节点的中继，如图1所示，其中，中继节点通过中继源信号来帮助源节点与目的节点通信。另一种形式是虚拟的天线阵列，如图2所示，其中，每个涉及的通信设备能被视作在分布式天线阵列中的一个天线。用于集中式天线阵列的多天线技术能够被类似地应用于虚拟天线阵列，以实现空间复用增益或分集增益。

由于移动电话的迅猛发展，在移动终端(Mobile Terminal，MT)之间的协作传输成为了可能，并且由于各种业务需求的快速增长，移动终端之间的协作传输也变得必要。移动终端之间的协作传输具有很大的潜力，来提高蜂窝网络的吞吐量、覆盖范围和降低功耗等方面的性能。

现有的用于形成簇的方案是基于分布式的方案。各移动终端都分别测量至其相邻移动终端的信道信息，并与相邻终端交换这些信息以形成簇。整个形成簇的过程由移动终端完成，而不需要来自基站的帮助或控制。分布式的方案的特性使得在所涉及的移动终端间的同步、信令和计价与收费系统变得更加复杂。

发明内容

协作传输只能够在具有良好的相互传播信道的移动终端之间高效的实现。因此，重要并且十分具有挑战性的技术问题是移动终端应该构成一个簇以进行协作。

本发明提供了一种将移动终端形成簇的机制，以用于蜂窝网络中协作传输。

本发明还提出了在蜂窝网络中邻居发现和跨相邻小区的形成簇的机制，提出的邻居发现和跨相邻小区的形成簇的两种机制比较类似。形成簇的机制扩展了邻居发现机制，带有更多的测量和更多的信令交换。两种机制都由基站所控制。

当需要邻居发现或形成簇的移动终端处于它们的服务小区边缘时，相邻终端可能存在于临近小区中，或者该形成的簇可以跨数个临近小区。因此，服务基站需要与临近小区中的基站合作，进行邻居发现或形成簇。所涉及的基站交换移动终端的例如地理位置等长时信息，以生成一组候选终端。该长时信息定期更新。

该长时信息只能提供关于协作候选终端之间关系的大略信息，例如它们的相对地理位置。为了确保协作候选终端之间的可靠通信，BS指示协作候选终端进行信道探测过程，以获取它们之间的更加准确的信道信息。BS互相协商用于该过程的资源分配和调度。在协商后，BS分配时间和频率资源，并且为该探测过程指定合适的探测方案。

在信道探测过程中，协作候选终端测量互信道的信息，该互信道的信息可以包括信道增益、信噪比(signal to noise ratio，SNR)或检测信号的错误率等。

协作候选终端然后将该信道测量反馈给BS。对于某些情况，为了减少信令数量，协作候选终端可以选择为质量好的测量信道发送短确认(ACK)信号。

基于收集到得信道信息，BS为移动终端决定相邻终端，或者选择移动终端形成簇并且为它们决定合适的协作传输方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种在第一基站中指示用户终端进行用户终端之间协作传输的方法，该用户终端包括该第一基站所辖的第一用户终端，以及与第一终端相邻的第二用户终端，该方法包括以下步骤：A.判断是否需要为该第一基站所辖的第一用户终端建立协作用户终端传输；B.当需要为该第一用户终端建立协作用户终端传输时，指示该第一用户终端的相邻第二用户终端分别测量该第一用户终端与该第二用户终端之间的信道质量。

根据本发明的第二方面，提供了一种在第一用户终端中用于与相邻第二用户终端进行协作传输的方法，包括以下步骤：-接收来自管辖该第一用户终端的第一基站的第一指示信息，其中该第一指示信息中包括该相邻第二用户终端的相关标识信息，以用于指示该第一用户终端向该相邻第二用户终端发送探测信号，以用于该相邻第二用户终端测量各自与第一用户终端之间的信道质量，该第一指示信息中还包括该第一用户终端发送探测信号的资源的相关信息；-根据该第一指示信息，在该资源的相关信息所指示的资源上向该第二用户终端发送探测信号。

