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        無線通信應用的迅速發(fā)展，導致現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、無線網絡編碼、認知無線電等新技術的出現，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多天線發(fā)射帶來的性能增益，或者更具體地說，即實現多天線發(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絡或者自組織（Ad Hoc）網，這些網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，根據協(xié)同方對發(fā)送源信息的處理方式不同，通?？梢园褏f(xié)同的方式分為基本的三類：放大轉發(fā)（AF,非再生方式），解碼轉發(fā)（DF,再生方式）和編碼協(xié)同（CC）。放大轉發(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。