蜂窝中继网络作为一种经济、新颖的网络构建方案,通过把"多跳"技术融入现有蜂窝网络(又称为传统蜂窝网络),缩短了通信节点间的通信距离,提高了通信链路的链路质量和信道容量,从而有效地满足下一代移动通信系统对大范围内高数据速率业务的覆盖需求. 论文从系统级的角度对蜂窝中继网络性能进行了探讨,重点研究了同质空中接口两跳固定中继蜂窝网络的频率规划及介质访问控制(MAC)协议设计问题.利用中继网络的各跳链路特性,提出了适用于两跳固定中继蜂窝网络的小区内频谱分割方案及小区间的频率规划方案,并结合IEEE 802.16执行委员会对将中继技术融合进IEEE 802.16标准的要求,提出了适用于蜂窝中继网络的MAC协议机制. 频率规划是一种被广泛接受的、经济的提高无线网络性能的手段.在蜂窝中继网络中,由于多跳链路的存在,需要额外的频率资源分配给中继站(又称为中继节点)用于中继链路(中继站与移动终端间的链路称为中继链路)的数据传输.现有蜂窝网络中的频率规划方案已经不能满足新的蜂窝中继网络的需求,特别是在同质空中接口的蜂窝中继网络中,在一个小区内部,基站与直连的一跳终端间链路、基站与中继站间链路及中继链路共享整个系统的频谱资源,怎样分配和复用这些资源,在取得容量、覆盖增益的同时把干扰控制在一定范围之内,是一个具有挑战性的工作. 文献[62]提出了基于信道借用的频率规划方案,并通过计算机仿真研究了其下行链路性能.本文对信道借用的频率规划进行了更深入的研究,包括对基站和中继站的上行链路的信干比及系统平均频谱效率的分析,并给出了中继站的天线高度和中继站的覆盖范围对上行链路信干比和系统平均频谱效率的影响,得出了以最大系统频谱效率为目标的最佳中继站天线高度及中继站覆盖范围. 合理的频率规划可以达到覆盖和容量的合理折衷.论文基于复用分割技术,在中继站与其所属的基站问链路为视距的情况下,提出了应用于蜂窝中继网络中基于覆盖面积的频率规划方案和基于频谱效率的频率规划方案.基于覆盖面积的频率规划方案主要目的是提高系统覆盖,而基于频谱效率的分配方案主要目的是要提高系统的频谱效率.与传统没有中继情况下及著名的基于信道借用的频率规划方案相比,本文提出的基于覆盖面积的频率规划方案和基于频谱效率的频率规划方案分别能提供最大的系统覆盖和最高的频谱效率.在此基础上,论文还研究了中继站与所属基站间链路为非视距情况下的网络性能.研究结果表明,中继站与所属基站问的链路质量对蜂窝中继网络的性能有很大影响.为了充分发挥中继网络的性能,在中继站与其所属基站链路间引入一些性能增强技术是非常必要的. 在无线通信网络中,在信号质量得到保证的情况下,复用因子的提高意味着频谱的利用率提高,3G蜂窝网和WIMAX系统都把复用因子为1作为追求的目标.这样紧凑的频谱复用不但能提高系统的频谱效率,而且易于系统构建.论文首先提出了基于信道质量的小区内频谱分割策略,在此基础上且在满足复用因子为1的前提下,进一步提出了将干扰控制手段与小区内频谱分割策略相结合的小区间的频率规划方案,即:基于小区分割的频率规划方案、基于虚拟扇区的频率规划方案及虚拟扇区增强的基于小区分割的频率规划方案.此外,结合提出的各种频率规划方案,论文还研究了中继站位置的影响,提出了以用户为中心的最佳中继站位置的策略. 支持高数据速率、远传输距离的无线宽带接入系统IEEE 802.16(又称为WiMAX),是一种颇有前途的新一代无线技术,特别是支持移动性的IEEE 802.16e标准正式通过了IEEE的批准后,更是在一定程度上对3G造成了威胁.中继技术给蜂窝网络带来的优越性能同样引起了WiMAX组织的高度兴趣和极大重视,为此,IEEE 802.16执行委员会专门成立了中继工作小组(Realy Task Group)来制定IEEE802.16j中继技术标准,其目的在于强化以IEEE 802.16标准为基础的系统性能.IEEE802.16j工作小组要求在不改变旧的用户终端设备的情况下将多跳功能应用于IEEE802.16的网络中,这种情况下的MAC协议设计是业界一直关心的问题.而且,由于数据到达目的地前经历了多跳,必然带来延迟的增加,这对于信令或者对于延迟要求较高的数据业务的传输都是一种挑战,合理的协议设计是充分发挥中继网络性能的基础.针对上述问题,论文在满足IEEE802.16j工作小组要求的前提下,研究了蜂窝中继网络中一些重要的协议设计问题,包括保证QoS的传输机制、自适应的下行信令传送机制、利用中继站协助处理用户终端请求机制、小区内部路由改变机制及连接标识的配置方法等.论文最后对全文进行了总结,并指出了今后的研究方向.