張思

摘 要 在移動(dòng)通信當(dāng)中采取多輸入多輸出技術(shù)，可以有效避免多徑衰落所帶來(lái)的負(fù)面影響，雖然如此，但因?yàn)槭艿揭恍┮蛩氐闹萍s，例如設(shè)備造價(jià)、尺寸以及硬件性能等，使得該技術(shù)無(wú)法切實(shí)運(yùn)用在無(wú)線通信終端當(dāng)中。而協(xié)作通信技術(shù)，能夠運(yùn)用單天線移動(dòng)終端彼此之間的互相協(xié)作功能，實(shí)現(xiàn)天線的共享，進(jìn)而構(gòu)成虛擬的多輸入多輸出系統(tǒng)，最終取得空間分集。文章將對(duì)協(xié)作通信技術(shù)進(jìn)行介紹，說(shuō)明協(xié)作通信的信號(hào)處理方式，最終對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中協(xié)作通信的具體應(yīng)用進(jìn)行分析與探討。

關(guān)鍵詞 移動(dòng)通信 協(xié)作通信 信號(hào)處理

一、前言

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，移動(dòng)通信在社會(huì)中的逐漸普及，人們對(duì)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的要求越來(lái)越高，正因?yàn)槿绱?，移?dòng)通信系統(tǒng)開(kāi)始逐步朝著低成本、多業(yè)務(wù)、快速以及寬帶的方向前進(jìn)。4G技術(shù)的開(kāi)發(fā)與利用不但要求對(duì)物理層技術(shù)展開(kāi)改革，并且還對(duì)傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)提出了更高、更嚴(yán)格的要求。而在移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，協(xié)作通信技術(shù)就是一個(gè)全新的發(fā)展方向。

二、協(xié)作通信概述

所謂的協(xié)作通信，指的是充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中所閑置的天線資源，將其看作是信源的中繼協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)信息，然后利用各種天線傳輸一樣的數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)空間分集的目標(biāo)，以此來(lái)提升通信系統(tǒng)的安全性、可靠性。協(xié)作通信技術(shù)是無(wú)線通信領(lǐng)域當(dāng)中的一個(gè)新興研究方向，是繼多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)后的又一個(gè)前沿技術(shù)。由于協(xié)作通信不要求通信節(jié)點(diǎn)的天線數(shù)，而是利用搜集網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的閑置天線資源，以此來(lái)構(gòu)成虛擬的天線陣列協(xié)作傳輸數(shù)據(jù)，所以，協(xié)作通信技術(shù)運(yùn)用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，具有極為重大且現(xiàn)實(shí)的意義。

圖1 協(xié)作分集示意圖

圖1所表示的兩用戶展開(kāi)協(xié)作分集的示意圖，U1在對(duì)自身的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中，也在幫助U2傳輸數(shù)據(jù)，反之，U2在傳送本身數(shù)據(jù)的過(guò)程中也在協(xié)助U1，幫助其傳送數(shù)據(jù)。通過(guò)這種模式，用戶在傳送信息的過(guò)程當(dāng)中，不但運(yùn)用了自身的數(shù)據(jù)傳送信道，同時(shí)還運(yùn)用了協(xié)作同伴的數(shù)據(jù)傳送信道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了空間分集增益的目的。

三、協(xié)作通信的信號(hào)處理方式

（一）放大轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

在協(xié)作通信的放大轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制當(dāng)中，每一個(gè)用戶接收協(xié)作伙伴所發(fā)送帶有噪音的信號(hào)，且將其進(jìn)一步放大，然后再把已經(jīng)放大處理后的信號(hào)重新發(fā)送出去。對(duì)于用戶和協(xié)作伙伴所發(fā)送出來(lái)的數(shù)據(jù)，基站對(duì)其加以合并處理。雖然協(xié)作伙伴在將信號(hào)放大的過(guò)程中，也將噪音擴(kuò)大，但是基站可以獲取兩個(gè)單獨(dú)的衰落信號(hào)，且可以做出合理的判決。Laneman提出了這一機(jī)制，且對(duì)其展開(kāi)了詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)在兩用戶與高信噪比的狀態(tài)下，這一機(jī)制所接收到的分集階數(shù)是2。在這一機(jī)制當(dāng)中，倘若用戶與用戶之間信道系數(shù)已經(jīng)知曉，那么就能夠展開(kāi)最佳譯碼，因此這一機(jī)制應(yīng)當(dāng)展開(kāi)必要的信息交換與信道預(yù)估。在放大轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制當(dāng)中，面臨著一個(gè)挑戰(zhàn)，即對(duì)模擬信號(hào)展開(kāi)抽樣、放大以及重新傳送，這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有一定的難度。

