U-E-Ad。anced中继下行系统级评估.docx

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U，E-Ad。anced中继下行系统级评估

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罗盾北京邮电大学信息与通信工程学院研究生

王亚峰北京邮电大学信息与通信工程学院副教授

王卓北京邮电大学信息与通信工程学院研究生

杨大成北京邮电大学信息与通信工程学院教授

摘要：中继技术是LTE-Advanced的关键技术之一。将中继节点引入蜂窝系统后，传统网络的结构发生了很大的变化，其影响应得到客观的评估。文章首先对中继系统进行了建模；随后描述了一种多用户MIMO方案以增强基站和中继站之间的成为瓶颈的回传(Backhaul)链路；最后提供了大量的仿真结果以全面评估中继系统下行链路的性能。

关键词：LIE-Advanced，中继，多用户MIMO．回程链路

中继作为LTE-Advanced中的一项重要技术，具有许多优点，譬如扩大覆盖范围、消除覆盖盲点、提高系统容量以及降低网络架设费用等。对于中继系统，控制信道、帧结构、导频、同步、切换以及ARQ等都需要新的设计，目前，3GPP正基于此展开广泛而深[来自www.Lw5U.coM]入的讨论。

对部署中继的蜂窝网络进行客观公平的系统级评估是一项必不可少的工作。移动通信网络的建设需要耗费大量的人力、财力和物力，对于某项技术必须先对其性能进行客观的评估才能决定其是否能付诸应用，中继系统在设计之韧就应该充分考虑到性能增益同成本以及复杂性之间的矛盾。本文通过中继系统级仿真平台的搭建获得了大量的仿真结果，以评估中继系统下行链路的性能。

1中继系统模型

在3GPP标准中，基站表示为eNB，中继站表示为RN，用户表示为UE。将RN引入蜂窝系统后，除了原来eNB和UE之间的直传（Direct）链路外，又增加了两条新的链路，即eNB和RN之间的回传(Backhaul)链路以及RN和UE之间的接人(Access)链路。显然，中继的引入提高了蜂窝系统的复杂性。

1.1中继位置部署

在建模中，每个小区由三个正六边形扇区构成，20个UE在每个扇区内均匀分布，每个扇区的RN数目可为2或4。RN的位置部署需要考虑多方面的影响，要放置在小区边缘以改善边缘用户的性能，但又不能离eNB太远以保证Backhaul链路的质量，RN之间相隔不能太近以减少相互间的干扰，因此，我们对中继的位置进行了合理的规划，如图l所示。

1.2Backhaul链路优化

在下行通信时，RN将接收自主服务eNB的数据转发给自身服务的UE，显然，它接收到了多少，最多只能转发多少。因此，Backhaul链路的容量限制了Access链路的吞吐量。为了加强Backhaul链路的质量，我们采用了站址优化和定向接收两项技术。

通过站址优化，可提升RN到主服务eNB间的LOS概率以及改善路损公式；通过定向接收，在RN处安装对准主服务eNB的定向接收天线，可降低来自其他eNB的干扰。两种技术的联合使用，可明显改善Backhaul链路的信道状况。

1.3资源分配

采用的帧结构由LTE-TDD的帧结构配置转化而来，如图2所示。在一个lOms无线帧中，O、l、5、6号子帧为Access子帧，4、9号子帧为Backhaul子帧，其他子帧为上行子帧。在Access子帧，Direct链路和Access链路复用全部的频率资源；在Back-haul子帧，将所有频率资源分配给Backhaul链路；上行子帧不工作。在图2中，D表示下行子帧，S表示特殊子帧，U表示上行子帧，A表示Aecess子帧，B表示Backhaul子帧。

2传输方案

2.1SU-MIMO传输方案

在基本的仿真中，各条链路都采用了EBB(eigenbasedbeamforming)单流波束赋形技术。EBB算法可描述如下。

假设发送端使用根天线，接收端使用nr根天线。子载波j上的频域信道冲激响应可以表示为：

2.2MU-MIMO传输方案

考虑到eNB处配置了8根发送天线，除EBB技术外，Backhaul链路还可采用基于BD(BlockDiago-nalization)算法的MU-MIMO方，以缓解Back-haul链路的瓶颈效应。

假设基站有珥根发送天线，在一个时频资源块上服务，v个RN，每个RN配备nr根接收天线。那么在下行链路中，PNB和Ⅳ个RN可以形成，×A/nI虚拟MIMO系统。

在后文中，我们用BDn(n=2，3，4)表示Backhaul链路采用了基于BD算法的MU-MIMO方案，并且同一时频资源块可以支持n个RN。

3仿真假设

在仿真中，我们只考虑3GPPcasel的场景，对应的路[来自Www.lw5U.com]损公式可参考文献。关于天线模式，eNB和UE分别配置为1200定向发送和全向接收，RN配置为700定向接收和全向发送，对应的天线增益公式也可参考文献。表