蜂窝网络的问题及解决：中继增强网络

蜂窝网络由多个相邻的小区组成，每个小区中都有一个自己的基站。典型的蜂窝系统有现存的GSM和UTMS系统，以及将要推出的3G PPLTE和WiMAX。蜂窝网络普遍存在三个主要问题：

1）容量：每个小区内的带宽资源和发送功率都是受限的。这些资源只能对特定数量的用户进行服务。所以，随着接入小区的用户数目的增加，小区容量将无法满足所有有需要的用户，这种情况就是所谓的系统容量受限。

2）覆盖：发送功率的有限性直接影响小区的覆盖范围。由于小区边缘用户接收信号较弱，导致其功率水平不足以支持正常的通信，这就是所谓的覆盖受限。

3）干扰：多个小区采用相同的频率导致小区间相互干扰。边缘用户不仅接收信号功率较低，同时受到采用相同频率的邻小区的干扰，这时小区间干扰是蜂窝通信主要的不利因素，这就是所谓的干扰受限。

上述三种影响并不相互独立，例如干扰会影响覆盖范围和容量。中继增强网络的出现就是为了缓解这些问题。通过引入中继节点（Relay Station，RS），基站（Base Station，BS）不仅可以和终端（Mobile Station，MS）直接进行通信，也可以通过中继节点转发来进行通信。正如前面所提到的，采用图1.2所示的部署可以改善小区中容量受限（左下小区）、覆盖受限（左上小区）和小区干扰（右中小区）的问题，从而带来显著的性能提升。性能提升可分为以下几种类型：

1）容量增益：由于终端用户不再存在覆盖受限问题，所以基站可以采用更高阶的调制方式，从而提高系统容量。

2）覆盖增益：由于小区边缘用户和小区中心用户的接收信号质量均足够好，可以正常通信，因而小区覆盖范围增加。(www.xing528.com)

图1.2 蜂窝场景

3）干扰增益：容量增益或覆盖增益可以用来降低传输发送功率，从而降低小区间的干扰程度。尽管如此，这时还需要考虑到中继节点也会引入额外噪声。

正是由此存在这些明显的和潜在的增益，Vodafone通过Epsilon组织（ETSI的UTRA空口技术提案组织）将一种中继方式引入3GPP标准。所提交的接入方法叫做机会驱动多址接入中继技术^[10-15]。然而由于种种原因，它只是3GPP早期版本中的可选方案之一，在R99版本中被终止，最终没能成为3GPP的候选方案。

之前及现在的标准制定者已经开始接受中继相关概念。特别地，IEEE 802.16j已经为WiMAX设计了中继模式，以期望它可以在与3G PPLTE的竞争中带来优势。而3G PPLTE中早期是对转发器进行了标准化定义以解决覆盖问题；在目前LTE-Advanced的技术讨论中协同中继也是一个重要的主题。这些相关话题在文献[4，5]中进行了讨论，并在本书的第5章有所阐述。