（二）檢測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

檢測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和傳統(tǒng)的中繼方式較為相似。在此要考慮兩個(gè)用戶伙伴互相協(xié)作的狀況，其中一個(gè)用戶首要處理的事情是：試圖檢測(cè)出協(xié)作伙伴的數(shù)據(jù)比特，并且把其所檢測(cè)到的比特再次發(fā)送出去。利用基站亦或者是其它技術(shù)，用戶能夠指定自己的協(xié)作伙伴。因此在實(shí)際的操作當(dāng)中，每一個(gè)用戶都有一個(gè)協(xié)作伙伴為其提供路徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分集。當(dāng)前，協(xié)作伙伴的分配，也是一個(gè)極為熱門(mén)的研究方向。

（三）編碼協(xié)作機(jī)制

編碼協(xié)作機(jī)制是利用兩條相互獨(dú)立的衰落信道，將每一個(gè)用戶碼字的不同部分發(fā)送出去，該機(jī)制的基本思想為每一個(gè)用戶都把自身所增加的冗余信息發(fā)送到其他的協(xié)作伙伴[1]。倘若協(xié)作伙伴之間的信道環(huán)境十分差，那么編碼協(xié)作機(jī)制將自動(dòng)的回到非協(xié)作狀態(tài)下。只需利用信道協(xié)作編碼設(shè)計(jì)，而不需要用戶與用戶之間的相互反饋，這是編碼協(xié)作機(jī)制的一個(gè)顯著特點(diǎn)。

四、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中協(xié)作通信的具體應(yīng)用

（一）普通移動(dòng)通信當(dāng)中協(xié)作通信的應(yīng)用

傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)當(dāng)中，為了有效的提升QoS，會(huì)對(duì)一個(gè)小區(qū)進(jìn)行再次細(xì)化，變成一個(gè)個(gè)微小區(qū)，在微小區(qū)中央設(shè)置一個(gè)基站，并且利用微波亦或者是有線和核心相連接[2]。在微小區(qū)的通信范疇當(dāng)中，基站和若干個(gè)移動(dòng)臺(tái)相聯(lián)系。在展開(kāi)通信行為以前，小區(qū)基站會(huì)首先利用控制信道，對(duì)資源進(jìn)行合理的分配，且統(tǒng)治移動(dòng)臺(tái)，然后移動(dòng)臺(tái)再展開(kāi)通信。當(dāng)協(xié)作通信運(yùn)用在蜂窩移動(dòng)通信當(dāng)中時(shí)，在基站的覆蓋范疇以內(nèi)，移動(dòng)臺(tái)和基站之間是彼此相聯(lián)系的，用戶可以直接通過(guò)基站來(lái)實(shí)現(xiàn)通信行為。而如果是在中繼站的覆蓋范疇以內(nèi)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)的通信利用協(xié)作和附近的基站相聯(lián)系，進(jìn)而形成一個(gè)多跳鏈路，最終實(shí)現(xiàn)通信行為。從某種程度而言，基站的覆蓋范疇與中繼站的覆蓋范疇能夠?qū)崿F(xiàn)一定的重合。在此有一點(diǎn)需要注意，即在協(xié)作通信的過(guò)程當(dāng)中，不僅僅只有移動(dòng)臺(tái)與基站彼此之間的通信行為可以通過(guò)中繼站來(lái)完成，移動(dòng)臺(tái)之間、基站之間以及中繼站之間均能夠?qū)崿F(xiàn)互相協(xié)作，完成通信行為。這種情況關(guān)鍵在系統(tǒng)設(shè)計(jì)是側(cè)重于控制協(xié)作所支出的成本，亦或者是側(cè)重在提升技術(shù)指標(biāo)。

