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        無線通信應用的迅速發(fā)展，導致現(xiàn)有的無線頻譜資源處于相對稀缺狀態(tài)，包括無線協(xié)同通信、無線網(wǎng)絡編碼、認知無線電等新技術的出現(xiàn)，為提高無線頻譜利用率提供了相關的技術支撐。本節(jié)介紹相關的新技術原理。

       無線通信中最初提出協(xié)同通信（Cooperative Communication）技術時，主要是為了解決如何利用多個單天線用戶進行相互的配合實現(xiàn)多天線發(fā)射帶來的性能增益，或者更具體地說，即實現(xiàn)多天線發(fā)射時由于不同天線到接收機的衰落的獨立特性帶來的分集增益，在此基礎上提升系統(tǒng)傳輸信息的可靠性或者覆蓋等性能指標。而這其中隱含著兩個條件，一個是這些相互協(xié)同的用戶或終端自身無法支持多天線，其原因可能是尺寸受限，或硬件復雜度受限.或者系統(tǒng)整體成本受限等原因；另一個條件則是這些相互協(xié)同的用戶或終端到接收機的信道衰落特性應該盡量獨立，同時彼此之間可以相互通信。根據(jù)上面的這些描述，無線協(xié)同的典型應用場景主要是傳感器網(wǎng)絡或者自組織（Ad Hoc）網(wǎng)，這些網(wǎng)絡中通常終端配置簡單；當然，目前在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，比如在移動臺到基站的上行鏈路中，兩個或多個單天線移動臺也可以相互協(xié)同組成一個虛擬的多天線陣列實現(xiàn)M1MO的有關功能。這又稱為Virtual MIMO。

   （1）協(xié)同通信基本原理和分類

       首先介紹一下協(xié)同通信技術的基本模型，以兩用戶的協(xié)同為例，如圖33所示，這個基本模型可以擴展到更多用戶之間的協(xié)同。

圖33     兩用戶協(xié)同通信

       在這個模型中，移動臺MS1和移動臺MS2之間相互協(xié)同，使得它們自身除了可以有一條直接通向基站BS的鏈路之外，還可以通過對方將發(fā)射的信號進行某種形式的轉(zhuǎn)發(fā)（中繼），獲得另一條鏈路傳輸帶來的分集增益。這里涉及另一個重要的概念，即中繼（Relay）的概念，雖然實際上協(xié)同的概念從某種程度上說起源于中繼.但協(xié)同與中繼還是有一定的區(qū)別的。典型的中繼系統(tǒng)模型如圖34所示，兩者對比可以看出，中繼系統(tǒng)中的中繼節(jié)點通常只有單一的中繼功能，而不像上面所說的協(xié)同通信中，兩個移動臺既是信源，也同時是對方的中繼，兩者平等、相互配合。至于MIMO協(xié)同中繼這個概念，則通常指將單一的中繼替換為多個相互協(xié)同配合的中繼站群，從而實現(xiàn)一個虛擬的多天線中繼站的功能，以進一步挖掘系統(tǒng)的潛力。

圖34   兩用戶中繼通信系統(tǒng)

       當然，在分析協(xié)同通信的問題時，可以在一定條件下將其分解成中繼的問題，根據(jù)協(xié)同方對發(fā)送源信息的處理方式不同，通常可以把協(xié)同的方式分為基本的三類：放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF,非再生方式），解碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF,再生方式）和編碼協(xié)同（CC）。放大轉(zhuǎn)發(fā)即協(xié)同方把發(fā)送源的信號接收下來后（其中包含了噪聲），直接放大發(fā)往接收機。解碼轉(zhuǎn)發(fā)則是協(xié)同方把發(fā)送源的信息接收下來后進行判決和譯碼（降低了噪聲的影響但其中仍有可能出錯），然后再發(fā)往接收機。編碼協(xié)同則是將信道編碼與協(xié)同結(jié)合，以典型的情況舉例，相當于將原始信息進行信道編碼后，不同的編碼后的信息(校驗信息)將根據(jù)情況在不同的鏈路上發(fā)往接收機，從而獲得增益。

(2)協(xié)同通信主要特點及應用

       大多數(shù)研究表明，上述三種方式在衰落信道條件下信噪比較高的時候，能夠獲得比不使用協(xié)同更好的差錯性能，而其中編碼性能雖然復雜度最高，但其性能最好.且隨信噪比惡化的程度較輕；而放大轉(zhuǎn)發(fā)方式最為簡單，但性能相對而言最差。雖然協(xié)同通信需要更多的發(fā)射機參與進來，但在充分利用信道的分集效果后，可以從整體上降低功率的消耗，提高頻譜效率和可靠性。

       協(xié)同通信方面，目前研究得比較多的是如何進行信道編碼的設計(針對編碼協(xié)同)以及如何對通信的不同環(huán)節(jié)公平分配合適的資源(例如功率、頻率、時隙等)以達到性能的優(yōu)化。另外如何判斷哪些用戶間可以進行協(xié)同以及用戶組如何更新，也是很重要的。干擾問題也是協(xié)同通信中需要面對的。多跳中繼網(wǎng)絡下的協(xié)同通信也是研究的熱點之一。對于蜂窩系統(tǒng)而言，設備本身的局限也必須考慮，拿上行鏈路來說，協(xié)同通信要求手機之間可以直接通信，這個對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構而言是不支持的。而相應的信令的設計以及信道信息的測量和報告機制也是現(xiàn)實中需要仔細研究的，否則系統(tǒng)的效率將與理論值有很大差距。