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        無線通信應(yīng)用的迅速發(fā)展，導(dǎo)致現(xiàn)有的無線頻譜資源處于相對(duì)稀缺狀態(tài)，包括無線協(xié)同通信、無線網(wǎng)絡(luò)編碼、認(rèn)知無線電等新技術(shù)的出現(xiàn)，為提高無線頻譜利用率提供了相關(guān)的技術(shù)支撐。本節(jié)介紹相關(guān)的新技術(shù)原理。

       無線通信中最初提出協(xié)同通信（Cooperative Communication）技術(shù)時(shí)，主要是為了解決如何利用多個(gè)單天線用戶進(jìn)行相互的配合實(shí)現(xiàn)多天線發(fā)射帶來的性能增益，或者更具體地說，即實(shí)現(xiàn)多天線發(fā)射時(shí)由于不同天線到接收機(jī)的衰落的獨(dú)立特性帶來的分集增益，在此基礎(chǔ)上提升系統(tǒng)傳輸信息的可靠性或者覆蓋等性能指標(biāo)。而這其中隱含著兩個(gè)條件，一個(gè)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(fù)雜度受限.或者系統(tǒng)整體成本受限等原因；另一個(gè)條件則是這些相互協(xié)同的用戶或終端到接收機(jī)的信道衰落特性應(yīng)該盡量獨(dú)立，同時(shí)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(yīng)用場景主要是傳感器網(wǎng)絡(luò)或者自組織（Ad Hoc）網(wǎng)，這些網(wǎng)絡(luò)中通常終端配置簡單；當(dāng)然，目前在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，比如在移動(dòng)臺(tái)到基站的上行鏈路中，兩個(gè)或多個(gè)單天線移動(dòng)臺(tái)也可以相互協(xié)同組成一個(gè)虛擬的多天線陣列實(shí)現(xiàn)M1MO的有關(guān)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(shù)的基本模型，以兩用戶的協(xié)同為例，如圖33所示，這個(gè)基本模型可以擴(kuò)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(gè)模型中，移動(dòng)臺(tái)MS1和移動(dòng)臺(tái)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(duì)方將發(fā)射的信號(hào)進(jìn)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(gè)重要的概念，即中繼（Relay）的概念，雖然實(shí)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(duì)比可以看出，中繼系統(tǒng)中的中繼節(jié)點(diǎn)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(gè)移動(dòng)臺(tái)既是信源，也同時(shí)是對(duì)方的中繼，兩者平等、相互配合。至于MIMO協(xié)同中繼這個(gè)概念，則通常指將單一的中繼替換為多個(gè)相互協(xié)同配合的中繼站群，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬的多天線中繼站的功能，以進(jìn)一步挖掘系統(tǒng)的潛力。

圖34   兩用戶中繼通信系統(tǒng)

       當(dāng)然，在分析協(xié)同通信的問題時(shí)，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(duì)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(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(hào)接收下來后（其中包含了噪聲），直接放大發(fā)往接收機(jī)。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(jìn)行判決和譯碼（降低了噪聲的影響但其中仍有可能出錯(cuò)），然后再發(fā)往接收機(jī)。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(dāng)于將原始信息進(jìn)行信道編碼后，不同的編碼后的信息(校驗(yàn)信息)將根據(jù)情況在不同的鏈路上發(fā)往接收機(jī)，從而獲得增益。

(2)協(xié)同通信主要特點(diǎn)及應(yīng)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(shí)候，能夠獲得比不使用協(xié)同更好的差錯(cuò)性能，而其中編碼性能雖然復(fù)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(duì)而言最差。雖然協(xié)同通信需要更多的發(fā)射機(jī)參與進(jìn)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(jìn)行信道編碼的設(shè)計(jì)(針對(duì)編碼協(xié)同)以及如何對(duì)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(shí)隙等)以達(dá)到性能的優(yōu)化。另外如何判斷哪些用戶間可以進(jìn)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(duì)的。多跳中繼網(wǎng)絡(luò)下的協(xié)同通信也是研究的熱點(diǎn)之一。對(duì)于蜂窩系統(tǒng)而言，設(shè)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(jī)之間可以直接通信，這個(gè)對(duì)于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而言是不支持的。而相應(yīng)的信令的設(shè)計(jì)以及信道信息的測量和報(bào)告機(jī)制也是現(xiàn)實(shí)中需要仔細(xì)研究的，否則系統(tǒng)的效率將與理論值有很大差距。