摘要：下一代移动通信系统对频谱有效性和功率有效性提出了更高的要求，在现有的蜂窝网结构中引入中继的协作式通信被认为是高速率高覆盖要求下最可行的改进。中继辅助协同通信网与传统蜂窝网相比在覆盖效率、运营成本以及传输容量3方面具有优势。中继辅助通信网络主要有3种典型的传输模型：三终端传输模型、两跳多中继并行传输模型、多跳多中继网络传输模型。中继辅助通信技术已在WiMAX、WINNER和3GPP等通信标准中得到深入研究，具有极为广阔的应用前景。
关键词：中继辅助通信；协作通信；多跳网络；下一代移动通信网
Abstract:Tofacilitatethedemand for a higher spectrum and power efficiency arising from the next-generation mobile communication system, the introduction of relay-aided cooperative communication into the existing cellular infrastructure is considered the most practical improvement under high rate and coverage. In comparison with the legacy cellular network, relay-aided cooperative communication network enjoys relative advantages over the following three aspects, namely coverage efficiency, operation cost and transportation capacity. Transportation of relay-aided cooperative network falls into three typical models: three terminal model, two-hop multi-relay parallel model, and multi-hop multi-relay model. For the extensive perspective of relay-aided cooperative communication in application, a profound research has been carried out in communication standards as WiMAX, WINNER and 3GPP, etc.
Keywords:relay-aidedcommunication;cooperative communication; multi-hop network; next-generation mobile comm
基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(“863”计划)(2007AA01Z262)、国家自然科学基金资助项目(60672093,60496310)、国家重点基础研究发展规划项目(“973”计划)(2007CB310603)
IMT_advanced(ITU给B3G移动通信系统的正式名称)要求移动通信的传输速率达到100 Mb/s～1 Gb/s，这至少是高速数据分组接入(HSDPA)的10倍以上，在传统的蜂窝网络中几乎无法实现。如果要达到如此高的传输速率，必然要降低传统小区的覆盖面积(相应要增加基站个数)。基站个数的增加无疑将提高运营商的组网成本，降低其市场竞争力。无线中继的基本思想[1-3]是使用中继节点将基站的信号重新处理后再发送出去。应用多跳中继可以扩展小区的覆盖范围，减少通信中的死角地区，同时还可以平衡负载，转移热点地区的业务。另外，引入无线中继还可以节省终端的发射功率，从而延长电池寿命。基于中继的网络结构及其协作分集和协作多路技术已经得到了国内外学者的广泛重视。在未来移动通信(3GPP、3GPP2、B3G、4G)、无限局域网(WLAN)和宽带无线网络(802.16j)[4-5]等标准的制订中，都引入了中继的概念并考虑了中继辅助通信中存在的问题。欧盟无线世界开创新无线电(WINNER)计划[6-7]也对泛在宽带移动无线中继网络做了详细的规划。
1 中继辅助通信系统介绍
中继辅助通信系统可以由多个中继形成一个虚拟阵列相互协同工作，如图1所示。引入中继技术后宽带无线通信的组网方式与传统的无线接入最大的差异就是接入方式的多样性。移动终端可以直接通过中继站接入无线网络，也可以在中继站的协作下通过基站接入无线网络。作为一种能有效改善网络覆盖质量的技术，无线中继技术为在高频段实现宽带无线接入提供了一种高性价比的解决方案。概括来说，中继辅助通信系统作为一种新型组网技术具有以下优势：
(1)多个中继可以同时使用相同的时隙和频谱资源，从而节省无线电资源。
(2)多个中继间可以利用空间分集/空间复用提高系统传输容量。
(3)中继辅助通信系统不必明显改变现有主干网结构，可实现与现有通信网络的平滑过渡。
1.1覆盖能力
由于大尺度衰落效应，在以基站为基本传输单元的小区结构通信系统中，有效的数据传输效率会随着用户与基站间等效传输距离的增加而减小。因此，在传统蜂窝网结构中，小区边缘的用户很难实现真正意义上的高速率数据传输。另外，由于信号在传输过程中受地形、地貌的影响，如城区环境中建筑物的遮挡，地下环境的影响等，基站往往不能完全覆盖其小区范围内的每一个区域。在基站覆盖能力比较差的区域和小区的边缘地带安放中继站，并通过中继站的接力完成整个通信过程可以有效地减少通信盲区并扩大小区的覆盖范围。与传统的采用微蜂窝的方法相比，中继站的应用能在低组网成本基础上提高通信覆盖能力和提高通信质量。
