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　　盡管第三代移動通信系統(tǒng)(3G)較第二代(2G)移動通信系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢，但它還存在網絡容量相對較小、傳輸速率不夠高、因特網協(xié)議實現困難、費用相對昂貴等缺陷，因此，業(yè)界對第四代移動通信系統(tǒng)(4G)的研究便應運而生了。

　　在傳統(tǒng)的3G蜂窩網絡中，移動臺與基站之間的數據傳輸是通過無線連接直接完成的，也就是采用“單跳”方式傳輸數據的。如果第四代移動通信系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)數字蜂窩系統(tǒng)的網絡構架，就不可能滿足系統(tǒng)高速率的要求，因為無線信號的傳輸損耗與傳輸速率呈線性遞減關系，如此高的速率勢必對發(fā)射機的功率提出更高的要求，這顯然是不現實的;同時，由于4G系統(tǒng)必將使用2G頻段以上的頻譜資源，而這些頻譜資源的無線信號均為非視距傳輸，顯著的信號衰減勢必導致十分明顯得遠近效應。

　　為了克服3G系統(tǒng)的缺點，必須對原有的蜂窩網絡結構進行改造。在此背景下，一種基于“多跳”技術的中繼蜂窩網絡得到業(yè)界廣泛關注，被認為是未來移動通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。中繼技術是在基站與移動臺之間增加了一個或多個中繼站(RS)，中繼站負責將無線信號做一次或多次轉發(fā)。

　　1 系統(tǒng)模型

　　1.1 網絡模型

　　“兩跳”中繼蜂窩網絡模型與傳統(tǒng)蜂窩網的差別在于每個小區(qū)內增加了6個中繼節(jié)點，中繼節(jié)點分布在小區(qū)中心與頂點的連線上，距離小區(qū)中心距離為2R/3(R為小區(qū)半徑)。如圖1所示為小區(qū)的模型示意圖，該系統(tǒng)移動臺和中繼節(jié)點使用全向天線對信號進行發(fā)射和接收，為了對整個小區(qū)完全覆蓋，每個小區(qū)的基站使用3個120°的定向天線，這樣，小區(qū)便被劃成3個扇區(qū)，分別用S1，S2，S3表示。

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　　1.2 天線系統(tǒng)

　　天線作為無線通信系統(tǒng)的基本設備之一，它是通過饋線與收發(fā)信機連接起來，主要承擔發(fā)射或者接收無線電磁波的任務，實質是完成了電磁波和高頻電信號的能量轉換任務。根據天線的接收和發(fā)射方向來區(qū)分，天線可以分為全向天線和定向天線。

　　全向天線在水平方向圖上表現為360°都均勻輻射，全向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應用于郊縣大區(qū)制的基站，覆蓋范圍大頻率利用率低，用戶密度相對較小的情況;定向天線在水平方向圖上表現為有一定角度范圍輻射和一定寬度的波束，定向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應用城區(qū)小區(qū)制的基站，覆蓋范圍小，頻率利用率高，用戶密度較大的情況。

　　不同類型的收發(fā)設備根據通信的需要可選擇不同類型的天線。該方案的中繼蜂窩系統(tǒng)，基站采用120°的定向天線進行信號覆蓋，移動臺和中繼節(jié)點采用全向天線。

　　1.3 資源分配

　　中繼節(jié)點的引入和基站方向性天線的使用，使系統(tǒng)的鏈路分布要比傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)更為復雜，中繼蜂窩系統(tǒng)中的每個小區(qū)有如下15條鏈路：

　　鏈路L1～L3分別為扇區(qū)S1，S2，S3內BS-MS之間的通信鏈路;

　　鏈路L4～L9分別對應BS和6個RS之間的通信鏈路;

　　鏈路L10～L15分別對應MS和6個RS之間的通信鏈路。

　　系統(tǒng)的時頻資源被劃分為6部分，如圖2所示為系統(tǒng)幀結構示意圖。

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　　時頻資源與15條鏈路之間的分配關系為：

　　P1分配給鏈路L1，同時被鏈路L6和L7復用;P2分配給鏈路L2，同時被鏈路L8和L9復用;P3分配給鏈路L3，同時被鏈路L4和L5復用;P4分配給鏈路L10和L11;P5分配給鏈路L12和L13;P6分配給鏈路L14和L15。本文不研究T1和T2的最佳比例，為了討論方便，這里將時隙均分，即T1=T2。

　　由于移動臺在小區(qū)的分布有可能是非均勻的，因此小區(qū)中不同區(qū)域的話務量會有差別，在話務量大的區(qū)域會因資源緊張導致部分移動臺無法接入網絡，而話務量小的區(qū)域會造成部分系統(tǒng)資源閑置浪費。為提高資源利用率，在采用以上資源分配的同時，同一扇區(qū)的兩個中繼節(jié)點采用柔性資源分配方式，如圖1所示，S1扇區(qū)的RS1和RS2共用一份時頻資源，當中繼節(jié)點有移動用戶接入時，該節(jié)點的時頻資源由它服務區(qū)域的業(yè)務量動態(tài)分配。

　　通過資源的有效劃分，以及采用鏈路BS-RS復用鏈路BS-MS的方式，有效節(jié)約了中繼節(jié)點的資源開銷;同一扇區(qū)的兩個中繼節(jié)點根據話務量的狀況采用了柔性資源分配方式，從而使系統(tǒng)資源的利用率得到進一步提高。同時，由于基站使用了定向天線，在資源分配時，原始鏈路與復用鏈路在不同扇區(qū)，因此避免了資源復用而導致的同頻干擾。