对移动通信网络中协作通信的探讨

张思

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。文章将对协作通信技术进行介绍，说明协作通信的信号处理方式，最终对移动通信网络当中协作通信的具体应用进行分析与探讨。

关键词 移动通信 协作通信 信号处理

一、前言

伴随着社会经济的迅猛发展，科学技术的不断进步，移动通信在社会中的逐渐普及，人们对移动通信业务的要求越来越高，正因为如此，移动通信系统开始逐步朝着低成本、多业务、快速以及宽带的方向前进。4G技术的开发与利用不但要求对物理层技术展开改革，并且还对传统的系统架构提出了更高、更严格的要求。而在移动通信发展过程当中，协作通信技术就是一个全新的发展方向。

二、协作通信概述

所谓的协作通信，指的是充分运用网络当中所闲置的天线资源，将其看作是信源的中继协助转发信息，然后利用各种天线传输一样的数据，最终实现空间分集的目标，以此来提升通信系统的安全性、可靠性。协作通信技術是无线通信领域当中的一个新兴研究方向，是继多输入多输出（MIMO）技术后的又一个前沿技术。由于协作通信不要求通信节点的天线数，而是利用搜集网络当中的闲置天线资源，以此来构成虚拟的天线阵列协作传输数据，所以，协作通信技术运用于移动通信网络当中，具有极为重大且现实的意义。

图1 协作分集示意图

图1所表示的两用户展开协作分集的示意图，U1在对自身的数据进行传输的过程中，也在帮助U2传输数据，反之，U2在传送本身数据的过程中也在协助U1，帮助其传送数据。通过这种模式，用户在传送信息的过程当中，不但运用了自身的数据传送信道，同时还运用了协作同伴的数据传送信道，进而实现了空间分集增益的目的。

三、协作通信的信号处理方式

（一）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。

（二）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。

（三）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[1]。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。

四、移动通信网络当中协作通信的具体应用

（一）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[2]。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[3]。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。

（二）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。

五、结束语

综上所述，协作通信技术具备诸多的优势，将协作通信技术运用于移动通信网络当中，也获得了不错的效果。但是，目前协作通信技术依然还有一些问题有待研究人员的进一步研究，例如在多用户网络下，协作伙伴怎样管理与分配？即：如何明确哪些用户需要展开协作通信，在相隔多久之后才对协作用户实行重新分配？因此，对协作通信技术进行深入的研究，是一项极为重要的研究课题，具有极为重要的现实意义。

参考文献：

[1]李业.协同无线通信网络中的中继协作方法研究[D].东南大学，2010.

[2]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，2012.

[3]陈丹.协作与认知无线通信网络中若干关键技术研究[D].北京邮电大学，2012.