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基于中继技术的802.16j标准展望

来源:通信世界网 王大健?? 2008年01月03日 ?? 收藏0

  随着用户对于无线互连网络需求的日益增长,新一代的无线通信系统需要提供更高速的传输率、更好的信号覆盖和更强的移动性,以便在不久的将来让用户通过无线传输得到能够与有线宽带网络相媲美甚至更好的接入服务。以IEEE 802.16e[1]技术标准为基础的WiMAX系统近年来受到广泛市场关注,但WiMAX基站在市区覆盖半径仅为几公里,而且数据传输速率随着与基站距离增加而递减,尤其处于基站覆盖边缘的用户信号较差,影响了该系统商用的普及。传统的移动网络主要通过安装微蜂窝基站或直放站[2] 来改善覆盖问题,但前者成本较高而后者则会把干扰信号一同放大,缺乏智能控制,难以达到最优效果。为此,IEEE 802.16标准制定组织于2006年3月成立移动多跳中继技术[3]小组以研究在802.16系统中采用中继技术的可行性。多家通信企业及研究机构已参与其中并积极提案,使得新标准IEEE 802.16j呈现出勃勃生机。

  1? 中继技术简介

  在传统的蜂窝通信系统中,基站的覆盖范围一般为2~5 km,如图1(a)所示,如果仅仅依靠视距路径(LOS)传输,由于存在高大建筑物,信道的阴影衰落会非常明显,信号的质量和速率都会降低;在图1(b) 中,由于安装了中继站,在移动台与基站之间建立了一条速率高衰落小的信息通道,通信质量会得到非常大的提升。

传统的蜂窝通信系统

  中继站的成本相对微蜂窝基站会低廉很多[4],在布放中继站时,最典型的两种情况如图2所示。

  图2(a)情况下通常将中继站安装在基站覆盖边缘或者阴影效应[5]严重的区域,以达到改善信号传输质量进而提高传输速率的目的。从系统角度来看,这种布放可使基站为其覆盖区域内不同位置用户提供公平的服务调度和均衡的传输速率。

  图2(b)的情况下控制信息和用户数据都通过中继到达接收端,可以看出基站覆盖范围得到扩大,这就使得运营商在不易布放基站的地区(如缺乏核心网接入点或者空间较小)通过中继站的转发提供有效的接入服务。从用户角度来看,这种布放改善了接收端的信号质量,服务质量和用户满意度得到提升;同时传输速率和系统覆盖范围都有所增大。

典型的两种情况

  2? 中继关键技术

  (1) 中继站对信号的处理模式

  中继站对接收信号的处理方式是影响中继性能的一个重要因素。

  最简单的一种是类似于直放站的“放大转发”模式,中继站仅仅把接收到的信号按一定的系数进行放大,这种模式的弊端与直放站的确定也是类似的。还有一种模式叫做“解码转发”,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。这种模式在信道条件好的时候能够增强信号质量,但是如果中继站解码出现错误,那么转发的信号将会出现差错扩散,而且移动台也无法恢复。最近还提出一种“估计转发”模式,中继站对信号只解调但不解码,然后按照解调后的信号进行量化压缩产生一个估计值,这个估计值的信号被中继站转发出去。这种模式最初是在“解码转发”模式不可用的情况下提出来的,它吸收了前面提到两种模式的优点,但由于转发的是接收信号的小码本,所以必须结合直径信号或者其他路径的转发信号,才能完全解码,具体实现方式还在探讨阶段。

  (2) 中继站之间的协作和宏分集

  在中继通信系统中,信号可以通过不同的中继节点到达移动台,因此通过中继站之间的协作传输,可以达到宏分集的效果。

  最常用的分集方式是中继站与多输入多输出(MIMO)结合:来自基站的数据在中继站处进行相同的空时编码,每个中继站选择编码后的一路数据并发送出去,在接收端再合并。这种情况下中继站相当于MIMO中的独立天线。

  另一种分集方式是循环时延分集,需要利用正交频分复用(OFDM)技术。基站将数据调整在OFDM符号上并发送给m 个中继站。不同的中继站分别将接收到的OFDM符号在时域上进行0至m -1次循环移位,然后再发送出去,实现频率和空间分集。

  (3) 无线资源管理

  无线资源管理包括基站、信道和传输功率的分配。当存在中继传输时,转发的信号传输需要额外的时频信道,选取恰当的中继站,中继信道或者转发功率进行传输将会大大增强高速数据信号的覆盖效果。在如下情况下尤其显著:

  要求服务的移动台大幅增多;

  采用功率控制进一步改善性能,特别是蜂窝很小时,临道干扰也相应变小;

  蜂窝尺寸的大小决定了中继传输功率的大小;因此,移动台的电池容量将不构成瓶颈;

  传输性能对中继选择机制的衡量标准也很敏感:如果随机选择,可能性能甚至不如无中继系统,而一个次最优的机制但却简单易行,也许会使系统性能得到更大的提升;

  一旦选定了恰当的中继站,性能增益将对中继信道的选择标准变得不那么敏感。因此,中继站选择的优先级因该高于中继信道的优先级。


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