采用本发明的方案，

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。其中，相同或者相似的附图标记表示相同或者相似的元件或者步骤。

图1示出了现有技术中使用多个中间中继节点的中继传输的示意图；

图2示出了现有技术中使用多个节点作为虚拟天线阵列进行协作传输的示意图；

图3示出了根据本发明的第一实施例的系统方法流程图；

图4示出了根据本发明的第一实施例的MT A发送业务请求给它的服务基站BS的示意图；

图5示出了根据本发明的第一实施例的形成簇的过程至此结束，协作传输开始的示意图；

图6示出了根据本发明的第二实施例的系统方法流程图；

图7示出了根据本发明的第二实施例的MT A，MT B，MT C，MTD向它们的服务基站发送业务请求；

图8示出了根据本发明的第二实施例的形成簇的过程至此结束，协作传输开始的示意图；

图9示出了根据本发明的第三实施例的系统方法流程图；

图10示出了根据本发明的第三实施例的MT B，MT C，MT D向它们的服务基站发送业务请求；

图11示出了根据本发明的第三实施例的形成簇的过程至此结束，协作传输开始的示意图；

图12示出了根据本发明的第四实施例的网络拓扑结构示意图；

图13示出了根据本发明的第四实施例的用于位于服务小区边缘的移动终端的邻居发现过程的示意图；

图14示出了根据本发明的第四实施例的MT A的邻居发现完成后的示意图；

图15示出了根据本发明的第四实施例的一个变化实施例的方法流程图；

图16示出了根据本发明的第五实施例的用于位于服务小区边缘的移动终端的邻居发现过程的示意图；

图17示出了根据本发明的第五实施例的网络拓扑结构示意图；

图18示出了根据本发明的第五实施例的MT A，MT B，MT C，MTD形成簇以后的示意图。

具体实施方式

下面首先描述小区内进行用户终端协作的第一、第二和第三实施例。然后再描述小区之间的用户终端进行协作的第四和第五实施例。

第一实施例

第一实施例给出了形成簇的例子，以使用多个中介中继终端建立中继，从而帮助请求业务的移动终端的传输。整个过程在图3中所示。

第一步：MT A发送业务请求给它的服务基站BS(图4)。当MT A和该BS之间的信道质量无法满足MT A的该请求业务的QoS要求时，该BS发起形成簇的过程。

第二步：BS基于各MT的地理位置，产生一组协作候选终端。由于{MT B，MT C，MT D}邻近于MT A，所以BS选择{MT A，MT B，MT C，MT D}作为一组协作候选终端。

第三步：BS将控制信令广播给协作候选终端{MT A，MT B，MT C，MT D}，以通知它们执行信道探测过程。

该控制信令含有信息例如：

-所分配的用于信道探测的时间和频率资源；

-特定的信道探测方案，该信道探测方案包括探测信号的格式等。

第四步：MT A在所分配的时间和频率资源上，向{MT B，MT C，MT D}广播探测信号。

在接收到该探测信号后，{MT B，MT C，MT D}基于测量信息，检查在MT A和它们之间的信道是否符合用于有效协作传输的要求。在该例子中，MT B和MT C都能够与MT A可靠地通信，而MT D不能与MT A进行可靠通信。

