中继增强型蜂窝通信系统中的动态资源分配的研究

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1、第1章绪论现代蜂窝网络不仅要为用户提供高质量的语音通话服务，还要支持大量数据传输业务，如无线因特网、多媒体、文件传输和下载业务。这对未来蜂窝系统提出了新的要求，即增加系统吞吐量并扩大高数据传输速率的覆盖面积。然而，传统蜂窝网结构表现出不少缺点，主要包括：1)小区覆盖面窄；2)在热点区域容量饱和时，实现流量转移比较网难；3)以基站为中心，不仅使基站复杂度高，而且抗毁性能差；4)小区边缘用户的信道条件差，影响传输速率；5)受天线数目的限制，用户分集度较低【误码性能和服务质量．受到影响)等。新一代移动通信系统对

2、频谱有效性和功率有效性提出了更高的要求，为了满足新的移动通信应用需求，无线通信系统向高频段、高速率、高效率以及与因特网等其它网络融合的方向发展，同时需要充分挖掘利用空问无线资源和采用新犁的网络结构，现有的蜂窝系统构架以及无线传输技术需要进行较人的变革。正交频分复用(OFDM：OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术是一项非常有前景的技术，在学术界和工业界都得到了广泛的关注。OFDM是一种高效的多载波传输技术，由于OFDM中各个子载波相互正交，在频域上各子信道相互

3、重叠，因而它能够提供比普通频分复用系统更高的频谱利用率。⋯为了更有效的提高系统吞吐量，仪利用更多的频谱资源足不够的，也是不切实际的，因此人们想到利用无线信号的空问资源，也就足利用多天线发送和接收信号。其中，空间分集技术由于不需要占用额外的传输时间、带宽而受到人们的青睐。多输入多输出(MIMO：MultipleInputMultipleOutput)通信技术能够使信道容量丰H对发射或接收天线数渐进的以线性速率增长，因此可以极大地提高系统容量和频谱利用率，从而满足高传输速率、高传输性能和高系统容量的要求，同时

4、可以充分利用空间分集提高通信系统性能。另外，在蜂窝网络中加入中继站，被认为可以在不明显改变骨干网络结构的同时显著提高网络传输性能，解决或部分解决蜂窝网存在的问题。所谓中继(RS：RelayStation)，是蜂窝网络中引入的一个新的元素，是基站与用户之间传输数据的中间媒介。研究表明，基于中继的无线通信网络结构可以有效的降低由于路径损耗所造成的功率资源浪费，提高频谱利用率，并可以利用自组织AdHoc网的多跳连通思想提高网络的抗毁性能。由于中继在功能卜比基站简单很多，因此该方案建设费用较低。采用巾继，可以增加

5、接收信号的强度和稳定性，对于小区边缘用户尤其显著，从而可提高系统总吞吐量、覆盖面积、用户QoS等。1．1OFDM技术概述1．1．1OFDM的发展历程OFDM技术最早起源于20世纪50年代中期，但是直到1966年Chang-等kl'l才在首次阐明了我们现在称之为OFDM的技术，他提出一种在线性带限信道上同时传输多路信号的方法，可以同时避免信道问干扰(ICI：Inter-ChannelInterference)和符号问干扰(ISI：Inter-SymbolInterference)。由Chang提出的多信道传

6、输系统与传统多载波传输技术的区别在于子载波的频谱可以相互重叠，其条l东南大学硕上学位论文件是它们必须是正交的。1971年，Weinstein和Ebea[21将离散傅：泣叶变换(DFT：DiscreteFourierTransform)应用于OFDM系统的调制与解调，而DFT可由快速傅立叶变换(FFT：FastFourierTransform)高效地实现。这样系统就无需用一组振荡器来产生多个子载波，而是通过基带处理实现频分复用，从而大大地降低了调制解调的复杂度。为了消除线性时不变信道的ICI和ISI，他们提

7、出通过插入一段空白区作为保护间隔来消除OFDM块间干扰，但是这并不能保证信号经过弥散信道后各予载波仍保持正交性。在OFDM的发展过程中，另一个重要贡献应归功于Peled和Ruiz!引。他们在1980年提出了循环前缀(CP：CyclicPrefix)的概念，用于保持子载波的正交性。与通常在符号间插入空白保护间隔的做法不同，他们提出在发射端作IFFT之后将OFDM符号的后一段样点值复制到该符号的前面作为循环前缀。从而使得信道与传送符号之间的线性卷积等效为循环卷积，在接收端作FFT之前先舍弃循环前缀I

8、l的各样

9、点。于是，当CP长度大于信道的最大时延扩展时，可以消除前一个OFDM块的延迟分量对后一个OFDM块所造成的干扰。当然OFDM系统巾加入循环前缀，会带来发射功率和传输速率的损失，因此在实际系统中可以根据信道特性选择CP的长度。1．1．2OFDM系统的优缺点OFDM技术有以下优点14l：①把高速率数据流通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而有效地减少由于无线信道的时问弥散所带来的ISI，减小了接收机内均衡的