LTE系统中的分布式空时中继技术

3 选择性空时中继方式

虽然基于DMF的分布式空时编码在复杂度和性能的折中方面适于LTE系统，但是在中继站解调时发生的错误会被传递到eNB，这样会对接收性能产生较大的损失，文献[14]证明了DMF模式下的多中继传输最大能获得的空间分集增益为其中继数量的一半。WDMF虽然一定程度上改善了DMF的性能，然而其在高信噪比的性能仍然被错误传递所限制。为了改善WDMF方式的错误传递，一些增强型的WDMF中继方式被提了出来。主要的方法可以分为两类，自适应中继模式和选择性中继模式。文献[15]提出了根据接收信噪比大小，增加或者减少中继的发射功率，这样可以增强可靠中继信号的功率，降低不可靠中继信号的功率。文献[15]提出了以最小化eNB的误码率作为目标选择性DMF中继，如果RN接收信噪比大于一个预先设定，那么该节点能进行信号中继，否则不然。选择性的中继模式比自适应的中继模式更容易实现，并且可以在直接信道不存在时仍然可以工作，因此选择中继DMF中继模式更适于应用于LTE系统。然而由于传递的错误和接收噪声相乘，因此在分布式空时中继系统下很难给出精确地误码率表达式。

为了计算误码率，文献[15]引入了大量的高信噪比近似，并且其结果仅适于二进制调制的中继系统。更重要的是以上的研究只是考虑重复编码的情况，由于解调错误会被RN编码，因此在分布式空时中继系统中错误传递更加严重。

文献[15]针对分布式空时编码系统中的错误传递提出了两种基于预设门限的选择性DMF中继模式，称之为集中式选择中继和分布式选择中继。这两种模式适于任意调制星座，任何中继数量，并且继承了文献[15]提出的门限选择机制。集中式的选择中继模式将解调错误当作一种等效的干扰噪声并将其归到噪声项，这样就可以定义新的信噪比，门限选择的目标就是使这种等效的信噪比最大化。由于需要知道所有中继系统的所有平均信道信息，因此集中式的选择中继需要在eNB或者某个RN加装集中控制模块用于计算各个RN的接收信噪比门限并广播给各个RN。分布式选择性中继模式将每一条中继信道和中继看作一个等效的信道，每个中继只需判断自己发射到接收机的信号是是否会引起等效信道的错误概率增加。在分布式选择性中继模式中每个中继仅需要知道自己的接收和发射信道的平均信道信息，因此不需要RN之间的信道信息交互。需要注意的是，如果使用O-DSTC或者D-DSTC作为编码方案，需要在工作的RN数量变化时重新设计编码矩阵和重新分配码字。为了避免RN与eNB之间过多的信息交互，我们考虑使用L-DSTC以避免以上问题。LTE-A系统目前还未确定RN之间的交互过程，因此提出的两种选择性中继模式为LTE-A系统提供了有用的参考。图11给出了在4个中继，数据块大小为4时的系统仿真。从图中可知，选择性中继方式可以提高大约2 dB的功率增益，并且集中式选择中继略好于分布式选择中继。具体细节请参见文献[15]，这里不再赘述。

4 结束语

通过分析和比较各种分布式空时中继方案，我们得出以下结论：(1)基于RN的中继协作技术适用于现有的LTE标准；(2)从复杂度和性能折中的角度来看，加权解调-转发方式最适合于LTE系统中的分布式空时中继系统；(3)对于2-RN中继系统，基于正交设计的分布式空时码最优，而为了减少RN之间的信息互通以及适应任意数量RN和任意调制星座的环境，建议使用分布式离散码作为候选技术；(4)通过一定准则的中继选择可以较大地提高解调转发方式下分布式空时编码的性能。

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作者介绍：

卫国，中国科学技术大学教授、博士生导师，多媒体计算与通信教育部微软重点实验室主任，无线网络通信安徽省重点实验室主任，国家宽带无线通信系统重大专项总体专家组成员，主要研究方向为无线通信技术，移动通信网和信号处理。

张超，中国科学技术大学在读博士研究生，主要从事协作通信和超宽带技术研究。已发表学术论文20余篇。

王磊，中国科学技术大学在读博士研究生，主要从事协作通信和信道编码技术研究，已发表学术论文10余篇。