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(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。 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，論述了移動通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中協(xié)作通信的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：移動通信協(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)展后的又一項課題。協(xié)同通信是對通信節(jié)點進(jìn)行的無線技術(shù)，通過搜集網(wǎng)絡(luò)中閑置的無線，實現(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)，因此具有實際應(yīng)用價值。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)將成為未來移動通信和無線局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也因為如此，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，整個通信系統(tǒng)的部署成本、維護(hù)成本也大大增加。一個行之有效的辦法就是將協(xié)作通信技術(shù)應(yīng)用到移動通信系統(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。
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。
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(jī)制的一個顯著特點。
三、移動通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中協(xié)作通信的應(yīng)用
1、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。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(yùn)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(yùn)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(jī)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(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。
總之，移動通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作中主要采用多點協(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)是新一代的移動通信技術(shù)要點，是未來移動通信協(xié)作分析技術(shù)中不可缺少的一個部分。通過移動協(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施傳遞，實現(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)計有限公司 黑龍江哈爾濱 150036
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