多用戶協(xié)同通信感知技術(shù)

1、多用戶協(xié)同通信與感知技術(shù)（1）2009-02-11協(xié)同通信技術(shù)和感知無線電技術(shù)是近年來的研究熱點(diǎn)，已受到廣泛關(guān)注。協(xié)同通信技術(shù)可提高系統(tǒng)的傳輸能力，感知無線電技術(shù)可提高頻譜的使用效率，兩者的結(jié)合將會(huì)對(duì)未來的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)帶來重大影響。本講座將分3 期：第1 期介紹協(xié)同通信技術(shù)提出的背景、協(xié)作方式及關(guān)鍵技術(shù)；第2 期將介紹感知無線電技術(shù)的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；第3 期將探討兩種技術(shù)的有效結(jié)合方式及它們對(duì)現(xiàn)代無線通信產(chǎn)生的重大影響。1 協(xié)同通信技術(shù)協(xié)同通信技術(shù)是在多用戶通信環(huán)境中，使用單副天線的各臨近移動(dòng)用戶可按照一定方式共享彼此的天線協(xié)同發(fā)送，從而產(chǎn)生一種類似多天線發(fā)送的虛擬環(huán)境，獲得

2、空間分集增益，提高系統(tǒng)的傳輸性能。作為一種分布式虛擬多天線傳輸技術(shù)，協(xié)同通信技術(shù)融合了分集技術(shù)與中繼傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在不增加天線數(shù)量的基礎(chǔ)上，可在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)并獲得多天線與多跳傳輸?shù)男阅茉鲆妗Ｋ蓱?yīng)用于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、無線Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等多種場(chǎng)合，具有研究?jī)r(jià)值與意義?？梢哉f，協(xié)同通信技術(shù)將是繼多載波調(diào)制技術(shù)、多天線技術(shù)之后，可能會(huì)對(duì)未來無線通信的發(fā)展產(chǎn)生重大影響的一個(gè)研究熱點(diǎn)。而且，協(xié)同通信技術(shù)非常靈活，可與現(xiàn)有多種技術(shù)相結(jié)合，突出各自優(yōu)點(diǎn)。例如，與正交頻分復(fù)用（OFDM技術(shù)相結(jié)合，可以充分利用其抗頻率選擇性衰落的優(yōu)點(diǎn)；與編碼或者空時(shí)編碼相結(jié)合，可以得

3、到編碼增益；與感知無線電技術(shù)相結(jié)合，能夠提高頻譜檢測(cè)概率或者獲得更多的頻譜接入機(jī)會(huì)。本講主要討論協(xié)同通信技術(shù)的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀、協(xié)作方式及其關(guān)鍵技術(shù)。1.1 發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀協(xié)同通信技術(shù)的起源可以追溯到Cover 和 ElGamal在1979年關(guān)于中繼信道的研究工作。中繼信道模型是一個(gè)包括源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的三點(diǎn)模型，如圖1 所示。這種模型可分解成為廣播信道（源節(jié)點(diǎn)A發(fā)送信號(hào)，中繼節(jié)點(diǎn)B與目的節(jié)點(diǎn)C接收信號(hào)）和多址信道（源節(jié)點(diǎn)A 發(fā)送信號(hào)，中繼節(jié)點(diǎn)B將收到的信號(hào)處理后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，目的節(jié)點(diǎn)C則接收來自A和B的所有信號(hào)）。研究表明，離散無記憶、加性白高斯噪聲（AWGN繼信道的容量大于源