第五步：由于{MT B，MT C}具有至MT A的好信号，它们发送ACK信号以通知基站它们有能力成为用于协作传输的协作终端。

第六步：BS从协作候选终端中选择协作移动终端，并基于它所收集的以下信息来确定合适的协作传输方案：

1.用于质量好的信道的ACK信号：在{MT B，MT C}与MT A之间的信道

2.在协作候选终端和BS之间的信道信息；

3.MT A的QoS要求

在该例子中，BS选择MT B和MT C作为用于MT A的中继，并选择合适的中继策略。

第七步：基站向{MT A，MT B，MT C}广播控制信号，并带有用于协作传输的必要信息。该信息包含：

1.该终端是否被选择用于协作传输。MT B和MT C知晓它们将作为协作终端运作。

2.协作方案。MT B和MT C作为MT A的中继，以及特定的中继策略。

3.传输调度信息。

形成簇的过程至此结束，协作传输开始，如图5所示。

第二个实施方式

第二个实施方式给出了形成簇以形成用于移动终端的虚拟天线阵列的例子，以互相帮助实现个体传输目标。整个过程如图6中所示。

第一步：{MT A，MT B，MT C，MT D}向它们的服务基站发送业备请求(图7)。

第二步：基于这些MT的地理位置，基站BS注意到{MT A，MT B，MT C，MT D}彼此靠近，并且与单独服务它们相比，在{MT A，MT B，MT C，MT D}之间协作传输可能更加有效率。因此，BS选择{MT AMT B，MT C，MT D}作为一组协作候选终端。

第三步：BS广播控制信号给协作候选终端{MT A，MT B，MT C，MT D}，以通知它们进行信道探测过程。

该控制信号包含例如以下信息：

-所分配的用于信道探测的时间和频率资源。

-特定的信道探测方案。该信道探测方案包括探测信号的格式等。

第四步：在所分配的时间和频率资源上，{MT A，MT B，MT C，MTD}依次广播探测信号给其他终端。

在接收到探测信号后，{MT A，MT B，MT C，MT D}测量它们相互之间的信道。

第五步：协作候选终端{MT A，MT B，MT C，MT D}发送信道状态给BS。

第六步：BS从协作候选终端中选择协作MT，并基于它所收集的以下信息决定合适的协作传输方案：

1.协作候选终端{MT A，MT B，MT C，MT D}相互之间信道的信息；

2.在协作候选终端和BS之间的信道信息；

3.请求业务的QoS要求。

在本例中，BS选择{MT A，MT B，MT C}进行协作传输。{MT A，MT B，MT C}互相帮助以实现个体传输目的。MT D被识别为不适于加入协作传输。

第七步：基站将控制信号广播给{MT A，MT B，MT C}，带有用于协作传输的必要信息。

该信息包含：

1.该终端是否被选择用于协作传输。MT A、MT B和MT C知晓它们将作为协作终端运作。

2.协作方案。{MT A，MT B，MT C}进行联合传输以实现个体传输目的。

3.传输调度信息。

形成簇完成，协作传输开始，如图8所示。

第三个实施方式

第三个实施方式给出了所提出的形成簇的方案在M2M(机器到机器)情况中的应用。该完整的形成簇的过程如图9所示。

考虑如图10所示的场景，MT B、MT C和MT D是MTC(机器类型通信)设备。MT A能够是任何类型的移动终端，与MTC设备相比，它具有长得多的电池寿命(或者能够是容易地可充电的)，更强的计算能力和通信能力。

第一步：MT B、MT C和MT D发送业务请求给它的服务基站BS(图10)。

在下述情况下，BS发起形成簇：

BS识别出{MT B，MT C，MT D}是MTC设备；

BS识别出MT A邻近于{MT B，MT C，MT D}；

MT A适合作为用于MTC设备和BS之间的通信的代理。

第二步：BS选择{MT A，MT B，MT C，MT D}作为协作候选终端，其中，MT A能够作为机器类型通信的有效代理而运作。

第三步：BS广播控制信号给{MT A，MT B，MT C，MT D}，以通知他们执行信道估计过程。

该控制信号包含信息例如：

1.所分配的用于信道探测的时间和频率资源。

2.特定的信道探测方案。

第四步：MT A在所分配的时间和频率资源上广播探测信号给{MT B，MT C，MT D}。

在接收到探测信号后，{MT B，MT C，MT D}检测在MT A和它之间的信道是否符合有效短距离通信的要求。在该例子中，MT B和MTC能够与MT A可靠地通信，而MT D不能。

