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移动通信网络中的协作通信
[ 通信界 / 汪冲 / www.cntxj.net / 2020/5/11 10:44:54 ]
 

  摘要:在移动通信当中采取多输入多输出技术,可以有效避免多径衰落所带来的负面影响,虽然如此,但因为受到一些因素的制约,例如设备造价、尺寸以及硬件性能等,使得该技术无法切实运用在无线通信终端当中。而协作通信技术,能够运用单天线移动终端彼此之间的互相协作功能,实现天线的共享,进而构成虚拟的多输入多输出系统,最终取得空间分集。 本文介绍了协作通信概述,分析了协作通信的信号处理方式,论述了移动通信网络当中协作通信的应用。
  关键词:移动通信协作通信信号处理


        协作通信系统是利用网络天线系统资源完善的信源中继协调转发信息系统,通过无线传输实现数据的空间分集处理,从而提高通信系统的有效可靠性。是多天线技术发展后的又一项课题。协同通信是对通信节点进行的无线技术,通过搜集网络中闲置的无线,实现分布式的无线阵列协同传输,提高通信系统的应用价值,确定协作通信系统的整体性能,逐步改善协同通信系统的有效发展管理。
        一、协作通信概述
        协作通信技术利用网络中闲置的天线资源作为信源的中继(Relay)协助转发信息, 通过不同天线传输相同的数据达到空间分集的目的,以提高通信系统的可靠性,是继MIMO(多输入多输出)多天线技术之后无线通信领域内又一前沿研究课题。协作通信技术对通信节点的天线数目没有要求,而是通过搜集网络中的闲置天线,形成分布式虚拟天线阵列(Virtual MIMO)协作传输数据,因此具有实际应用价值。研究表明,在网络能量归一化的情况下,协作通信系统的性能明显优于直接传输的系统性能。协作通信技术将成为未来移动通信和无线局域网的关键技术之一,也因为如此,它被IEEE 802.16 等标准作为下一代无线通信系统的主要技术之一。近年来,为了提高数据的传输速率、容量、QoS(服务质量),蜂窝小区的覆盖半径不断减小。越来越多的微微小区导致基站数量迅猛增加,整个通信系统的部署成本、维护成本也大大增加。一个行之有效的办法就是将协作通信技术应用到移动通信系统中。
        二、协作通信的信号处理方式
        1、放大转发机制。在协作通信的放大转发机制当中,每一个用户接收协作伙伴所发送带有噪音的信号,且将其进一步放大,然后再把已经放大处理后的信号重新发送出去。对于用户和协作伙伴所发送出来的数据,基站对其加以合并处理。虽然协作伙伴在将信号放大的过程中,也将噪音扩大,但是基站可以获取两个单独的衰落信号,且可以做出合理的判决。Laneman 提出了这一机制,且对其展开了详细的研究,发现在两用户与高信噪比的状态下,这一机制所接收到的分集阶数是2。在这一机制当中,倘若用户与用户之间信道系数已经知晓,那么就能够展开最佳译码,因此这一机制应当展开必要的信息交换与信道预估。在放大转发机制当中,面临着一个挑战,即对模拟信号展开抽样、放大以及重新传送,这一技术的实现有一定的难度。
        2、检测转发机制。检测转发机制和传统的中继方式较为相似。在此要考虑两个用户伙伴互相协作的状况,其中一个用户首要处理的事情是:试图检测出协作伙伴的数据比特,并且把其所检测到的比特再次发送出去。利用基站亦或者是其它技术,用户能够指定自己的协作伙伴。因此在实际的操作当中,每一个用户都有一个协作伙伴为其提供路径,进而实现分集。当前,协作伙伴的分配,也是一个极为热门的研究方向。
        3、编码协作机制。编码协作机制是利用两条相互独立的衰落信道,将每一个用户码字的不同部分发送出去,该机制的基本思想为每一个用户都把自身所增加的冗余信息发送到其他的协作伙伴。倘若协作伙伴之间的信道环境十分差,那么编码协作机制将自动的回到非协作状态下。只需利用信道协作编码设计,而不需要用户与用户之间的相互反馈,这是编码协作机制的一个显著特点。
