（信号与信息处理专业论文）蜂窝通信系统中的中继器技术及性能研究.pdf

独创性( 或创新性) 声明 i i l l l ltiti i i iilli l t lftfli p i i l l y 17 6 0 4 1 2 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 日期：一矽印铲影 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 新躲趔 日期：矽p 二p 多_ 西 日期：化：竺! ! i t h e r e l a yi nt h ec e l l u l a rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m 1 一 a n c ii t sp e r f o r m a n c el n v e s t l g a t l o n ad i s s e r t a t i o n s u b m i t t e dt ob e i ji n gu n i v e r s i t yo fp o s t sa n dt e l e c o m m u n i c a t i o n s i nc a n d i d a c yf o rt h ed e g r e e o f d o c t o ro fp h i l o s o p h y s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g b y m i a oq i n g y u b e i j i n g ，c h i n a ，p r m a y 2 0 1 0 北京邮电大学博士学位论文 摘要 摘要 蜂窝网络可以用来覆盖不同的地理区域。一方面，它们可以覆盖有室内用户 的高密度楼宇市区，另一方面蜂窝网络又对偏远农村地区的大地理区域提供接 入。在这两种情况下覆盖整个服务区都是具有挑战性的。要么离基站的连接距离 比较大，要么大部分对基站有阴影，使无线电传播具有挑战性。为了应付不同的 电波传播条件，多处文献提出多跳通信。通过中间节点，如中继器，无线电链路 分为两跳或多跳，这些比直传连接有更好的传播条件，增强了链路质量，从而增 加吞吐量和提高了覆盖范围。 本论文首先研究了m i m o 中继系统的天线在集中情况和分布情况下的容量 增益。在多天线的情况下所有的天线位于同一中继器形成集中式模式，在分布情 况下，多天线分布在不同的中继器，形成合作中继器。本文考察了在不同中继器 位置情况下，不同天线总数下，以及有无天线相关性下的m i m o 中继容量增益， 既考虑了编解码转发中继器又考虑了放大转发中继器。当中继离基站较近时，容 量主要局限于第二跳，分布式和集中式天线之间没有太大的差异。当中继离终端 较近时，容量主要局限于第一跳，第一跳的能力与每个中继器天线的数量相关， 这时集中模式性能较好。 本文进一步在集中式和分布式下研究了m i m o 放大转发中继器的滤波器矩 阵。根据第一跳和第二跳的信道状态信息，分别考虑了盲放大转发中继器，匹配 滤波放大转发中继器和s v d 放大转发中继器。其后提出并讨论了一种基于第一 跳信道状态信息和等效的基站到终端信噪比的m i m o 放大转发中继器。提出的 滤波器矩阵是一个对角线矩阵和第一跳信道矩阵的左奇异的共轭转置矩阵的乘 积。这里对角矩阵是通过最大化的遍历信道容量得到的。这样在现有的系统中引 入这样的放大转发中继器不需要改变现有系统的基站和终端，保证了中继器对现 有的系统是透明的。仿真结果表明，该方法优于没有信道状态信息的方法，尤其 是当放大转发中继器天线数量比基站天线数量大的情况。 对于多中继器的情况，本论文研究了多中继器中的中继器选择的算法，分别 考虑多中继器服务单用户的情况和多中继器服务多用户的情况。提出了基于平均 容量( 遍历容量) 或者中断容量的中继器选择算法。利用泰勒公式分解提出了基 于信道的平均状态信息或二阶统计得到平均容量( 遍历容量) 或者中断容量。对 于中继器系统，在中继器中通常只有第二跳的平均信道状态信息，本文考虑基于 第二跳信道的平均状态信息或二阶统计为基础的中继器选择。结果显示这种基于 信道的二阶统计是一种简单而且准确的方法。 最后本文比较两跳编解码中继器和放大转发中继器在蜂窝系统的性能。在蜂 北京邮电大学博士学位论文 摘要 窝系统中有多小区干扰，情况相对于单链路复杂，这导致单链路的结论在蜂窝中 可能很不一样，本文着重考虑了这两种中继器在蜂窝中的特性。对于编解码中继 器主要是l 2 l 3 的中继器，由于编解码中继器不可能同时接收和发送，在蜂窝系 统中编解码中继器的容量增益来自于频率复用或空间分集。在蜂窝系统中，同频 放大转发中继器可以同时发送和接收，但同频放大转发中继器可以带来更多的干 扰，放大信号的同时放大了其它小区的干扰和噪声。结论表明对半径小的小区， 放大转发中继器比编解码中继器系统能带来更多的增益。对于半径大的小区，编 解码中继器比放大转发中继器能带来更多的增益。本文同时给出了蜂窝系统中部 署中继的建议。 