4、節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間信道的容量。而且，通過3 種不同的隨機(jī)編碼方案可得到該信道容量的下界。這3 種隨機(jī)編碼方法是：簡(jiǎn)易方法，中繼節(jié)點(diǎn)并不主動(dòng)去幫助源節(jié)點(diǎn)，而是通過盡量減少干擾來幫助它；協(xié)同方法，中繼節(jié)點(diǎn)先完全譯出源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息，然后重新發(fā)送；觀察方法，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的源節(jié)點(diǎn)信息的量化形式進(jìn)行編碼后發(fā)送。這些隨機(jī)編碼方法成為協(xié)同通信系統(tǒng)中各種中繼節(jié)點(diǎn)信 息處理方式產(chǎn)生的源泉。，圄1中繼憎道模型圖協(xié)同通信技術(shù)源于中繼信道，但在很多方面又區(qū)別于中繼信道。首先， 協(xié)同通信技術(shù)應(yīng)用于衰落信道中，主要目的是對(duì)抗多徑衰落，而中繼信道分析 的則是AWGNF道的容量；其次，中繼信道中的中繼節(jié)點(diǎn)的唯一目的就是幫助源

5、 節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而在協(xié)同通信中，整個(gè)系統(tǒng)的資源是固定的，各用戶既可充當(dāng) 中繼節(jié)點(diǎn)幫助源節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，又可作為源節(jié)點(diǎn)發(fā)送自己的信息。因此，協(xié)同 通信技術(shù)研究的側(cè)重點(diǎn)有所不同。協(xié)同通信技術(shù)的基本思想是在多用戶通信環(huán) 境中，使用單副天線的各臨近移動(dòng)用戶可按照一定方式共享彼此的天線協(xié)同發(fā) 送，從而產(chǎn)生一種類似多天線發(fā)送的虛擬環(huán)境，獲得空間分集增益，提高系統(tǒng) 傳輸性能。這種傳輸方式融合了分集技術(shù)與中繼傳輸?shù)募夹g(shù)優(yōu)勢(shì)，形成了分布 式的虛擬MIMOI(統(tǒng)，克服了相干距離等的限制，在不增加天線數(shù)目的基礎(chǔ)上， 在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中可獲得與多天線及多跳傳輸情況下相近的傳輸增益。所謂虛 擬MIMO旨的是：在協(xié)同通信系統(tǒng)

6、中，多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)本身可自然形成虛擬的天線 陣列，節(jié)點(diǎn)間通過相互配合和信息互通，模擬傳統(tǒng) MIMOfe術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，從而 實(shí)現(xiàn)聯(lián)合空時(shí)編碼的傳輸方案。與此同時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)不僅接收來自源節(jié)點(diǎn)直接 發(fā)送的信號(hào)，同時(shí)還接收來自中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)，并根據(jù)無線鏈路傳輸狀況 和信號(hào)質(zhì)量，選取不同的合并方式進(jìn)行處理，從而最大限度地利用有效信息， 獲得分集增益并有效地提高數(shù)據(jù)傳輸速率。自Sendonaris等從1998年提出協(xié)同通信的概念以來，各國相關(guān)的研究 方興未艾。(1)國際上，許多相關(guān)課題已經(jīng)或正在展開。例如無線世界研究論壇 (WWR現(xiàn)經(jīng)成立了關(guān)于中繼的分組委員會(huì)專門開展對(duì)此技術(shù)的研究，并發(fā)表了 相關(guān)研究的

7、白皮書。2004年1月1日，歐盟在第六個(gè)框架程序中啟動(dòng)了 WINNER 工程，其目的是研究一個(gè)無處不在的無線系統(tǒng)，在性能、效率和覆蓋靈活性上 更加優(yōu)于目前的系統(tǒng)，工程中也包含了基于中繼的概念。很多知名國際期刊、 會(huì)議也單獨(dú)列出子方向?qū)f(xié)同通信技術(shù)進(jìn)行報(bào)道，如IEEE主辦的Communication Magzine 等雜志，ICC、WCNCGlobleCom等會(huì)議。2006年， Springer 也出版了由眾多學(xué)者合作的關(guān)于協(xié)同通信技術(shù)的專著。(2) 世界已有多所大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室開展了這方面的研究，例如瑞士皇家科學(xué)院通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)室無線通信課題組的研究工程“Cooperative MIMO Wirel