第五步：由于{MT B，MT C}具有至MT A的良好信道，它们发送ACK信号以通知基站MT A能够运作作为用于它们的有效代理。

第六步：BS基于它收集的以下信息决定合适的传输方案：

1.具有与MT A的良好信道的MTC设备的数量；

2.MTC设备的数据传输需求。

第七步：基站将控制信号广播给{MT A，MT B，MT C}，带有用于协作传输的必要信息。

该信息包含：

1.被选择的由代理MT A所支持的MTC设备；

2.用于MT B和MT C的传输方案；

3.传输调度信息

因此，该形成簇过程完成，用于MTC设备的数据传输能够在调度时间开始(图11)。MTC设备通过代理MT A与BS通信。由于MTC设备和MT A之间的短传输距离，MTC设备能够在实质上节省用于数据传输的能量，并且因此它们的电池寿命能够被大大延长。

第四实施例

第四个实施方式给出了用于位于服务小区边缘的移动终端的邻居发现(neighboring discovery)的例子。整个过程在图13中所示出。

考虑图12中所示的场景。MT A注册于小区1，并且位于小区1的边缘。MT B和MT C注册于小区1。MT D和MT E注册于小区2，并且位于小区2的边缘。{MT B，MT C，MT D，MT E}靠近MT A。

为了允许某些新的应用和协作传输技术，MT A需要发现它的相邻移动终端。该邻居发现过程由它的服务基站所协调进行。

第一步：MT A发送邻居发现请求给基站1(BS1)

MT A根据某些测量和准则被识别为位于小区1的边缘。一些准则可以包括：

1.MT A基于它的服务小区(小区1)的质量监控和相邻小区(小区2)的信号强度测量，自身识别为处于小区1的边缘。这些操作是用于切换测量的已有操作。

2.小区1的基站1基于MT A的位置和该小区的地理信息识别MT A位于小区边缘。

第二步：MT A可以具有位于小区2中并注册到基站2(BS2)的相邻移动终端。因此，基站1向基站2发送请求，要求基站2为MT A协助邻居发现。

第三步：基站2识别出{MT D，MT E}是边缘移动终端，且小区1是它们的邻近小区。基站2将它们选为MT A候选相邻终端。

这些候选相邻终端仅仅是MT A的潜在的相邻终端。需要信道探测过程(下面描述)来确保候选相邻终端和MT A之间的信道足够好，以用于它们之间的有效通信。

基站2可以使用更多的可用信息，例如MT A的位置，和它本身小区中边缘移动终端的位置来进一步准确相邻候选终端的选取。

另一方面，如果基站2无法识别出在小区2中的、MT A的相邻候选终端，它发送NACK给基站1。然后基站1可以继续仅在小区1的范围内为MT A进行邻居发现过程。

第四步：基站2发送ACK给基站1，通知基站1在小区2中存在一些相邻候选终端，并且它同意为MT A协助邻居发现。

第五步：基站1基于移动终端地理位置生成小区1中的相邻候选终端组。由于{MT B，MT C}靠近MT A，所以基站1选择{MT B，MTC}作为相邻候选终端。

第六步：基站1分配资源并且调度过程用于邻居发现的信道探测。所涉及的移动终端包括小区1中的{MT A，MT B，MT C}和小区2中的{MT D，MT E}。该调度信息可以包括：

1.所分配的用于信道探测的时间和频率资源

2.特定的信道探测方案。

第七步：基站1通知基站2用于{MT D，MT E}进行信道探测的调度信息。

第八步：基站1将带有调度信息的控制信号广播给MT A和它的相邻候选终端{MT B，MT C}，以通知它们进行信道探测过程。

类似地，基站2将带有调度信息的控制信号广播给它的相邻候选终端{MT D，MT E}。

第九步：在所分配的时间和频率资源上，MT A广播探测信号给{MTB，MTC，MTD，MTE}。

在接收到探测信号后，{MT B，MT C，MT D，MT E}基于测量信息，检测在MT A和它们之间的信道是否符合用于有效短距离传输的要求。在该例子中，{MT B，MT D，MT E}都能够与MT A可靠地通信，而MT C不能。