关键词：无线通信；中继器；多输入多输出；信道状态信息；遍历容量； 中断容量；中继器选择 北京邮电大学博士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t c e l l u l a rn e t w o r ki su s e dt oc o v e rd i f f e r e n tg e o g r a p h i c a lr e g i o n s o no n eh a n d ， t h e ys h o u l dc o v e rh i g h d e n s i t yb u i l d i n g si nu r b a na r e a sw i t hi n d o o ru s e r s ，o nt h e o t h e rh a n dc e l l u l a rn e t w o r ks h o u l dp r o v i d ew i r e l e s sa c c e s sf o rt h er u r a li nal a r g e g e o g r a p h i ca r e a i nb o t hc a s e s ，t oc o v e rt h ew h o l es e r v i c ea r e ai sc h a l l e n g i n g d u et o e i t h e rt h es h a d o wo rt o ol o n go ft h er a d i oc o n n e c t i o nf r o mb a s es t a t i o n ，t h er a d i o p r o p a g a t i o nf a c e sm o r ec h a l l e n g e i no r d e rt oc o p ew i t hd i f f e r e n tr a d i op r o p a g a t i o n c o n d i t i o n s ，m u l t i - h o pc o m m u n i c a t i o n sw a sp r o p o s e d t h r o u g hi n t e r m e d i a t en o d e s ， s u c ha sr e l a y r e p e a t e r s ，r a d i ol i n k sa r ed i v i d e di n t ot w oo rm o r eh o p s ，w h i c hi sb e t t e r t h a nt h ed i r e c tc o n n e c t i o n ，w h i c hi n c r e a s e st h el i n kq u a l i t yi m p r o v e st h et h r o u g h p u t a n dc e l lc o v e r a g e i nt h i st h e s i s ，t h em i m o r e l a ys y s t e mi sf i r s ts t u d i e dw i t hc o l o c a t e dc a s ea n d d i s t r i b u t e dc a s ei nt h ec o n t e x to ft h er e l a yg a i n i nt h ec o 1 0 c a t e dc a s e a l lt h e a n t e n n a sa r el o c a t e di nt h es a m er e l a ym o d e ，w h i l ei n t h e d i s t r i b u t e dc a s e ，t h e a n t e n n a sc a nb el o c a t e di nd i f f e r e n tr e l a yn o d e s ，w h i c hc a nh a v ec o o p e r a t i o n t h e p e r f o r m a n c ew i t hd i f f e r e n tr e l a yp o s i t i o n s t h ep e r f o r m a n c ew i t hd i f f e r e n tn u m b e ro f r e l a ya n t e n n a s ，a n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h ea n t e n n aw i t hd i f f e r e n tc o r r e l a t i o ni s i n v e s t i g a t e d b o t hd e c o d e a n d f o r w a r dr e l a ya n da m p l i f i e d - a n d - f o r w a r dr e l a ya r e c o n s i d e r e d w h e nt h er e l a yn e a r st h eb a s es t a t i o n ，t h ec a p a c i t yi