在移動(dòng)通信系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)用協(xié)作通信技術(shù)，中繼站和諸多移動(dòng)臺(tái)相連接，基站和諸多中繼站相連接，整個(gè)區(qū)域內(nèi)的通信資源受基站的掌控，而中繼站則利用一定水平的功能函數(shù)，對(duì)實(shí)際的資源分布狀況加以控制。中繼站能利用放大轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，中繼站獲取到來(lái)源于基站在某個(gè)時(shí)隙、某個(gè)頻率所發(fā)出的信息，并對(duì)其展開(kāi)放大且重新發(fā)送。通過(guò)這種方式，中繼站可以有效的拓展基站的覆蓋范疇。

另外，中繼站同樣能夠利用編碼轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，在這一機(jī)制下中繼站可以先對(duì)基站所傳送來(lái)的信息進(jìn)行編碼，之后再進(jìn)行重新調(diào)制或者是糾錯(cuò)編碼，把信息發(fā)送出去[3]。通過(guò)這種方式能夠有效的提升中繼站的QoS。此外，還能夠利用壓縮轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，中繼站在接收到信息之后，對(duì)其展開(kāi)壓縮量化處理，之后再將信息重新轉(zhuǎn)發(fā)出去，通過(guò)該方式協(xié)作通信可以在一定程度上提升系統(tǒng)的速率。

（二）應(yīng)急移動(dòng)通信當(dāng)中協(xié)作通信的應(yīng)用

在某種情況下，協(xié)作通信可以有效的提升網(wǎng)絡(luò)的健壯性，且倘若基站發(fā)生癱瘓，也可以支持部分的通信行為。在應(yīng)急通信當(dāng)中，如果某個(gè)區(qū)域的基站出現(xiàn)故障，進(jìn)而導(dǎo)致基站癱瘓無(wú)法正常進(jìn)行通信，而假使設(shè)置的協(xié)作通信系統(tǒng)，即使基站無(wú)法工作，該區(qū)域內(nèi)的通信用戶依然能夠通過(guò)RS進(jìn)行通信行為，此時(shí)的RS就好比是一個(gè)簡(jiǎn)易的基站。如果該區(qū)域內(nèi)的用戶要與區(qū)域外的用戶互相通信，那么能夠利用多跳RS來(lái)實(shí)現(xiàn)，亦或者是利用多跳RS和基站相聯(lián)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通信行為。但是這種通信方式也存在一定的缺陷，即容量有限，僅僅只可以利用優(yōu)先級(jí)展開(kāi)控制，確保高優(yōu)先級(jí)用戶的通信行為，而優(yōu)先級(jí)相對(duì)而言較低的只能將其拋棄。

在遇到各種嚴(yán)重的自然災(zāi)害（地震）時(shí)，所在地的基站可能出現(xiàn)大面積的癱瘓，在這種情況下就能夠利用RS來(lái)確保災(zāi)區(qū)與其他地區(qū)的通信。通過(guò)協(xié)作通信系統(tǒng)可以保證災(zāi)區(qū)和外界之間的通信行為，可以在抗災(zāi)初期獲得災(zāi)區(qū)的一些重要信息，確保重要通信的暢通無(wú)阻。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，協(xié)作通信技術(shù)具備諸多的優(yōu)勢(shì)，將協(xié)作通信技術(shù)運(yùn)用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，也獲得了不錯(cuò)的效果。但是，目前協(xié)作通信技術(shù)依然還有一些問(wèn)題有待研究人員的進(jìn)一步研究，例如在多用戶網(wǎng)絡(luò)下，協(xié)作伙伴怎樣管理與分配？即：如何明確哪些用戶需要展開(kāi)協(xié)作通信，在相隔多久之后才對(duì)協(xié)作用戶實(shí)行重新分配？因此，對(duì)協(xié)作通信技術(shù)進(jìn)行深入的研究，是一項(xiàng)極為重要的研究課題，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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