張思

摘 要 在移動通信當(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，但因為受到一些因素的制約，例如設(shè)備造價、尺寸以及硬件性能等，使得該技術(shù)無法切實運用在無線通信終端當(dāng)中。而協(xié)作通信技術(shù)，能夠運用單天線移動終端彼此之間的互相協(xié)作功能，實現(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。文章將對協(xié)作通信技術(shù)進(jìn)行介紹，說明協(xié)作通信的信號處理方式，最終對移動通信網(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 移動通信 協(xié)作通信 信號處理

一、前言

伴隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，移動通信在社會中的逐漸普及，人們對移動通信業(yè)務(wù)的要求越來越高，正因為如此，移動通信系統(tǒng)開始逐步朝著低成本、多業(yè)務(wù)、快速以及寬帶的方向前進(jìn)。4G技術(shù)的開發(fā)與利用不但要求對物理層技術(shù)展開改革，并且還對傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)提出了更高、更嚴(yán)格的要求。而在移動通信發(fā)展過程當(dāng)中，協(xié)作通信技術(shù)就是一個全新的發(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)，最終實現(xiàn)空間分集的目標(biāo)，以此來提升通信系統(tǒng)的安全性、可靠性。協(xié)作通信技術(shù)是無線通信領(lǐng)域當(dāng)中的一個新興研究方向，是繼多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)后的又一個前沿技術(shù)。由于協(xié)作通信不要求通信節(jié)點的天線數(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)運用于移動通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，具有極為重大且現(xiàn)實的意義。

圖1 協(xié)作分集示意圖

圖1所表示的兩用戶展開協(xié)作分集的示意圖，U1在對自身的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)倪^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)的過程中也在協(xié)助U1，幫助其傳送數(shù)據(jù)。通過這種模式，用戶在傳送信息的過程當(dāng)中，不但運用了自身的數(shù)據(jù)傳送信道，同時還運用了協(xié)作同伴的數(shù)據(jù)傳送信道，進(jìn)而實現(xiàn)了空間分集增益的目的。

三、協(xié)作通信的信號處理方式

（一）放大轉(zhuǎn)發(fā)機制

在協(xié)作通信的放大轉(zhuǎn)發(fā)機制當(dāng)中，每一個用戶接收協(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，也將噪音擴大，但是基站可以獲取兩個單獨的衰落信號，且可以做出合理的判決。Laneman提出了這一機制，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，這一機制所接收到的分集階數(shù)是2。在這一機制當(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)機制當(dāng)中，面臨著一個挑戰(zhàn)，即對模擬信號展開抽樣、放大以及重新傳送，這一技術(shù)的實現(xiàn)有一定的難度。

（二）檢測轉(zhuǎn)發(fā)機制

檢測轉(zhuǎn)發(fā)機制和傳統(tǒng)的中繼方式較為相似。在此要考慮兩個用戶伙伴互相協(xié)作的狀況，其中一個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。因此在實際的操作當(dāng)中，每一個用戶都有一個協(xié)作伙伴為其提供路徑，進(jìn)而實現(xiàn)分集。當(dāng)前，協(xié)作伙伴的分配，也是一個極為熱門的研究方向。

（三）編碼協(xié)作機制

編碼協(xié)作機制是利用兩條相互獨立的衰落信道，將每一個用戶碼字的不同部分發(fā)送出去，該機制的基本思想為每一個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)作機制將自動的回到非協(xié)作狀態(tài)下。只需利用信道協(xié)作編碼設(shè)計，而不需要用戶與用戶之間的相互反饋，這是編碼協(xié)作機制的一個顯著特點。

四、移動通信網(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，會對一個小區(qū)進(jìn)行再次細(xì)化，變成一個個微小區(qū)，在微小區(qū)中央設(shè)置一個基站，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，基站和若干個移動臺相聯(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)治移動臺，然后移動臺再展開通信。當(dāng)協(xié)作通信運用在蜂窩移動通信當(dāng)中時，在基站的覆蓋范疇以內(nèi)，移動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現(xiàn)通信行為。而如果是在中繼站的覆蓋范疇以內(nèi)時，移動臺的通信利用協(xié)作和附近的基站相聯(lián)系，進(jìn)而形成一個多跳鏈路，最終實現(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。在此有一點需要注意，即在協(xié)作通信的過程當(dāng)中，不僅僅只有移動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)。

在移動通信系統(tǒng)當(dāng)中運用協(xié)作通信技術(shù)，中繼站和諸多移動臺相連接，基站和諸多中繼站相連接，整個區(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)機制，中繼站獲取到來源于基站在某個時隙、某個頻率所發(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)機制，在這一機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)制或者是糾錯編碼，把信息發(fā)送出去[3]。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。

（二）應(yīng)急移動通信當(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，此時的RS就好比是一個簡易的基站。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來實現(xiàn)，亦或者是利用多跳RS和基站相聯(lián)系，進(jìn)而實現(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，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。

五、結(jié)束語

綜上所述，協(xié)作通信技術(shù)具備諸多的優(yōu)勢，將協(xié)作通信技術(shù)運用于移動通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，也獲得了不錯的效果。但是，目前協(xié)作通信技術(shù)依然還有一些問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協(xié)作通信，在相隔多久之后才對協(xié)作用戶實行重新分配？因此，對協(xié)作通信技術(shù)進(jìn)行深入的研究，是一項極為重要的研究課題，具有極為重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李業(yè).協(xié)同無線通信網(wǎng)絡(luò)中的中繼協(xié)作方法研究[D].東南大學(xué)，2010.

[2]徐磊.無線協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作中繼傳輸問題的研究[D].安徽大學(xué)，2012.

[3]陳丹.協(xié)作與認(rèn)知無線通信網(wǎng)絡(luò)中若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2012.