sl i m i t e db yt h e s e c o n dh o p ，a n dt h e r ei sn ol a r g er e l a yg a i nd i f f e r e n c eb e t w e e nt h ec o - l o c a t e dc a s e a n dd i s t r i b u t e dc a s e w h e nt h er e l a yn e a r st h em o b i l es t a t i o n , t h ec a p a c i t yi sl i m i t e d b yt h ef i r s th o p ，w h i l et h ec a p a c i t yo ff i r s th o pi sr e l a t e dt ot h en u m b e ra n t e n n a si n e a c h r e l a y i nt h i sc a s e ，t h ec o l o c a t e dc a s eh a sb e t t e rp e r f o r m a n c e i nm o s to ft h ec a s e 。 t h er e l a yg a i nf o rt h ec o - l o c a t e dc a s ei sl a r g e rt h a nt h eg a i ni nt h ed i s t r i b u t e dc a s e t h ef i l t e rm a t r i xd e s i g nf o rm i m oa fr e l a yi sf u r t h e r i n v e s t i g a t e d i nt h e c o l o c a t e dc a s ea n dt h ed i s t r i b u t e dc a s e a c c o r d i n gt oc h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o no ft h e f i r s ta n ds e c o n dh o p ，t h eb l i n d r e l a y , t h em a t c hf i l t e rr e l a ya n dt h es v dr e l a ya r e c o n s i d e r e d f u r t h e ras p a t i a lf i l t e rf o rm i m o r e p e a t e ri sd e s i g n e db a s e do nf i r s t h o p c s ia n de n d t o - e n ds n r t h ep r o p o s e df i l t e ri sap r o d u c to fa d i a g o n a lm a t r i xa n dt h e c o n j u g a t et r a n s p o s eo ft h el e f ts i n g u l a rm a t r i xo ft h ef i r s t - h o pc h a n n e lm a t r i x t h e d i a g o n a lm a t r i xi so b t a i n e db ym a x i m i z i n ga nu p p e rb o u n do ft h ee r g o d i cc h a n n e l c a p a c i t y s i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep r o p o s e ds c h e m eo u t p e r f o r m st h e s c h e m ew i t h o u tc s i ，e s p e c i a l l yw h e nt h en u m b e ro fr e p e a t e ra n t e n n a si sg r e a t e rt h a n 北京邮电大学博士学位论文 a b s t r a c t t h a to ft h eb a s es t a t i o na n t e n n a s t h ei n t r o d u c t i o no fs u c har e p e a t e rm a yn o tn e e d m o d i f i c a t i o n so nt h eb a s es t a t i o nn o rt h em o b i l es t a t i o n h e n c et h et r a n s p a r e n c y p r o p e r t yo far e p e a t e rc a nb ep r e s e r v e d f o rm u l t i r e l a yc a s e ，t h et h e s i si n v e s t i g a t e st h