蜂窩通信系統(tǒng)中的中繼器技術(shù)及性能研究.pdf

1、蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以用來(lái)覆蓋不同的地理區(qū)域。一方面，它們可以覆蓋有室內(nèi)用戶的高密度樓宇市區(qū)，另一方面蜂窩網(wǎng)絡(luò)又對(duì)偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)的大地理區(qū)域提供接入。在這兩種情況下覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)都是具有挑戰(zhàn)性的。要么離基站的連接距離比較大，要么大部分對(duì)基站有陰影，使無(wú)線電傳播具有挑戰(zhàn)性。為了應(yīng)付不同的電波傳播條件，多處文獻(xiàn)提出多跳通信。通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)，如中繼器，無(wú)線電鏈路分為兩跳或多跳，這些比直傳連接有更好的傳播條件，增強(qiáng)了鏈路質(zhì)量，從而增加吞吐量和提高了覆蓋范圍。

2、
　　 本論文首先研究了MIMO中繼系統(tǒng)的天線在集中情況和分布情況下的容量增益。在多天線的情況下所有的天線位于同一中繼器形成集中式模式，在分布情況下，多天線分布在不同的中繼器，形成合作中繼器。本文考察了在不同中繼器位置情況下，不同天線總數(shù)下，以及有無(wú)天線相關(guān)性下的MIMO中繼容量增益，既考慮了編解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼器又考慮了放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器。當(dāng)中繼離基站較近時(shí)，容量主要局限于第二跳，分布式和集中式天線之間沒(méi)有太大的差異。當(dāng)中繼離終端較近時(shí)

3、，容量主要局限于第一跳，第一跳的能力與每個(gè)中繼器天線的數(shù)量相關(guān)，這時(shí)集中模式性能較好。
　　 本文進(jìn)一步在集中式和分布式下研究了MIMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器的濾波器矩陣。根據(jù)第一跳和第二跳的信道狀態(tài)信息，分別考慮了盲放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器，匹配濾波放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器和SVD放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器。其后提出并討論了一種基于第一跳信道狀態(tài)信息和等效的基站到終端信噪比的MIMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器。提出的濾波器矩陣是一個(gè)對(duì)角線矩陣和第一跳信道矩陣的左奇異的共軛轉(zhuǎn)置矩

4、陣的乘積。這里對(duì)角矩陣是通過(guò)最大化的遍歷信道容量得到的。這樣在現(xiàn)有的系統(tǒng)中引入這樣的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器不需要改變現(xiàn)有系統(tǒng)的基站和終端，保證了中繼器對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)是透明的。仿真結(jié)果表明，該方法優(yōu)于沒(méi)有信道狀態(tài)信息的方法，尤其是當(dāng)放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器天線數(shù)量比基站天線數(shù)量大的情況。
　　 對(duì)于多中繼器的情況，本論文研究了多中繼器中的中繼器選擇的算法，分別考慮多中繼器服務(wù)單用戶的情況和多中繼器服務(wù)多用戶的情況。提出了基于平均容量（遍歷容量）或者中

5、斷容量的中繼器選擇算法。利用泰勒公式分解提出了基于信道的平均狀態(tài)信息或二階統(tǒng)計(jì)得到平均容量（遍歷容量）或者中斷容量。對(duì)于中繼器系統(tǒng)，在中繼器中通常只有第二跳的平均信道狀態(tài)信息，本文考慮基于第二跳信道的平均狀態(tài)信息或二階統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的中繼器選擇。結(jié)果顯示這種基于信道的二階統(tǒng)計(jì)是一種簡(jiǎn)單而且準(zhǔn)確的方法。
　　 最后本文比較兩跳編解碼中繼器和放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器在蜂窩系統(tǒng)的性能。在蜂窩系統(tǒng)中有多小區(qū)干擾，情況相對(duì)于單鏈路復(fù)雜，這導(dǎo)致單鏈路的結(jié)

6、論在蜂窩中可能很不一樣，本文著重考慮了這兩種中繼器在蜂窩中的特性。對(duì)于編解碼中繼器主要是L2/L3的中繼器，由于編解碼中繼器不可能同時(shí)接收和發(fā)送，在蜂窩系統(tǒng)中編解碼中繼器的容量增益來(lái)自于頻率復(fù)用或空間分集。在蜂窩系統(tǒng)中，同頻放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器可以同時(shí)發(fā)送和接收，但同頻放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器可以帶來(lái)更多的干擾，放大信號(hào)的同時(shí)放大了其它小區(qū)的干擾和噪聲。結(jié)論表明對(duì)半徑小的小區(qū)，放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器比編解碼中繼器系統(tǒng)能帶來(lái)更多的增益。對(duì)于半徑大的小區(qū)，編解碼中