        三、移动通信网络当中协作通信的应用
        1、普通移动通信当中协作通信的应用。传统的蜂窝通信系统当中,为了有效的提升QoS,会对一个小区进行再次细化,变成一个个微小区,在微小区中央设置一个基站,并且利用微波亦或者是有线和核心相连接。在微小区的通信范畴当中,基站和若干个移动台相联系。在展开通信行为以前,小区基站会首先利用控制信道,对资源进行合理的分配,且统治移动台,然后移动台再展开通信。当协作通信运用在蜂窝移动通信当中时,在基站的覆盖范畴以内,移动台和基站之间是彼此相联系的,用户可以直接通过基站来实现通信行为。而如果是在中继站的覆盖范畴以内时,移动台的通信利用协作和附近的基站相联系,进而形成一个多跳链路,最终实现通信行为。从某种程度而言,基站的覆盖范畴与中继站的覆盖范畴能够实现一定的重合。在此有一点需要注意,即在协作通信的过程当中,不仅仅只有移动台与基站彼此之间的通信行为可以通过中继站来完成,移动台之间、基站之间以及中继站之间均能够实现互相协作,完成通信行为。这种情况关键在系统设计是侧重于控制协作所支出的成本,亦或者是侧重在提升技术指标。在移动通信系统当中运用协作通信技术,中继站和诸多移动台相连接,基站和诸多中继站相连接,整个区域内的通信资源受基站的掌控,而中继站则利用一定水平的功能函数,对实际的资源分布状况加以控制。中继站能利用放大转发机制,中继站获取到来源于基站在某个时隙、某个频率所发出的信息,并对其展开放大且重新发送。通过这种方式,中继站可以有效的拓展基站的覆盖范畴。另外,中继站同样能够利用编码转发机制,在这一机制下中继站可以先对基站所传送来的信息进行编码,之后再进行重新调制或者是纠错编码,把信息发送出去。通过这种方式能够有效的提升中继站的QoS。此外,还能够利用压缩转发机制,中继站在接收到信息之后,对其展开压缩量化处理,之后再将信息重新转发出去,通过该方式协作通信可以在一定程度上提升系统的速率。
        2、应急移动通信当中协作通信的应用。在某种情况下,协作通信可以有效的提升网络的健壮性,且倘若基站发生瘫痪,也可以支持部分的通信行为。在应急通信当中,如果某个区域的基站出现故障,进而导致基站瘫痪无法正常进行通信,而假使设置的协作通信系统,即使基站无法工作,该区域内的通信用户依然能够通过RS 进行通信行为,此时的RS 就好比是一个简易的基站。如果该区域内的用户要与区域外的用户互相通信,那么能够利用多跳RS 来实现,亦或者是利用多跳RS 和基站相联系,进而实现通信行为。但是这种通信方式也存在一定的缺陷,即容量有限,仅仅只可以利用优先级展开控制,确保高优先级用户的通信行为,而优先级相对而言较低的只能将其抛弃。在遇到各种严重的自然灾害(地震)时,所在地的基站可能出现大面积的瘫痪,在这种情况下就能够利用RS 来确保灾区与其他地区的通信。通过协作通信系统可以保证灾区和外界之间的通信行为,可以在抗灾初期获得灾区的一些重要信息,确保重要通信的畅通无阻。
        总之,移动通信网络的协作中主要采用多点协作传输技术,即L1m系统中的关键步骤,通过无线网络技术信号的有效传递,实现了干扰数据的降低,拓展了通信系统的整体性能。协作通信技术是新一代的移动通信技术要点,是未来移动通信协作分析技术中不可缺少的一个部分。通过移动协作通信技术可以有效的提高通信网络的信号同步传输效果,最大限度的确保信号的实施传递,实现通信信息的准确收集和发送。

作者单位:国脉通信规划设计有限公司  黑龙江哈尔滨  150036
参考文献:
[1]徐磊.无线协作通信网络中协作中继传输问题的研究[D].安徽大学,2014.
[2]黄 韬.协作通信及无线移动通信网络[M].北京:电子工业出版社,2013.
[3]刘宴兵,唐红.宽带无线移动通信网络技术[M].北京:科学出版社,2013.

 

作者:汪冲 合作媒体:《基层建设》 编辑:顾北

 

 

 
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