er e l a ys e l e c t i o np e r f o r m a n c e t h e r e l a ys e l e c t i o na l g o r i t h mb a s e do nt h ea v e r a g ec a p a c i t y ( e r g o d i cc a p a c i t y ) o rt h e o u t a g ec a p a c i t yi sp r o p o s e d t h ea v e r a g ec a p a c i t y ( e r g o d i cc a p a c i t y ) o ro u t a g e c a p a c i t yc a nb eo b t a i n e db a s e do nt h ea v e r a g ec h a n n e li n f o r m a t i o nw i t ht a y l o rs e r i e s f o rt h er e l a y s y s t e m ，t h er e l a yc a ne a s i l yo b t a i nt h ei n s t a n t a n e o u sc h a n n e ls t a t e i n f o r m a t i o ni nt h ef i r s t h o pa n dt h ea v e r a g ec h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o no nt h e s e c o n d - h o p h e r er e l a ys e l e c t i o nb a s e do nt h ea v e r a g ec h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n ( o r t h es e c o n d o r d e rs t a t i s t i c so ft h ec h a n n e l ) i nt h es e c o n dh o pi si n v e s t i g a t e d t h ec a s e f o rt h em u l t i - r e l a yw i t ho n eu s e ra n dt h ec a s ew i t hm u l t i r e l a ya n dm o r eu s e r sa r e c o n s i d e r e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w st h a t r e l a ys e l e c t i o nb a s e do nt h ea v e r a g e c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n ( o rt h es e c o n d - o r d e rs t a t i s t i c s ) o ft h es e c o n dh o pi sa s i m p l e a n da c c u r a t em e t h o d f i n a l l y , t h ep e r f o r m a n c eo ft h et w o - h o pd e c o d e a n d f o r w a r d ( d f ) r e l a ya n d r a d i o 行e q u e n c y ( r e ) r e p e a t e ri nt h ec e l l u l a rs y s t e ma r ec o m p a r e d i nt h ec e l l u l a r s y s t e m ，t h e r ei si n t e r - c e l li n t e r f e r e n c e ，w h i c hi sm o r ec o m p l i c a t e dt h a nt h es i n g l el i n k ， l e a d i n gt h a tt h ec o n c l u s i o n so fas i n g l el i n km a yn o tb ea p p l i c a b l et ot h ec e l l u l a r s y s t e m t h i st h e s i sf o c u s e so nt h ep e r f o r m a n c eo fr e l a ya n dr e p e a t e r si nt h ec e l l u l a r s y s t e m h e r et h ed e c o d e a n d - f o r w a r dr e l a yi sm a i n l yl 2 l 3r e l a y t h ec u r r e n tr e l a y c a nn o tr e c e i v ea n dt r a n s