再生中继信道的特性与量化分析

无线信道是正确理解协同通信系统性能的关键因素，这也就是本书用整章的篇幅来介绍无线信道的原因。本章从介绍信道模型和重要的信道参数入手，探讨了再生式、透明式和空时处理式等中继信道的建模。

（1）信道基本特性

本节总结了基本的信道特性，从传播理论概述开始，介绍了电磁波特性与传播机制（自由空间传播、反射、折射、散射、绕射）以及信号畸变（多普勒效应、多径效应）等概念。接着介绍了传播模型建模的经典方法，这些方法都基于以下的认识：即电磁波传播特性导致了三种乘性效应——路径损耗、阴影效应和衰落。基于以上效应，我们探讨了典型的路径损耗建模方法（自由空间、单斜率、双斜率、射线跟踪、经验模型等）、阴影效应的特性（对数正态分布、ACF、CCF）和衰落特性。关于衰落特性，我们又进一步探讨了信道建模中必须考虑的基本参数（包络、相位、时延特性等）以及信道的选择性（时间、频率、空间选择性信道、非选择性信道）。基于信道的最基本特性，本章的后续篇幅对再生中继信道和透明中继信道进一步展开讨论。

（2）再生中继信道

本节对再生中继信道的特性进行介绍与量化分析。再生中继信道的关键特性在于：中继的再生处理操作将中继信道分割为中继前后的接收与转发两跳信道，这一点是再生中继信道区别于传统的无线信道模型的重要的特征，例如通信的收发终端的移动性等。由此我们讨论了再生中继信道传播模型的相关问题，如路径损耗、阴影效应、衰落效应等。在路径损耗方面，我们发现再生中继信道在分界点前后具有明显的变化，且具有较大的功率增益。对于阴影损耗，在接收端观察到的阴影衰落的标准方差、能量聚合和相关特性都发生了改变。对于衰落，我们观察到功率的幅值和统计特性没有改变，而时间、频率、空间的相关函数发生了很大的改变。

在这一节的剩余篇幅中，我们分析了产生这些变化的原因。首先从时域着手，根据SI-SO再生中继信道的双回波双环几何模型来得到关键的时域参量，如自相关函数、多普勒频谱、电平通过率、平均衰落间隔等。然后将最初的简单场景拓展至更为复杂的传播环境，如各向异性散射、莱斯衰落条件等。进而将时域上的分析拓展到空间域，考虑MIMO再生中继信道的单回波与双回波双环模型，并计算了关键的信道二阶统计参数。最后我们将讨论拓展至频率域，考虑宽带MIMO再生中继信道的三维单回波和双回波双柱模型。

随后我们详细讨论了如何准确地仿真再生中继信道模型。首先回顾了经典的建模方法（Akki&Habers的仿真模型、离散谱方法、确定性和随机性正弦函数累加方法、修正的等面积方法、Lp范数方法等），然后详细分析了某些特定的仿真场景（窄带和宽带MIMO再生中继信道）。此外还总结了再生中继网络中信道估计技术的最新进展。最后，在总结已有的信道测量成果的基础上，给出了相应的经验信道模型，例如M-VCE模型以及WINNER室外和室内中继模型。(www.xing528.com)

（3）透明中继信道

对于透明中继信道，我们采用了和再生中继信道相同的分析方法。透明中继信道相对于再生中继信道的主要区别在于衰落幅度的变化及相应的功率变化，这是因为采用透明中继后，整个网络拓扑也可以看做是广义的无线信道的一部分。除了前述的二阶矩分析之外，我们还详细分析了级联信道的幅度统计特性。

（4）分布式空时中继信道

最后简要分析了分布式空时中继信道。先前的透明中继信道和再生中继信道的研究结论可简化分布式空时中继信道特性的分析。但在分布式空时中继信道配置分析之中，仍存在着很多开放性问题亟待解决。

本章是学习后续透明和再生中继物理层协议技术的基础与铺垫。