第十步：由于MT B具有至MT A的良好信道，它将ACK信号发送给基站1表明它能够运作作为MT A的相邻终端与MT A进行协作。类似地，{MT D，MT E}发送ACK信号给基站2。

第十一步：基于收集到的ACK信号，基站2决定{MT D，MT E}是MT A的合适的相邻终端。基站2将这一信息共享给基站1。

第十二步：基站1形成最终的用于MT A的相邻终端列表{MT B，MT D，MT E}，并将这一信息发送给MT A。

用于MT A的邻居发现完成，如图14所示。在MT A和它的相邻终端{MT B，MT D，MT E}之间的短距离的设备至设备通信能够被用于增加MT A的通信容量。

第十、十一和十二步的替代方案第十步’、第十一步’和第十二步’将在下面描述(图15)。

如图15所示，

第十步’：MT B发送ACK信号和它的ID给MT A，表明它能够运作作为MT A的相邻终端。类似地，{MT D，MT E}发送ACK信号和它的ID给MT A。

第十一步’：MT A将最终形成的相邻设备列表{MT B，MT D，MT E}发送给基站1。

第十二步’：基站1通知基站2{MT D，MT E}是MT A的合适的相邻终端

第五个实施方式

给出了跨相邻小区形成簇的例子。整个过程在图16中示出。

考虑如图17所示的场景。{MT A，MT B}位于小区1的边缘，{MT C，MT D，MT E}位于小区2的边缘。需要选择合适的边缘终端设备来形成跨相邻小区1和小区2的簇。然后可以适用协作传输技术用于在所形成的簇和基站之间的通信，以有效地支持边缘终端的通信。

第一步：{MT A，MT B}发送服务请求至它们的服务基站1。它们被识别处于小区1的边缘。并且，小区2是相邻小区也被识别出来。

类似地，{MT C，MT D，MT E}发送服务请求至它们的服务基站2。它们被识别处于小区2的边缘。并且，小区1是相邻小区也被识别出来。

第二步：基站1和基站2交换合作形成用于边缘移动终端的簇的意愿。

第三步：基站1选择{MT A，MT B}作为形成簇的候选终端。类似地，基站2选择{MT C，MT D，MT E}作为形成簇的候选终端。

第四步：基站1和基站2交换形成簇的必要信息。例如，该信息可以包括：两个小区中的形成簇的候选终端。

第五步：基站1和基站2互相协商用于形成簇的信道探测过程的资源分配和调度。

该调度信息可以包括：

1.用于信道探测的时间和频率资源；

2.特定的信道探测方案。

一种替代的方案是该步骤由基站1或基站2来完成，然后该调度信息被分享给另一方。

第六步：基站1将带有调度信息的控制信号广播给形成簇候选终端{MT A，MT B}，以通知它们进行信道探测过程。

类似地，基站2将带有调度信息的控制信号广播给形成簇候选终端{MT C，MT D，MT E}。

一种替代的方案是，基站1或基站2将带有调度信息的控制信号广播给所有形成簇候选终端{MT A，MT B，MT C，MT D，MT E}。

第七步：在所分配的时间和频率资源上，{MT A，MT B，MT C，MT D，MT E}依次广播探测信号给其他终端。

在接收到探测信号后，{MT A，MT B，MT C，MT D，MT E}测量它们之间相互的信道。

第八步：该形成簇候选终端{MT A，MT B}将信道信息发送给基站1。类似地，该形成簇候选终端{MT C，MT D，MT E}将信道信息发送给基站2。基站1和基站2交换信道信息。