m i ta tt h es a m et i m ew i t ht h es a m er e s o u r c e ，a n dt h er e l a y c a p a c i t yg a i nm a i n l yc o m e sf r o mf r e q u e n c ym u l t i p l e x i n go rs p a t i a ld i v e r s i t y , i nt h e c e l l u l a rs y s t e m ，t h er fr e p e a t e r sc a nr e c e i v ea n dt r a n s m i ta tt h es a m et i m ew i t ht h e s a m er e s o u r c e ，b u ti t b r i n g sm o r ei n t e r f e r e n c es i n c et 1 1 ei 强r e p e a t e ra m p l i f i e st h e i n t e r - c e l li n t e r f e r e n c ea n dn o i s ew h e ni ta m p l i f i e st h es i g n a l f o rt h ec e l l sw i t hs m a l l r a d i u s ，t h er fr e p e a t e rc a nb r i n gm o r eg a i nt h a nt h ed fr e l a y f o rt h ec e l l sw i t hl a r g e r a d i u s ，t h ed fr e l a yc a nb r i n gm o r eg a i nt h a nt h er f r e p e a t e r t h ed e p l o y m e n to ft h e m u l t i p l er e l a y r e p e a t e ri nt h ec e l l u l a rs y s t e mi sa l s op r o p o s e d k e y w o r d s ： w i r e l e s st e l e c o m m u n c i a t i o n s y s t e m s ；r e l a y ；m u l t i p l e i n p u t m u l t i p l e - o u t p u t ( m i m o ) ；c h a n n e ls t a t e i n f o r m a t i o n ；e r g o d i cc a p a c i t y ；o u t a g e c a p a c i t y ；r e l a ys e l e c t i o n 北京邮电大学博士学位论文目录 目录 第1 章绪论 1 1 1 中继器分类 1 2 1 1 1 常用中继器名称2 1 1 2 按部署概念分类3 1 1 3按转发方式分类4 1 1 4按协议特性分类6 1 2 中继器系统研究状况7 + 1 2 1分析模型7 1 2 2相关算法1 0 1 2 - 3相关技术1 0 1 2 4 可扩展中继器技术1 1 1 2 5 中继器技术在现标准中的研究与应用1 4 1 3论文中主要创新点1 6 1 4 论文内容安排一1 6 1 5参考文献18 第2 章集中式和分布式m i m o 中继器的性能2 1 - 2 1 介绍21 2 2 情景和参数2 1 2 2 1情景2 1 2 2 2 符号列表一2 3 2 3 容量分析2 4 2 3 1 编解码转发中继器2 4 2 3 2 放大转发中继器2 6 2 4仿真假定2 8 2 4 1仿真参数2 8 2 4 2性能评判2 9 2 5 计算仿真分析2 9 2 5 1编解码中继器。2 9 2 5 2 放大转发中继器3 0 2 6 本章小结3 2 2 7 进一步的研究3 3 2 8 参考文献3 3 北京邮电大学博士学位论文 目录 第3 章m i m o 放大转发中继器中滤波矩阵的设计 3 5 3 1 介绍- 3 5 - 3 2 情景和参数一3 5 3 3 容量分析一3 5 3 3 1放大转发中继器- 3 5 3 3 2 功率放大器一3 8 3 4 仿真假定一4 0 一 3 5 仿真分析一4 0 3 5 1在不同位置上中继器的性能4 0 一 3 5 2中继器总天线数目的性能- 4 3 - 3 6 本章小结一4 5 3 7 进一步的研究一4 5 - 3 8 参考文献一4 6 第4 章减少反馈的放大转发中继器 一4 7 4 1 介绍一4 7 4 2 系统模型一4 8 - 4 3滤波器矩阵的设计4 9 - 4 3 1滤波器矩阵的格式5 0 一 4 3 2增益分配- 5 2 - 4 3 3系统图5 2 - 4 4 仿真分析5 3 - 4 5本章小结- 5 6 - 4 6 参考文献5 7 第5 章编解码中继器的中继器选择 - 5 9 - 5 1介绍一5 9 - 5 2单用户的情况下的中继器选择6 0 - 5 2 1系统描述一6 0 5 2 2分析- 6 1 5 2 3 