8、essNetwork”、歐洲通信委員會(huì)組織的工程“ IST-ROMANTIK等。當(dāng)然，還有更多 大學(xué)的教授學(xué)者在協(xié)同通信技術(shù)方面做出了卓越貢獻(xiàn)，如麻省理工大學(xué)的J NLanemanW±、美國 Polytechnic University 的 E Erkip 副教授、英國倫敦大 學(xué) King 學(xué)院的 M Dohler 副教授、美國德州大學(xué)多媒體通信實(shí)驗(yàn)室的T EHunter博士和明尼蘇達(dá)州大學(xué)的 M O Hasna博士等。(3) 近年來，協(xié)同通信技術(shù)在中國也引起了廣泛關(guān)注，國家自然科學(xué)基金委、教育部等均設(shè)立多個(gè)資助工程，眾多高校也已展開研究，如北京郵電大 學(xué)、浙江大學(xué)、西安電子科技大學(xué)

9、等。1.2 協(xié)作方式根據(jù)協(xié)作對(duì)象的不同，協(xié)同通信技術(shù)可分為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同通信和同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的協(xié)同通信兩大類。由于歷史的原因，在現(xiàn)階段出現(xiàn)了多種不同接入網(wǎng)絡(luò)并存的局面：WLAN WiMAX蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)等等。盡管這些網(wǎng)絡(luò)各具優(yōu)勢(shì)， 能夠在數(shù)據(jù)傳輸速率、覆蓋范圍或支持終端的移動(dòng)性等某一方面或者多方面滿 足用戶的需求，但目前還沒有一種網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)達(dá)到所有這些方面的需求。為了同時(shí)滿足不同用戶的多種應(yīng)用需求，未來的通信網(wǎng)絡(luò)必須要具有將各種網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一到一個(gè)信息平臺(tái)上的能力。對(duì)于未來的通信網(wǎng)絡(luò)，國際電信聯(lián)盟、3GPPB3GPP2?組織從電信網(wǎng)絡(luò)的角度，因特網(wǎng)工程任務(wù)組等組織從IP分組網(wǎng)絡(luò)的角度已

10、分別進(jìn)行了相關(guān)描述。盡管這些組織的描述各有不同，但以IP 技術(shù)為基礎(chǔ)，通過在各種不同接入網(wǎng)絡(luò)間引入?yún)f(xié)同通信來為用戶提供各種電路交換和分 組交換業(yè)務(wù)則是他們的共性。因此，在各種不同接入網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同通信是發(fā) 展的必然趨勢(shì)，這就是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同通信。顯然，它的研究重點(diǎn)是異構(gòu)網(wǎng) 絡(luò)間的移動(dòng)性管理，主要包括網(wǎng)間的垂直切換與漫游等。同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的協(xié)同通信技術(shù)指的是所有節(jié)點(diǎn)都在同一種網(wǎng)絡(luò)內(nèi)工作，可分為固定中繼和用戶終端間的協(xié)作兩種方式。固定中繼協(xié)作方式非常類似于圖1 的中繼信道，在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間預(yù)先放置一個(gè)位置固定的中繼節(jié)點(diǎn)。中繼節(jié)點(diǎn)與源、目的節(jié)點(diǎn)之間均采用無線連接，但它自己并無信息發(fā)送，而只對(duì)接收

11、到的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。與固定中繼方式不同，用戶終端間的協(xié)作方式要靈活一些，源節(jié)點(diǎn)同時(shí)也可作為中繼節(jié)點(diǎn)，它們不僅可轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作伙伴的信息，同 時(shí)也可發(fā)送自己的信息。因此，這些終端需要同時(shí)具有信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)和簡(jiǎn)單路由的 功能。根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)信息處理方式的不同，這種方式又可分為放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)、編碼協(xié)作(CC)、空時(shí)編碼協(xié)作(STCC劑網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作(NCC)等多種方式。下面將重點(diǎn)闡述上述幾種方式的基本原理，并進(jìn)行簡(jiǎn)單比較。為了便于描述，本文中僅討論如圖1所示的單中繼節(jié)點(diǎn)情形，多中繼情形可依此類推。1.2.1 放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作方式AF方式最早由Laneman提出，具信號(hào)處理流程如圖2所示。，圖2

