无线通信体系中协同中继传输技艺研究

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1、无线通信体系中协同中继传输技艺研究第一章绪论1.1论文研究背景随着无线通信的发展，高数据速率及高服务质量已成为通信系统设计的基本目标，因此有限的无线频谱资源迫使下一代无线通信技术必须极大地提高频谱利用率。迄今为止，传统的无线通信技术对信号的频域、时域与码域资源的利用已达到一个前所未有的高度，但仍然难以满足未来无线通信的需求。令人欣慰的是，近年来对信号空域信息的探索为解决这些问题带来了新思路，如应用天线分集技术与智能天线技术，以及最终演进到的多输入多输出（MIMO)天线技术，MIMO技术由于在发送端和接收端引入多根天线，能够在不增加系统带宽和功率的情况下极大

2、地提高信道容量和频谱效率，因而被广泛研究。在MIMO物理层技术的研究中，分集、复用以及预编码技术以其各自的技术优势脱颖而出[1-1]-[1-5]。分集技术是克服信道衰落最有效的技术，通过不同路径发送相同信息，使得接收端可以获得数据符号的多个版本，从而获得更高的接收可靠性。复用技术是一种提高频谱效率的有效方法，它通过将MIMO信道变换为多个并行子信道，并在多个并行子信道上传输不同的信息流来达到提高频谱效率的目的。在发送端预先已知信道信息的情况下，可以通过设计预编码矩阵来提高系统性能。尤其是在下行链路中，移动终端的处理能力有限，预编码技术可以充分利用基站天线进

3、行预处理，降低移动终端处理复杂度。但由于受终端质量、体积和功耗要求的约束，移动终端只放置一根天线，因此所获得系统性能的改善与理论上有很大差距，如系统的容量受限于收发两端的最小天线数使得容量性能不能提升。同时小区边缘的移动终端不能获得基站端的良好服务，为此，Sendonaris等人提出了一种新的空间分集技术协作分集[1-6]-[1-10],使得卑天线的移动终端也可以实现空间分集。同时解决系统的容量与覆盖范围的问题，因此协作分集成为未来移动通信网络发展的一个重要趋势。协作分集的基本思想是在系统中每个移动终端都有一个或多个协作伙伴协助其传输数据，这样就可以获取一

4、定的空间分集增益，同时系统可以支持多跳。研究表明，在衰落环境下，协作分集可以扩大系统容量，提高网络服务质量，改善系统性能。协作分集中的协作伙伴彼此共享天线，从而构成了一个虚拟的MIMO系统，从这个意义上讲，协作分集思想为MIMO技术走向实用提供了一条新的途径。当前协作通信的范畴很广，包括基站与基站之间进行协作通信，即当前的协作多点传输技术（P)[1-12]-[1-14]；用户与用户之间的协作通信，即用户协同通信基站与中继节点之间的协作通信，即当前被研究的很广泛的中继技术[1-15H1-17]。当前，中继节点可以用在小区边缘来扩展覆盖范围。相应地，源端节点的

5、发送功率可以节省下来，并且对相邻节点的干扰也可因此而减小。由于中继技术可以提高系统吞吐量和系统覆盖范围，因而被第三代移动通信系统伙伴计划（3GPP)考虑作为先进的长期演进（LTE-Advanced)系统的一项关键技术。LTE-Advanced系统按照中继节点在转发时是否被用户终端可见，可以将其划分成两类，类型1中继[1-18]和类型2中继[1-19]。第一类中继也叫非透明中继，主要用来帮助基站端增加覆盖范,，具有自己的物理小区识别码并且发送自己的同步信道，参考信号等，在通信程中移动终端会意识到中继节点的存在；第二类中继也叫透明中继，在通信过程中，移动终端意

6、识不到中继节点的存在，这类中继只是业务信道的增强通道，用于提高小区的容量和吞吐量。按照中继节点的处理方式，可以把中继节点分成两大类:一类是非再生中继，即中继节点只对接收到的信号进行简单的放大处理并转发出去。另一类是再生中继，中继节点对接收到的信号进行译码等操作解出原始信息，并再次编码发送出去。非再生中继只是对信号进行简单的放大，因而处理复杂度极低，但是对信号进行放大的同时，噪声功率也被放大。再生中继需要对信号进行译码及再编码操作，因此处理复杂度比非再生中继高。而且，当第一跳信道质量比较差时，再生中继可能会产生信号译码错误，并在随后的编码转发过程中造成错误传

7、播。1.2协同中继通信系统关键技术研究为了达到第四代移动通信系统（4G)的100M?IGbit/s数据速率的要求，协作MIMO传输系统中引入了自适应技术[1-22]-[1-24]，包括自适应功率分配、中继选择、自适应编码调制、自适应中继模式选择等。协作节点的引入使得系统支持多跳信道，而多跳信道间的差异往往不容忽视。若多跳信道使用相同的传输方式，势必对系统性能造成影响。因此，为了对多跳信道变化进行补偿，文献在中继系统中引入链路自适应技术。在[1-25]中，在协同中继网络中提出了一种联合中继选择和链路自适应的算法，源端节点对传输的一个数据流进行自适应调制，选定

8、的中继节点对接收到的信号解调并通过分布式波束赋形技术转发给目的端，