结果分析一6 5 5 3 多用户的情况下的中继器选择一6 8 - 5 3 1模式描述6 9 - 5 3 2 模式分析一7 0 - 5 3 3仿真和分析7 3 5 4本章小结7 8 北京邮电大学博士学位论文目录 5 5 参考文献7 8 第6 章中继器在移动蜂窝通信系统中的性能比较 8 1 6 1 两跳编解码中继器模型一8 l - 6 1 1系统结构8 l - 6 1 2路由算法8 2 6 1 3 调度8 3 6 1 4链路自适应和功率控制8 4 6 1 5 自动重传8 4 6 2 放大转发中继器的模型一8 4 6 2 1同频放大转发中继器8 4 6 2 2 放大转发中继器和o f d m 一8 5 6 2 3射频放大转发中继器模型8 6 6 3公共模型8 7 6 3 1传播模型8 7 6 3 2 天线一8 8 6 3 3业务模型8 8 6 3 4中继器的部署8 9 6 3 5性能评价8 9 6 3 6 其它仿真假定一9 0 6 4 结果9 1 6 4 1编解码中继器9 1 6 4 2 射频放大转发中继器9 3 6 4 3编解码中继器和转发放大中继器的比较分析9 5 6 5 本章小结一9 9 6 6进一步的研究9 9 6 7参考文献10 0 第7 章结束语 1 0 1 7 1研究工作小结1 0 1 7 2下一步的研究方向1 0 2 附录i 符号及缩略语说明 1 0 5 致谢1 0 7 攻读博士期间发表的与本论文相关的论文 1 0 9 攻读博士期间申请专利情况 1 1 0 北京邮电大学博士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 在传统蜂窝结构大面积区域采用具有超高数据速率的第四代( 4 g ) 无线系 统会存在很多困难，主要原因在于：第一，4 g 系统的传输速率比3 g 系统要高 两个级别。众所周知，在指定发射功率电平的情况下，符号( 比特) 能量会随着 传输速率的提高呈线性下降，因此，这种需求将会产生严重的功耗问题。第二， 为4 g 系统发放的频谱无疑将位于3 g 系统所使用的2g h z 频段以上。而通常 这些频段的无线电传播在非可视距条件下，效果是相当差的，而非可视距条件正 是当今城区蜂窝通信的典型运行模式。 要彻底解决这两个问题，就必须大幅增加基站的密度，这会导致相当高的部 署成本，而如果用户数量并没有以同样的速度增加的话，这套解决办法就不太可 行。在蜂窝电话已经高度普及的发达国家，要让用户数量以同样的速度增加似乎 不太可能。另一方面，相同数量的用户将会对传输速率提出更高的要求，这将导 致总吞吐率成为未来无线系统的瓶颈。假如用户不愿意为每比特数据业务付与每 比特语音业务相同的费用，那么大幅增加基站数量这一措施看起来就不太经济合 理。 综上所述，要想在未来系统中获得非常大的吞吐率以及较大的覆盖范围，进 行基本的改进和提升是十分必要的。除了需要采用先进的传输技术和配置天线技 术，还需对无线网络架构本身进行主要修改，以便能够高效地在无线用户之间分 配和收集信号。将多跳性能融合到传统的无线网络或许是理想的架构升级方案， 这就是中继器技术。 如果传统蜂窝网络中小区的直径为2 - 5 公里，则中继器覆盖区域的直径只需 2 0 0 - - 5 0 0 米。这就是说，与基站相比，传统蜂窝网络对中继器传输功率的要求 将明显降低。随之产生的结果是，允许经济合理地设计中继器中所使用的放大器。 此外，放置中继器的天线杆也不需要与基站一样高，这样就可减少运营开支( o n 服务提供商租用塔架及维护成本) 。 中继器并未与骨干网进行有线连接。相反，它们存储从基站无线接收的数据， 然后将其转发至用户终端，反之亦然。这样就无需在基站和有线骨干网之间为中 继器安装接口。 如果小区中的中继器密度较高，那么，与到基站的距离相比，大多数终端与 一个或多个中继器之间的距离要近得多。也就是说，基站到终端之间的传播损耗 比临近中继器到终端之间的损耗要大。这样，中继器与各终端之间的链路数据速 率较高，从而潜在地解决了较大型小区中高数据速率的覆盖问题。 北京邮电大学博士学位论文 第1 章绪论 由于通过基站和中继器都能实现同步传输，因此，还可以通过提高复用率或 空间分集效应来获得容量增益。 凭借中继器可获得多跳通信的诸多优势，例如，移动和无线宽带蜂窝网络中 无线范围扩展的解决方案( 容量的业务覆盖范围) ，以及解决射频中屏蔽问题的 解决方案。此外，中继器还可作为缩减基础设施部署成本的一项措施。不仅如此， 通过采用空间分集，多跳中继器还能够提高蜂窝网络的容量。 尤需强调的是，传统的自组网与上述多跳扩大基础设施网这两种网络所实现 的根本目标存在基本的差异。自组网的目标是不借助任何基础设施即可正常运 行，而后者的目标则是在任意地点提供超高数据速率覆盖，并始终保持高吞吐率。 1 1 中继器分类【1 】 中继器有各种各样的种类和名称，根据不同的分类有不同的名称。在下面的 1 1 1 节列出了常用的中继器名称，第1 1 2 ，1 1 3 和1 1 4 节分别根据部署 概念，转发方式和协议类型给中继器分类。 1 1 1 常用中继器名称 放大和转发( a f ) 中继器，工作在物理层和它的基本功能，顾名思义，放 大和转发接收信号，包括任何收到的噪声和干扰。