中继增强型蜂窝网络的资源分配与调度

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1、第l章绪论1．1研究背景第1章绪论1．1．1移动通信系统的发展历程20世纪70年代，美国贝尔实验室提出了著名的蜂窝概念【11。这一革命性的创新技术解决了20世纪早期无线通信系统频谱资源紧缺、容量小、服务质量差的问题，推动了移动通信产业在全球的迅速发展。短短的几十年间，移动通信系统经历了从模拟到数字、从窄带到宽带的三段式飞越。上世纪80年代初，第一代移动通信系统(1G)即模拟移动通信系统开始商用。它的特点是采用频分多址(FDMA)的接入方式，以模拟电路单元为基本模块实现话音通信。主要代表有美国的先进移动电话

2、系统(AMPS)、英国的全接入蜂窝系统(TACS)等。第一代系统仅能提供9．6kbit／s的传输速率，频谱利用率很低。随着数字信号处理技术和大规模集成电路的发展，20世纪90年代第二代数字移动通信系统(2G)逐步取代了第一代模拟移动通信系统。目前在全世界范围广泛使用的第二代系统主要有两种，一种是欧洲提出的基于时分多址(TDMA)的全球移动通信系统(GSM)，另一种是高通公司提出的基于码分多址(cDMA)的IS．95系统。第二代系统可以提供9．6~28．8kbit／s的传输速率，与第一代系统相比，改善了频谱

3、利用率。需要指出的是，前两代系统主要是为话音通信设计的，缺乏对数据业务的支持。近些年来，随着因特网(Intemet)的广泛普及，以多媒体业务为代表的各种高速数据业务不断增长。为了满足用户对高速数据业务的需求，第三代移动通信系统(3G)的研究在全球蓬勃开展。2001年4月，ITU正式确立欧洲WCDMA、美国CDMA2000和中国TD．SCDMA为世界三大3G标准。第三代移动通信系统采用码分多址(CDMA)技术，具有宽带化、高速率、多业务、多码率以及变码率的特点。1．1．2传统蜂窝网络面临的挑战尽管3G系统在

4、高速数据业务上已经比2G系统有了很大的提升，但是仍然无法满足用东南大学硕士学位论文户日益增长的业务需求12l【31。2003年，ITU．R制定了下一代移动通信系统的框架性建议书M．1645。建议中指出，下一代移动通信系统支持低速移动环境下1Gbit／s的峰值传输速率，高速移动环境下100Mbit／s的峰值传输速率【4】。如此高的速率，使传统蜂窝网络面临巨大的挑战。传统蜂窝网络在容量、边缘覆盖、可用频段和成本方面面临一系列的局限性：(1)系统容量问题。在传统蜂窝网络中，频谱资源有限，为了支持尽可能多的用户和

5、业务，只能通过小区分裂来增加系统容量。但是，小区半径的缩小会导致小区之间的干扰加大，小区分裂不可能无限制地进行。用小区分裂的方法提高容量有一定的限制。(2)小区边缘用户的服务质量问题。由于无线信号的路径损耗，处于小区边缘的用户接收到的信号能量衰减很大，所以用户能够享受到的传输速率变得很小。(3)能够分配给4G的频段将会高于目前3G使用的2GHz频段[51。这些高频频段对非视距(NLOS，NonLineofSight)的传播环境尤其敏感(信号能量衰减的非常快)。而城市的典型传播环境通常是非视距的【卯。因此，

6、高频段将严重影响小区的覆盖范围。(4)高密度的基站将显著增加网络的建设和运营成本【5J。1．1．3中继增强型网络的研究现状为了解决传统蜂窝网络的局限性，将中继多跳技术融入到传统网络是一种有效的解决方案Ⅻ71。研究表明，在传统蜂窝网络中引入中继，可以提高系统的容量，扩大小区的覆盖范围，改善小区边缘用户的服务质量‘引。因此中继增强型网络受到各国各个科研机构的广泛重视，成为当今无线通信研究的热点之一【91。2004年欧盟启动了研究下一代移动通信系统的WINNER项目，其目标是实现“随时随地的最优化接入”【Io】

7、。WINNER项目从一开始就把中继作为下一代系统网络架构的关键技术进行研究【111。IEEE802．16标准组织也于2005年9月成立了MobileMultihopRelay(MMR)研究小组，研究中继技术的可行性；并于2006年3月正式成立IEEE802．16jRelay工作小组，用于制定支持中继的多跳传输技术规范IEEE802．16j。目前，802．16j标准正在讨论之中【12】。1．2本文的主要工作和内容安排无线通信中最宝贵的是频谱资源。资源分配和调度是提高频谱利用率的有效手段。本文研究了中继增强型

8、蜂窝网络的资源分配和调度。2第l章绪论本文研究了复用相邻小区资源的策略，研究了使用该策略时，不同复用因子系统的性能差异。研究了基于复用分割的资源分配框架，以及联合路由和资源分配(爪RP)算法，在此基础上，提出了一种改进的联合路由和资源分配算法。仿真结果表明，与JRRP算法相比，改进算法显著改善了系统的中断概率，而吞吐量损失很小。本文研究了OFDMA中继增强型网络的调度算法，对各种调度算法的性能进行了仿真和分析，并与传统网络的性