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近年来，由于中继协作通信具有提升频谱利用率，挖掘空间分集增益，减少通信盲区和增加基站覆盖范围等优点，已经成为无线通信领域的一个热点。它的核心思想是当传输距离超过天线覆盖范围或由信源到信宿的信道质量不佳时，通过添加中继节点来实现信源和信宿之间的传输，而不是增加新的基站。这样做不仅能节省成本，而且还能使无线通信网络中所有节点相互协作，实现传输链路为节点所共用，有效提升了系统的频谱利用率，因而中继通信系统前景广阔。
最初的TWRN网络包括了两个不直接链接的信源节点和中继节点，传输过程包括4个时隙，其中每两个节点之间传输、接收信息时需要分成2个是时隙进行，这种方式能提高通信小区半径但无法改善频谱的利用率。高频谱效率TWRN，传送过程缩减为2个时隙。每一个信源节点都在第一个时隙同时的向中继（Relay station，RS）发送消息，这样RS将会收到所用用户发送的混合消息，第二个时隙，混合消息经过RS预编码处理之后再分别传送给每一个用户。与以往四时隙TWRN比较，高频谱效率TWRN不仅提高了通信小区半径也提高了频谱的利用率。
多向RS系统具有多条传输方向，信源节点的消息经由RS至少与两个节点进行传递。多向RS更具有普适性以及研究价值，但由于多向RS的传输方向众多、结构较为复杂，致使其研究和设计具有一定的难度，但是其具有很宽泛的使用空间和开发潜力在未来无线通讯重点研究方向中必将发挥巨大的作用。
TWRN又可以分为SP-TWRN与MP-TWRN两类。MP-TWRN与SP-TWRN，单向中继相比，可以为系统提供 空间分集增益、增加中继 的覆盖范围、消除“盲区”提高 通信质量，大大提高了频谱 利用率。本文深入分析研究采用 策略的MP-TWRN的波束成形和空间配对。
近些年来，MP-TWRN逐步成为学者们热门的研究课题。目前，研究的课题主要涉及波束成形、功率分配、中断概率分析、速率提升、信道估计、信道容量上界、资源分配和调度策略、误码率性能分析等等。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 容量分析
1.2.2 波束成形和干扰抑制
1.2.3 空/频信道配对
1.3 论文结构
下文的内容安排如下：
第二章：简述了中继系统各个发展阶段的基本模型，简单概述了AF，CF和DF三种中继转发策略。
第三章：分析对比了五种波形成形算法：ZF plus ZF、BD plus BD、SVD plus SVD、MF plus MF和Max-SINR plus Max-SLNR。对不同波束成形算法的和速率性能进行了数学建模和仿真。
第四章：研究多用户对TWRN中的空间配对问题，给出了三种空间配对的方法。并针对BD plus BD，分析比较了三种方法。
2 中继协作系统基本原理
首先介绍了中继系统的发展和中继处理策略，为论文后续的多用户（Mobile station，MS）对TWRN研究做好铺垫和奠定基础。
2.1 中继系统的发展
中继通信网络可划分成单向中继与TWRN。单向中继网络由于相对简单，所以最早被人们所研究。单向中继的信号只能一个方向传送，如下图 。考虑到中继节点和用户节点之间的传输只能是半双工的，信号完成一次传输需要两个时隙。半双工的限制给整个系统带来了一个显著的预乘因子1/2，因而限制了单向中继频谱效率的提高。