12、放大轉(zhuǎn)發(fā)方式的信號(hào)處理流程根據(jù)圖2, AF方式的信號(hào)處理可簡(jiǎn)化為3個(gè)階段。第1階段，源節(jié)點(diǎn)首 先廣播發(fā)送信號(hào)，目的節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行接收；第 2階段，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì) 接收到的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)直接進(jìn)行功率放大后轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)；第3階段，目的節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的兩路信息進(jìn)行合并解碼，恢復(fù)出原始信息。因此，AF也被稱作非再生中繼方式，其本質(zhì)上是一種模擬信號(hào)的處理方式。相對(duì)于其他幾種方式， AF方式最簡(jiǎn)單，而且由于目的節(jié)點(diǎn)可接收到兩路獨(dú)立的衰落信號(hào)，AF可獲得滿分集增益，性能良好。但由于中繼節(jié)點(diǎn)在放大信號(hào)的同時(shí)也放大了源-中繼信道引入的噪聲，因此AF方式存在著噪聲傳播效應(yīng)。1.2.2 譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作方式DF方式最早

13、由Sendonaris等人給出。類似AF方式，DF方式的信號(hào)處理亦可簡(jiǎn)化為3個(gè)階段，具信號(hào)處理流程如圖3所示。 除第2階段外，第1、3階段的處理和AF方式完全相同。在第2階段，中繼節(jié) 點(diǎn)B對(duì)接收到的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)先進(jìn)行譯碼并估值，然后再將所得的估值信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā) 給目的節(jié)點(diǎn)?；诖?，也稱 DF為再生中繼方式?？梢?，DF方式在本質(zhì)上是一 種數(shù)字信號(hào)處理方式。雖然DF方式不會(huì)帶來噪聲傳播問題，但受源-中繼端信 道傳輸性能影響較大，如果編碼方式不采用 CRC勺話，也得不到滿分集階數(shù)。 而且這種中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)信息解調(diào)解碼錯(cuò)誤帶來的誤差會(huì)隨著跳數(shù)的增加而 不斷累積，從而影響到分集效果和中繼性能。這表明源 -中繼

14、節(jié)點(diǎn)信道傳輸特性 的好壞對(duì)DF方式協(xié)同通信系統(tǒng)的性能有重要影響。常稱上述討論的AF與DF方式為固定協(xié)作模式：無論信道傳輸特性如 何，中繼節(jié)點(diǎn)總是參與協(xié)同通信過程。但事實(shí)上，協(xié)同帶來的未必全是好處， 比如在半雙工模式下會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸速率以及系統(tǒng)自由度的利用率。顯然，這 涉及到協(xié)同時(shí)機(jī)或何時(shí)協(xié)同的問題?；诖耍Y(jié)合 AF和DF兩種方式，人們提 出了選擇模式與增強(qiáng)模式，如表1所示。表1三種不同的也同通憎模式國定曷式圓強(qiáng)睡式扭大黑生西電8大羯友冏*造樣隨大愎友占拜）電鼻扭大羯發(fā)他總呂定印用曬友I 口號(hào)就格庫姆傳號(hào)5時(shí)昭強(qiáng)厚樣品旭界選擇模式將源-中繼節(jié)點(diǎn)間的信道傳輸特性與某一門限值比較，只有大于該門限值

