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移动通信中的中继技术的研究
【关键词】 中继  AF  DF  通信
【出   处】 2018年 1期
【收   录】 中国学术期刊网
【作   者】 徐伟尧
【项   目】 暂不属于基金项目
【单   位】
【摘   要】   摘要:GSM网络中使用的中继技术主要是直放站的形式,这种中继方式对接收信号做的处理就是直接放大然后发射,也就是amplify-forward即AF方式。还有一种中继方式叫做decode-for
正文

  摘要:GSM网络中使用的中继技术主要是直放站的形式,这种中继方式对接收信号做的处理就是直接放大然后发射,也就是amplify-forward即AF方式。还有一种中继方式叫做decode-forward即DF方式,这种中继方式将在下一代移动通信系统中广泛使用。在AF策略中,中继仅仅将收到的信号放大然后发送到接收端;在DF策略中,中继对收到的信号进行解码并重新编码,然后再将其发送到接收端。其他的一些中继方式都是从这两种最基本的中继方式中演化出来的,所以研究这两种基本的中继技术具有重要的科研意义,与以往分析不同,本文将通过matlab仿真,分析在不同信道和编码情况下AF和DF两种中继方式的性能,研究二者的实际性能和所面临的问题。

  关键字:中继 AF DF 通信

  一.引言

  下一代移动通信网络的显著特点之一是支持更高的系统容量和用户接入速率,LTE-Advanced(LTE-A)系统提出下行峰值速率超过1Gbit/s和上行峰值速率超过500Mbit/s的性能要求,为了达到此要求,LTE-A拟引入频谱聚合、多用户MIMO、多点协同传输(COMP)、中继等新技术,以获得更高的频谱效率和小区的吞吐率,4G系统的高数据速率对带宽提出了更高的需求,适合于移动通信工作的较低频率基本上已经分配殆尽,迫使系统工作在更高的载频上,高工作频段将使信号的空间传输有更大的路径损耗,在发射功率不变的情况下,无论是基站还是移动终端都会降低其覆盖距离,这样就需要部署更多的基站来满足覆盖的需求,3GPP已经确定在未来的移动通信中引入中继技术来降低网络建设成本,对中继技术的研究又进入了研究热点。

  通过在无线小区中添加若干数量的固定中继器,就能在很大程度上解决这些问题,这也是固定中继相对于点对点中继技术的优势所在,其最基本的功能就是接收和转发在基站和用户设备之间的信号,中继器和基站相比起来是比较简单的设备,建设成本较低,建设周期也很短。本文首先讨论固定中继站形式的AF和DF两种协议的工作原理和通信过程,分析其理论误码率,对仿真结果进行分析,最后给出结论,总结全文。

  二 .中继的分类以及在移动通信中的作用

  2.1 中继的分类

  中继技术在通信中的应用可分为固定中继和自适应中继两种,固定中继中,信道资源是以固定的方式在源节点和中继之间进行分配,固定中继策略包括放大转发(AF)和解码转发(DF)两种基本协议,AF方式是将接收到的信号只做简单的放大处理再发送出去,而DF方式是将接收的信号进行解码然后编码,再发送出去。

  自适应中继中,主要有自适应选择中继(Selection-Relaying,SR)和增强中继(Incremental Relay,IR),对于选择中继模式,当信源节点与中继节点间的信道条件较好时,中继节点便转发其从信源节点所接收到的信息至接收端;否则,中继节点不转发其从信源节点所接收到的信息,这时系统是非协作方式。对于增强中继模式,中继节点对源信号解码,并反馈解码判决信息给源节点,告知源节点译码是否正确,形成自适应中继方式。

  随着对中继技术研究的深入,各种不同的中继方式被提出,但是许多中继协议的提出都是基于AF和DF这两种中继方式的,本文主要讨论固定中继下这两种中继方式的性能。

  2.2 中继技术在移动通信中的作用

  在蜂窝移动通信中,引入中继站主要有两个作用,其一是提高小区的覆盖面积,保证用户的信号强度,提供热点的覆盖以及室内的覆盖;其二是提高小区的通信吞吐量。中继站的价格远低于基站,因此用中继站提高小区覆盖面积的费用很低,另外中继站可以实现和普通基站相同的信号覆盖功能,图一是在小区中引入中继站以后的信号覆盖情况。

  图一

  小区半径为500m,红色表示信号盲区,同一种颜色的地区的信号强度相差不大,越靠近中继站信号强度越大,可以看出,中继站周围扇区信号强度分布明显。

  三. AF与DF原理及性能

  3.1 AF模式基本原理及性能

  前向放大模式即AF模式是非再生中继,采用模拟方式,直接对接收到的信号进行放大处理,然后发送给接收端。图二是中继模拟图.

  图二

假设基站发送的信号为S,中继接收的信号为Y,基站到中继站的信道响应为,中继接收端的噪声为n,中继节点信号为,为放大倍数,因此:

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  中继站发送的信号是:

  接收端接收到的信号功率是:

  所以对于单中继的多跳链路来说,信噪比的估计是:

  在进行前向放大中继的过程中,噪声也被放大并转发,但由于基站接收到两个独立衰落的信号,因此可以做出更好的判决和检测,另外,基站端也要完成最优检测,还需要知道用户间信道的状态信息,如何采样、存储、放大并重传模拟信号的技术也是值得研究的问题。

  3.2 DF模式基本原理及性能

  原理和AF模式大体类似,DF模式就是解码转发模式,中继站把信号解调并解码为原始信息,然后再重新编码调制发送,这种方法可以减少信号传输过程中的噪声干扰,中继器需要将原始信号完全解码,这会产生一定的信号延迟,但是也可以获得比较大的性能增益,信号在源节点发射之前先进行循环冗余校验(CRC)码处理。这样,中继节点接收到源节点的信息后先进行译码处理,之后通过CRC来判别接收到的信息比特里是否存在错误。如果检测出错误,则不进行信息转发;反之则转发信号。但是,CRC的引入将降低了信息的传输速率。

  接收端的处理和AF方式类似,采用MRC(最大比合并),得到合并信号。

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  采用最大比合并方式时,可以大大提高系统性能,但是仍然有个问题,就是当中继站发送不正确的检验信号时,这种方式将会大大影响系统的性能,所以,当使用错误检测码时,才建议使用这种方式。

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