直放站( 或干放器，转发站) 也是其中的一种，包括同频，异频，光纤放大和转发中继器。 解码和转发( d f ) 中继器在转发之前解码接收到的数据，并重新编码发送出 去。编解码中继器不会转发噪音和干扰，但会增加延迟开支。编解码中继器工作 在数据链路层，有能力发现并纠正有可能在物理层发生的错误。 自回程( s e l f - b a c k h a u l i n g ) 中继器是编解码中继器的一种特殊情形，这里 l t e h s p a 的基站使用l t e h s p a 作为无线接入回程。自回程基站可以被看作是 一种编解码中继器，它通过无线连接到主基站。 合作中继器是多个中继器合作给用户传输数据。例如，合作可用于增加分集 或数据复用。 同频中继器( o f r ) 是一个在同一个频段上接收信号并转发的中继器。 频率转换中继器( f t r ) 是一个中继器在一个频段接收信号，在另一个频段 转发信号。 频率选择性中继器( f s r ) 是一个中继器可以动态转发部分频带收到的信号。 时间选择中继器( t s r ) 是中继器可以动态转发某个时段接收的信号。 2 北京邮电大学博士学位论文第l 章绪论 1 1 2 按部署概念分类 根据移动性或部署概念，可将中继器分为三种主要类型：固定中继器、临时 固定中继器以及移动中继器。 1 1 2 1 固定中继器 固定中继器不能移动，安装于一个固定位置。与自组网相比，通过固定基础 设施采用中继器功能的网络无需使用复杂的分布路由算法，但是，当业务类型随 时间改变时可以移动中继器。 服务供应商在其网络中部署中继器和基站，从而在未获得充分覆盖的基站小 区中扩大覆盖范围、增加容量或每用户吞吐量，或者将覆盖范围扩展至基站覆盖 范围以外的区域。在这种情况下，便可利用基础设施提供商所提供的固定中继器。 中继器可覆盖各种区域。可将它们安装于塔架、天线杆、楼顶或大楼侧面、灯柱 或其它位置。提供商能够选择中继器天线的安装位置，以便在基站和中继器之间 获得l o s 信道。另一潜在的部署策略就是利用安装在楼顶或大楼内部的固定客 户机设备来配置简单的小型中继器。固定客户机系统不仅包括私人或商用固定系 统，而且还包括企业、市政以及其它机构所使用的热点系统。一般而言，经部署 后，中继器将融入网络，并且在基础设施提供商的管理下还会继续在网络中发挥 作用。 1 1 - 2 2 可移动中继器临时固定中继器 “可移动 一词表明中继器有“移动”的“可能”。从这方面讲，可将可移 动中继器定义为，根据覆盖范围的需要能够从一个位置移动到另一位置的中继 器。确切地说，该词强调了中继器的“特定 使用情况，而不是说，在它们运行 的时候可移动。中继器可以位于不同的位置，并且随时间变化与各种中继器或基 站进行通信，但不执行切换过程 9 】。 以上分类引出另一分类，即与使用情况密切相关，即“所有者 。根据这一 术语，我们规定了有权使用中继器的团体所有者。具体实例如下： 网络运营商，应他人要求需要覆盖( 如，展会等) 日常用户，需要在花园覆盖或室内使用。 机构企业，覆盖其建筑物。 以上简短分析表明，可移动中继器能够满足各种类型覆盖需求。 3 北京邮电大学博士学位论文 第1 章绪论 1 1 2 3 移动中继器 移动中继器已成为中继器的又一种热门类型。上面描述了固定中继器在满足 覆盖范围及容量方面具备诸多优势，但是，由于还无法满足一些特殊情况( 如特 定需求，因此，提出了移动中继器的概念。 其中一种移动中继器为“专用移动中继器”。这类中继器的主要特点是，移 动中继器的移动性与要覆盖的用户终端人口目标区域“相关 。一个典型的例子 就是移动网络概念，即在火车上安装移动中继器以覆盖车厢内部。在欧洲，大部 分上班族( 如职业人士) 要花费很长的时间坐火车，因此，在车厢内就需要很高 的带宽。最近，运营商和火车公司对这一领域产生了浓厚兴趣。这一类型中继器 的一些基本特点就是，为运营商或列车公司所拥有、构建的数量相对较少，且十 分复杂，因此价格昂贵，并且需要支持复杂的流程( 如切换) 。 另一种移动中继器是可以作为中继器的移动终端。这类移动中继器是用户终 端，还可为运营商网络所利用，提供中继功能。它们将作为中高端未来终端， 不仅具有中继器功能，同时还不会对用户终端( 例如成本、用户体验、电池寿命) 造成太大影响，并且不受任何限制。这类移动中继器的瓶颈并非技术方面的障碍， 而在于用户可能禁用该功能或关闭用户终端。当然，由于有大量的用户终端，则 可能减少此类问题，然而，仍需重视这一问题。类似的概念o d m a ( 随机驱 动多址接入) ，就是在3 g p pr 9 9 初期提出的的一项技术。 1 1 3 按转发方式分类 中继器转发的方式主要有两种：放大并转发( a f ) 、解码并转发( d f ) 。目前 还有提出一种估计并转发( e f ) 中继器，它处于放大并转发和解码并转发中间。 1 1 3 1 放大并转发( a f ) 放大并转发( a f ) ：将中继器节点接收到的信号放大后转发至用户。有时将 这种情况称为“非再生中继器”或“模拟中继器 。在这种情况下，中继器器价 格便宜，并且易于部署维护。在基站中执行无线资源管理( i u 洲) 和调度工作。 中继器基本上作为模拟转发器使用，因此，系统的噪音等级也会随之增加。理论 上讲，可在所有方面中