发布时间 : 星期六 文章协作通信的中继选择算法研究学士学位论文更新完毕开始阅读
第二章协作通信与中继选择概述
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第二章 协作通信与中继选择概述
2.1协作通信的概念及其研究意义
协作（Cooperative）顾名思义就是相互帮助使得帮助的双方同时获益。事实上，协作的思想在通信领域中并不是首次出现，它最早是随着计算机网络的发展而出现的，计算机网络中早就开发了各种协作技术和平台。“协作”英文可译为cooperative，coordinative，relative等等，表达的观念就是在一个多点的网状网络结构中，多个网络节点参与协同工作，以达到共同的或者是独立的目的的一种策略。其基本思想是在多用户环境中，具有单根天线的移动台可以按照一定的方式来共享彼此的天线从而产生一个虚拟MIMO系统，从而获得分集增益。将协作的概念引入到通信中来，预期可以提高网络的整体性能。
图2.1两个用户的协作通信
近几年来，在无线通信领域中协作思想也有广泛的研究，涉及到“协作”、“协同”、“联合”等词汇的技术均可以看做属于协作通信的范畴，在与协作思想相关的众多文献中，对于上行链路，出现最频繁的相关概念是“协作分集”，而对于下行链路，则多带有“基站联合”、“基站协作”等关键词。从协作的对象来看，主要包括基站、移动台或中继等。在本论文中，主要关注的是上行链路
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协作通信的中继选择算法研究
中的用户协作，即协作分集技术。研究协作通信技术的原因大致可以分为以下两种：
第一种，网络中有空余的资源。在某一传输的时间段内通信系统可能仅仅有一部分有通信需求，因此网络中会存在较多的终端处于空闲状态，而由于传统的蜂窝系统都把终端看成独立的通信个体，这样就使得很多终端资源得不到利用而被浪费掉，另外，移动终端的差异性也会造成资源的浪费，比如一些计算机处理信号的能力强，而另一些则较差。再者，距离基站较近的移动终端有较好的通信能力，较远的则相对差些。如果把这些移动终端都看成是相互的一个整体，则他们可以相互协助传递对方的信息和自己的信息，这样就节约了大量的网络资源，有利于通信系统整体性能的提高。
第二种，协作通信有助于系统获得增益。研究[5]表明协作通信可以提供全部的空间分集增益，即n个参与协作通信的节点提供的空间分集增益等同于信源节点具有n个独立天线发射提供的增益。此外，协作通信还具有能克服由于多径而引起的信道衰落、增强系统可靠性、扩大覆盖能力、改善小区边缘用户的服务质量以及提高频谱利用率等优势。
2.2协作分集技术
1998年Sendonaris等人提出了使用单天线的移动终端也可实现分集的新技术——协作分集：系统中的每个移动终端都有一个或多个伙伴（partner），协作伙伴在发送自己信息的同时也有责任发送对方的信息。每个终端既利用了自己又利用了其合作伙伴的空间，获得一定的空域分集增益。由于彼此分享天线，又构成了一个虚拟的MIMO多天线系统。
如图2.2所示，是一个移动终端间的协作分集，用户2以广播形式向基站发送信息，它的信息同时被基站和用户1所接收，这时用户1处理信息。然后将处理的信号再发向基站，而此时的用户2也同时发送信息，最终形成两条独立的信道传输信号。
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用户1基站独立衰落信道用户2
图2.2移动终端间的协作分集
2.2.1 协作分集的优点
促进MIMO技术的实用化是协作分集最大的好处，它有可能带来无线通信领域的巨大变革。传统的MIMO技术通过在发射/接收端配置多个天线构成多发射/接收天线分集，但这对于小型移动终端来说是很不现实的，于是就导致了MIMO技术在蜂窝网以及Ad Hoc等网络中难以实用化。协作分集为MIMO技术在小型移动终端的应用找到了新的出路，是一种很有前途的空间分集技术。可以说，协作分集可以使MIMO技术的各种优势得以发挥，能够切实地利用空间资源来提高通信系统的性能，包括提升系统容量、增大数据传输速率、有效对抗衰落以及降低系统的服务中断概率，提高系统的服务质量和可靠性等。 2.2.2 协作分集的应用范围
协作分集的思想具有非常广阔的应用前景，可用于非移动通信系统、无线Ad-hoc网络、无线局域网以及无线传感器网络等多种场合，也可以应用于抗干扰通信中。抗干扰的基本方法有直接序列扩频、跳频、跳时以及它们的混合应用，但是这些方法都没有利用空间资源，而协作分集在某种意义上可以看作是一种空跳。协作分集技术从另一个角度可以看作是根据一定的准则（某种特定空跳图案），用户信息在空间方位上的跳变，其空跳增益可以根据跳频、跳时的结论推出，随着参与用户数、空跳幅度以及跳速的提高，空跳增益将会越大。
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协作通信的中继选择算法研究
2.3 中继信道模型
协作通信的概念是建立在中继信道模型的基础上的，它是一种新的空间分集技术。它利用了无线电波的广播特性，每一个节点都可以接收到其他节点发送的信号并经过一定的处理后转发到目的节点，这样不同的用户就可以共享彼此的天线而形成空间分集。
如图2.3所示，协作中继过程是这样的：源节点发送有用信号，由于无线电波的广播特性，网络中存在一些潜在的中继节点能够侦听到源节点发送的信号，通过在节点上执行适当的信号处理算法，中继节点将从源节点处侦听到的传输信号进行相应处理，并且通过中继信道将消息传输到目的节点。中继信息随后在目的节点进行组合以产生空间分集。这就产生了这样一个网络，它可以被认为是一个执行分布式多天线的系统，协作节点为彼此产生了不同的信号路径。中继信道[6]可以认为是源和目的端之间直接信道的一种辅助信道，中继节点通常距源节点有几个波长的距离，所以中继信道与直接信道之间互相独立，因此源和目的端之间构成了一个满秩的MIMO信道。而满秩传输的MIMO可以提供非常高的传输速率，这正是现代无线通信所急需的。