协作通信

Lyh制作2011/11协作通信协作通信的提出分集技术简介中继信道模型协作分集技术协作通信的方法三种协作模式性能和优缺点比较协作通信的应用后续研究小结协作通信通过提供传送信号多个副本来提高接收信号正确判决率的方法被称为分集。在无线移动通信中广泛使用分集技术来减小多径衰落的影响，并且在不增加发射功率或牺牲通信带宽的情况下提高传输的可靠性。分集技术分为以下几种类型：时间分集频率分集空间分集协作通信空间分集根据发射或接收是否使用多根天线，可以把空间分集分成两类：接收分集和发送分集。TxTxRx图2：发送分集示意图协作通信中继信道模型ACBXYY1X1广播接入源节点目的节点中继节点图3：基本中继信道中继节点1目的节点源节点中继节点2图4：并行中继信道协作通信多输入多输出MIMO（MultipleInputMultipleOutput）系统可以达到空间分集的效果。该技术是一项运用于802.11n的核心技术，它利用多天线来抑制信道衰落，可以提供发分集增益，所以该技术得到越来越广泛的关注并被写入了一些无线通信的标准中。在蜂窝移动通信系统中，MIMO技术可以很好的应用在基站方面来获得发分集增益，可以达到空间分集的效果。在实际的无线系统中，基站端安装多天线并不困难，但是在移动终端，考虑到设备成本，工艺技术的限制等原因，装备多根天线是十分困难的，移动台一般仅有单根天线。协作通信在这种情况下，为了使具有单根天线的移动台获得类似于MIMO系统中的某些增益，便逐步提出了协作通信的思想。协作分集也就是在这样的背景下，基于中继传输的原理发展起来的。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，获得发分集增益。协作通信按接入方式分类正交协作分集非正交协作分集按中继实现方式放大转发（AF）协作模式解码转发（DF）协作模式编码转发（CC）协作模式协作模式分类协作通信AF协作模式基本思想：中继节点不对接收的信号进行解调和解码，而是直接将收到的信号进行模拟处理后转发，这是采用最早的一种协作模式。在该机制中，每个用户接收它伙伴发送过来的带有噪声的信号，接着对该信号进行放大，然后将放大的带有噪声信号重新发送。基站将对用户和其伙伴传送来的数据进行合并判决。尽管协作者在进行放大时也放大了噪声，但是基站接收到两个独立的衰落信号，最后能作出较好的判决。协作通信DF协作模式基本思想：指伙伴要先对接收到的信号进行解调，解码（视是否编码而定）和估计，然后将数据进行编码调制后传输给目的节点。中继采用的解码往往是接收信号的非线性变换；中继节点如果对数据作出了错误判决，那么这个错误也将被进一步传播。——采用循环冗余校验技术（CRC）DF模式示意图协作通信DF—有校验模式中继接收到信号后，将对信号进行解调和解码(如果没有编码则不需要解码)，并对数据进行CRC校验，如果数据正确，就按照信源的编码调制方式将信号进行编码(如果有编码)和调制，再将数据发射出去;如果数据不正确即将帧丢弃。DF协作模式解调解码CRC校验编码调制协作通信CC协作模式基本思想：每个用户都试图为它的伙伴传送冗余信息。当这一操作无法实现时，用户就自动返回到非编码协作模式，传输自己后续的信息。中继传输的不再是与信源相同的数据信号，而是增加的冗余。CC模式示意图协作通信编码协作方案用户1用户2基站N1比特用户2数据N2比特用户2数据N1比特用户1数据N2比特用户1数据第一帧第二帧第一帧第二帧编码协作方案用户发送的源数据包括有效信息和CRC信息。在编码协作机制中，每个用户的数据发送周期都分为两个阶段。每个阶段为一帧。对于第一帧，每个用户发送的码字包括N1个比特。每一个用户都尝试对伙伴的数据进行正确的译码，如果译码正确（由CRC）决定，在第二帧，用户将计算并发送其伙伴的第二部分，包括N2个比特。否则用户将在第二帧传送自己的第二部分，也是N2个比特。这样每个用户每个周期都是发送N=N1+N2个比特。定义协作水平为N2/N，即用户为伙伴传送的比特数目与总传输比特数的比值。协作通信AF模式：伙伴节点的复杂度最低，且在高信噪比时可达到满分集增益；但在用户间信道条件较差时，分集增益不明显。DF模式：可在转发前消去高斯白噪声，使用CRC校验可以防止差错传播，但这是以牺牲频谱效率为代价的。在低信噪比时，CRC校验反而会使系统性能下降，不如不校验。CC模式：无需估计用户间的信道状况，通过编码来控制第二步协作，在性能上有很大优势，尤其是引入空时编码之后。CC模式相对于AF和DF在性能上有优势，但伙伴节点的复杂度最高，因为要先解码后编码。优缺点比较协作通信协作通信是一种极具应用前景的通信技术用在蜂窝移动通信中、无线局域网、AdHoc网络、无线传感器网络等用在舰队编制通信、航空无线电等军用通信网络中将协作通信技术应用在无线传感网络中，能改善传输质量提高整个网络的寿命。协作通信的应用协作通信后续研究多用户网络中合作伙伴如何分配和管理？也即怎样去确定与哪些用户进行协作，多长时间对合作的用户进行重新分配对于协作传输如何进行功率控制？目前的研究一般假设用户平均的发射功率，而CDMA系统的功率控制对于克服远近效应和减小干扰是非常关键的，因此对于协作网络其功率控制机制是非常重要的对于编码协作机制来说，能不能设计一种专门用于协作通信的编码？协作通信小结信道衰落是制约通信质量提高的重要因素，为了对抗信道衰落，提高接收信号的信噪比，降低接收信息的误码率，提出了MIMO技术。进一步提出了协作通信技术，使用中继用户协助信源发送信息，信源、协作用户、接收方三者的天线构成一个虚拟的MIMO系统，以实现MIMO的效果。实现协作通信的三种方式：AF、DF、CC，有各自的优缺点。协作分集技术在无线通信中的应用，且有很多值得进一步研究的方面。Lyh制作协作通信谢谢！