无线中继通信体系之容量优改技术研究

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1、无线中继通信体系之容量优改技术研究第一章绪论1.1研究背景及意义无线通信的蓬勃发展正深刻地影响着当今社会的方方面面，并且已经成为与人们生活息息相关的组成部分。我们也越来越期待着在任何时间，任何地点，任何方式，同任何人进行通信的美好愿景能早日实现。随着人们的生活更加依赖和需要无线通信的支持，未来无线通信系统则需要向着更高速率，更大容量，更广覆盖以及更低成本的要求迈进。以3GPP长期演进增强系统为例，则需要在l00MHz带宽下提供IGbit/s的下行瞬时峰值速率[1-1]。为了达到下一代无线通信系统的需求，只能让系统工作在

2、更高频段，例如3GHz以上。而更高的工作频段会带来传输链路路径损耗增大，基站的覆盖半径变小，从而导致系统的组网成本提高。为了降低组网代价，必须引入新的技术来扩大基站的覆盖范围，同时满足未来无线通信系统对于小区边缘和覆盖盲区的频谱效率的要求。因此，中继通信技术应运而生，成为解决以上问题的一种合适方案。引入中继节点进行转发传输，可以使得能够与基站通信的用户范围增大，而这种覆盖范围的扩大可以直接提供以下两种好处。第一种是扩大宏蜂窝小区半径。未来通信系统的频点会越来越高，从而导致传统小区半径会急剧减小，在业务量不是很大的郊区范

3、围内要实现全覆盖需要部署的基站数目会增大，也就是布网成本增加，而且还会造成资源的浪费。在这种宏蜂窝小区下部署中继节点，能大大提高小区半径，而且由于中继节点的复杂度低于基站，因此利用中继进行小区覆盖扩展的网络部署成本将大大降低；第二种是填补小区覆盖空洞。中继技术可以为小区中阴影衰落严重的地区或者覆盖死角提供信号服务，有效的实现未来通信无缝覆盖的目标。提高边缘用户速率在业务量较大的蜂窝小区中，边缘用户往往离基站较远，接收信号功率低而受到其它小区的干扰功率大，导致传输速率低，因而它们得不到满意的服务。在小区边缘不熟中继节点，

4、可以使得它周围的用户不需要直接跟远处的基站通信，而是通过与接入链路条件很好的中继节点与基站进行数据传输，这样就能很好的解决边缘用户信号差和服务差的问题。增进网络负载均衡由于中继节点通常会部署在小区边缘，因此当一个小区的业务量较大时，可以通过路由将一部分小区边缘的用户通过邻小区的中继接入到邻小区基站，从而达到整个网络的负载均衡，提高网络中用户的总体满意度。由于中继通信技术具有以上优点，国际国内的主要标准化组织和研究项目纷纷开展了对中继技术的研究和标准化。在3GPP和IEEE的未来移动通信系统标准的制订中，都引入了中继的概

5、念并考虑了中继辅助通信的价值。例如，在2011年2月发布的3GPPLTE-AR10版本中，中继传输作为第四代移动通信系统的可选核心技术之一完成了初步的标准化工作，在[1-3]中定义了物理层方面的规范，在丨1-4]定义了协议架构方面的规范。LTE-A系统中的中继分为带内中继和带外中继两类：对于带内中继，基站、中继之间的回传链路和中继、用户之间的接入链路使用相同的频率资源；而对于带外中继，回传链路和接入链路使用不同的频率资源。同时，在中继标准化的讨论中，还定义了Type1和Type2两种中继类型，前者有自己的物理小区ID，

6、并独立发送同步信号和参考信号等，后者不需要特定的小区ID,也不需要能够识别用户。目前在R10版本中只采用Type1中继，Type2中继的标准化将在今后的中继系统版本中涉及。1.2中继技术研究现状本节针对OFDM中继网络、MIMO中继系统以及双向中继系统等三个能够有效提高无线中继通信系统容量的研究技术，对其研究现状进行了详细总结和分类，同时简要说明本论文在这些大的研究技术上的研究方向。1.2.1OFDM中继技术研究概述正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)

7、的出现使得灵活的宽带无线接入成为可能[1-5]。OFDM技术是一种能够抵抗频率选择性衰落，消除符号间干扰的无线传输技术。它能有效对抗频率选择性衰落，而不需要复杂的均衡处理。OFDM技术通过将数据调制到不同的子载波上，可以将宽带的频率选择性信道转换为多个窄带的平坦性衰落子信道。OFDM系统中不同的子载波之间是正交的，每个子载波上都可以独立的进行自适应调制编码和功率分配，相对于一般的多载波系统，OFDM系统的频谱效率大大提高了。在多用户环境下，采用正交频分多址（OrthogonalFrequencyDivisionMult

8、ipleAccess,OFDMA)的系统能够进一步利用不同用户间信道衰落的相对独立性，获取多用户分集增益，从而带来系统容量的提升。OFDM技术也由此成为了第四代移动通信标准IEEE802.16m与3GPP长期演进(Long-TermEvolution,LTE)的主要技术之一。因此，OFDM和中继技术的结合能有效提高蜂窝中继网络的系