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)又對偏遠農(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，要么大部分對基站有陰影，使無線電傳播具有挑戰(zhàn)性。為了應(yīng)付不同的電波傳播條件，多處文獻提出多跳通信。通過中間節(jié)點，如中繼器，無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。當中繼離基站較近時，容量主要局限于第二跳，分布式和集中式天線之間沒有太大的差異。當中繼離終端較近時

3、，容量主要局限于第一跳，第一跳的能力與每個中繼器天線的數(shù)量相關(guān)，這時集中模式性能較好。
　　 本文進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對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。這里對角矩陣是通過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)于沒有信道狀態(tài)信息的方法，尤其是當放大轉(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)計得到平均容量（遍歷容量）或者中斷容量。對于中繼器系統(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)計是一種簡單而且準確的方法。
　　 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)中繼器可以同時發(fā)送和接收，但同頻放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器可以帶來更多的干擾，放大信號的同時放大了其它小區(qū)的干擾和噪聲。結(jié)論表明對半徑小的小區(qū)，放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器比編解碼中繼器系統(tǒng)能帶來更多的增益。對于半徑大的小區(qū)，編解碼中