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)無法切實(shí)運(yùn)用在無線通信終端當(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。 本文介紹了協(xié)作通信概述，分析了協(xié)作通信的信號處理方式，論述了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中協(xié)作通信的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信協(xié)作通信信號處理
協(xié)作通信系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡(luò)天線系統(tǒng)資源完善的信源中繼協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)信息系統(tǒng)，通過無線傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間分集處理，從而提高通信系統(tǒng)的有效可靠性。是多天線技術(shù)發(fā)展后的又一項(xiàng)課題。協(xié)同通信是對通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的無線技術(shù)，通過搜集網(wǎng)絡(luò)中閑置的無線，實(shí)現(xiàn)分布式的無線陣列協(xié)同傳輸，提高通信系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，確定協(xié)作通信系統(tǒng)的整體性能，逐步改善協(xié)同通信系統(tǒng)的有效發(fā)展管理。
一、協(xié)作通信概述
協(xié)作通信技術(shù)利用網(wǎng)絡(luò)中閑置的天線資源作為信源的中繼（Relay）協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)信息， 通過不同天線傳輸相同的數(shù)據(jù)達(dá)到空間分集的目的，以提高通信系統(tǒng)的可靠性，是繼MIMO（多輸入多輸出）多天線技術(shù)之后無線通信領(lǐng)域內(nèi)又一前沿研究課題。協(xié)作通信技術(shù)對通信節(jié)點(diǎn)的天線數(shù)目沒有要求，而是通過搜集網(wǎng)絡(luò)中的閑置天線，形成分布式虛擬天線陣列（Virtual MIMO）協(xié)作傳輸數(shù)據(jù)，因此具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。研究表明，在網(wǎng)絡(luò)能量歸一化的情況下，協(xié)作通信系統(tǒng)的性能明顯優(yōu)于直接傳輸?shù)南到y(tǒng)性能。協(xié)作通信技術(shù)將成為未來移動(dòng)通信和無線局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也因?yàn)槿绱�，它被IEEE 802.16 等標(biāo)準(zhǔn)作為下一代無線通信系統(tǒng)的主要技術(shù)之一。近年來，為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速率、容量、QoS（服務(wù)質(zhì)量），蜂窩小區(qū)的覆蓋半徑不斷減小。越來越多的微微小區(qū)導(dǎo)致基站數(shù)量迅猛增加，整個(gè)通信系統(tǒng)的部署成本、維護(hù)成本也大大增加。一個(gè)行之有效的辦法就是將協(xié)作通信技術(shù)應(yīng)用到移動(dòng)通信系統(tǒng)中。
二、協(xié)作通信的信號處理方式
1、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，且將其進(jìn)一步放大，然后再把已經(jīng)放大處理后的信號重新發(fā)送出去。對于用戶和協(xié)作伙伴所發(fā)送出來的數(shù)據(jù)，基站對其加以合并處理。雖然協(xié)作伙伴在將信號放大的過程中，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，且可以做出合理的判決。Laneman 提出了這一機(jī)制，且對其展開了詳細(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，那么就能夠展開最佳譯碼，因此這一機(jī)制應(yīng)當(dāng)展開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)，即對模擬信號展開抽樣、放大以及重新傳送，這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有一定的難度。
2、檢測轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。檢測轉(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：試圖檢測出協(xié)作伙伴的數(shù)據(jù)比特，并且把其所檢測到的比特再次發(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)極為熱門的研究方向。
3、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。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)。
三、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中協(xié)作通信的應(yīng)用
1、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，會對一個(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。在微小區(qū)的通信范疇當(dāng)中，基站和若干個(gè)移動(dòng)臺相聯(lián)系。在展開通信行為以前，小區(qū)基站會首先利用控制信道，對資源進(jìn)行合理的分配，且統(tǒng)治移動(dòng)臺，然后移動(dòng)臺再展開通信。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)臺和基站之間是彼此相聯(lián)系的，用戶可以直接通過基站來實(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)作通信的過程當(dāng)中，不僅僅只有移動(dòng)臺與基站彼此之間的通信行為可以通過中繼站來完成，移動(dòng)臺之間、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，并對其展開放大且重新發(fā)送。通過這種方式，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基站所傳送來的信息進(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。通過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，對其展開壓縮量化處理，之后再將信息重新轉(zhuǎn)發(fā)出去，通過該方式協(xié)作通信可以在一定程度上提升系統(tǒng)的速率。
2、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)，即使基站無法工作，該區(qū)域內(nèi)的通信用戶依然能夠通過RS 進(jìn)行通信行為，此時(shí)的RS 就好比是一個(gè)簡易的基站。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)先級展開控制，確保高優(yōu)先級用戶的通信行為，而優(yōu)先級相對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 來確保災(zāi)區(qū)與其他地區(qū)的通信。通過協(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阻。
總之，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作中主要采用多點(diǎn)協(xié)作傳輸技術(shù)，即L1m系統(tǒng)中的關(guān)鍵步驟，通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信號的有效傳遞，實(shí)現(xiàn)了干擾數(shù)據(jù)的降低，拓展了通信系統(tǒng)的整體性能。協(xié)作通信技術(shù)是新一代的移動(dòng)通信技術(shù)要點(diǎn)，是未來移動(dòng)通信協(xié)作分析技術(shù)中不可缺少的一個(gè)部分。通過移動(dòng)協(xié)作通信技術(shù)可以有效的提高通信網(wǎng)絡(luò)的信號同步傳輸效果，最大限度的確保信號的實(shí)施傳遞，實(shí)現(xiàn)通信信息的準(zhǔn)確收集和發(fā)送。
作者單位：國脈通信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 黑龍江哈爾濱 150036
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