第九步：基于所需的信道信息，基站选址合适的移动终端来形成簇，并且决定在簇和基站之间的协作传输的合适方案。

在这个例子中，基站选择{MT A，MT B，MT C，MT D}来形成簇。MT E被识别为不适合加入簇中。

因此，形成簇的过程完成。{MT A，MT B，MT C，MT D}作为一个簇与基站通信，并且在该簇内的通信由短距离设备至设备通信所实现(图18)。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (9)

1.一种在第一基站中指示用户终端进行用户终端之间协作传输的方法，该用户终端包括该第一基站所辖的第一用户终端，以及与第一终端相邻的第二用户终端，该方法包括以下步骤：

A.判断是否需要为该第一基站所辖的第一用户终端建立协作用户终端传输；

B.当需要为该第一用户终端建立协作用户终端传输时，指示该第一用户终端的相邻第二用户终端分别测量该第一用户终端与该第二用户终端之间的信道质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤B之后还包括：

C.接收该第二用户终端中的至少一个候选第二用户终端的反馈信息；

D.根据该反馈信息，确定该第一和至少一个候选第二用户终端之间的协作传输方式，并控制该第一和至少一个候选第二用户终端按照该确定的协作传输方式进行通信。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，该相邻第二用户终端由该第一基站所辖，所述步骤B还包括：

B 1.根据该第一基站所辖的用户终端的位置信息，确定该第一用户终端的相邻第二用户终端；

B2.向该第一用户终端发送第一指示信息，其中该第一指示信息中包括用于指示该第一用户终端向该相邻第二用户终端发送探测信号，以用于该相邻第二用户终端测量各自与第一用户终端之间的信道质量；

所述步骤C还包括：

-接收来自该第二用户终端中的至少一个候选第二用户终端的反馈信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，该第一指示信息中还包括第一用户终端发送探测信号的资源的相关信息，以及该第二用户终端与该第一用户终端之间的信道探测方案。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，该相邻第二用户终端中的至少一个由第二基站所辖，该第二基站与该第一基站相邻，所述步骤B还包括：

-向该第二基站发送指示信息，该指示信息用于指示第二基站检测由该第二基站所辖的、该第一用户终端的相邻第二用户终端的信道信息；

所述步骤C还包括：

-接收来自该第二基站的报告消息，其中，该报告消息中包含由该第二基站所确定的该第一用户终端与相邻第二用户终端之间的信道信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤A还包括：

-获取该第一基站与该第一用户终端之间的信道质量；

-获取该第二用户终端的位置信息；

-判断该第一基站与该第一用户终端之间的信道质量是否大于预定阈值；

所述步骤B还包括：

当该第一基站与该第一用户终端之间的信道质量小于预定阈值时，判断需要为本基站所辖的该第一用户终端建立协作用户终端集合。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤A还包括：

-判断第二用户终端的类型是否为机器类型；

所述步骤B还包括：

当所述第二用户终端的类型是机器类型时，判断需要为本基站所辖的该第一用户终端建立协作用户终端集合。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，该协作传输方式包括该第一用户终端与该至少一个候选第二用户终端之间的中继方式，或该第一用户终端与该至少一个候选第二用户终端之间的虚拟天线传输方式。

9.一种在第一用户终端中用于与相邻第二用户终端进行协作传输的方法，包括以下步骤：

-接收来自管辖该第一用户终端的第一基站的第一指示信息，其中该第一指示信息中包括该相邻第二用户终端的相关标识信息，以用于指示该第一用户终端向该相邻第二用户终端发送探测信号，以用于该相邻第二用户终端测量各自与第一用户终端之间的信道质量，该第一指示信息中还包括该第一用户终端发送探测信号的资源的相关信息；

-根据该第一指示信息，在该资源的相关信息所指示的资源上向该第二用户终端发送探测信号。

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