15、時(shí)才選用協(xié)同通信方式，否則由源節(jié)點(diǎn)重復(fù)發(fā)送?？梢?，選擇模式 重點(diǎn)考慮的是源-中繼節(jié)點(diǎn)間的信道狀況。增強(qiáng)模式是利用目的節(jié)點(diǎn)的反饋信息 來判斷直傳是否成功，若成功則源節(jié)點(diǎn)發(fā)送新的信息，否則中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)同 通信過程，這一處理相當(dāng)于對(duì)中繼傳輸增加了冗余或者自動(dòng)檢測(cè)重傳機(jī)制。易 見，增強(qiáng)模式重點(diǎn)考慮的是源-目的節(jié)點(diǎn)的信道狀況。上述3種模式中，采用固 定與選擇模式時(shí)中繼節(jié)點(diǎn)一直重復(fù)發(fā)送源節(jié)點(diǎn)信息，這樣勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)自由 度利用率的降低。增強(qiáng)模式則只在必要的時(shí)候才采用協(xié)同通信方式，可以較好 地解決這一問題，但它卻需要反饋信道。綜合可靠性與有效性兩個(gè)角度考慮，增強(qiáng)放大轉(zhuǎn)發(fā) （IAF）方式性能最 優(yōu)；僅從算法

16、復(fù)雜度方面考慮，AF方式最為簡(jiǎn)單，也可獲得滿分集增益；DF性能較差，也無法獲得滿分集增益；選擇譯碼轉(zhuǎn)發(fā) （SDF）作為DF的改進(jìn)方式雖然 可以得到滿分集增益，但是復(fù)雜度高于 AF。選擇放大轉(zhuǎn)發(fā)（SAF）和增強(qiáng)譯碼轉(zhuǎn) 發(fā)（IDF）兩種方式均不能取得良好的性能。這是因?yàn)?，選擇模式側(cè)重于源-中繼節(jié)點(diǎn)間的信道傳輸特性，增強(qiáng)模式則主要著眼于源 -目的節(jié)點(diǎn)間的信道。DF方 式中，如果源-中繼節(jié)點(diǎn)信道衰落嚴(yán)重的話，中繼節(jié)點(diǎn)解碼錯(cuò)誤較多，轉(zhuǎn)發(fā)信息 后會(huì)引起錯(cuò)誤的進(jìn)一步累積傳播；而 AF方式中，由于中繼節(jié)點(diǎn)只是對(duì)源節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)，無需進(jìn)行解碼，故源-中繼節(jié)點(diǎn)與中繼-目的節(jié)點(diǎn)的信道是同 等重要的。所以，選擇

17、模式較適用于 DF方式，而增強(qiáng)模式較適用于 AF方式。 1.2.3編碼協(xié)作方式AF和DF方式下，中繼節(jié)點(diǎn)總是重復(fù)發(fā)送源節(jié)點(diǎn)信息，這會(huì)降低系統(tǒng)自由度的利用率。Hunter等將信道編碼的思想引入?yún)f(xié)同通信技術(shù)中，提出了編碼協(xié)作方式，信號(hào)處理流程如圖4(a)所示A固4編鳴胡作方式的信號(hào)處理前程該方式通過兩條不同的衰落路徑發(fā)送每個(gè)用戶碼字的不同部分。對(duì)接收 到的協(xié)作伙伴的信息進(jìn)行正確解碼后再重新編碼發(fā)送，這時(shí)系統(tǒng)性能的改善是 通過在不同空間重復(fù)發(fā)送冗余信息而獲得的。這種方式下，各移動(dòng)終端通過重 新編碼發(fā)送了不同的冗余信息，把分集和編碼結(jié)合起來，可大大提升系統(tǒng)性 能。而且，這種方式不需要協(xié)作終端間的信息反

18、饋，中繼節(jié)點(diǎn)不能正確解碼時(shí) 還可自動(dòng)切換到非協(xié)作模式，從而保證了系統(tǒng)的效率。圖4(b)給出一種編碼協(xié)作實(shí)例。首先把移動(dòng)終端要發(fā)送的信息比特分 塊進(jìn)行編碼，然后加上循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。在協(xié)同通信時(shí)再將編碼后的信息分成 兩段，分別含有想要傳送的信息比特 N1和鑿空信息比特N2 (原始碼字的長(zhǎng)度 為N1+N2 bit)。顯然，總共需要兩個(gè)時(shí)隙(稱為幀)來分別發(fā)送N1和N2兩部分 比特信息。在第一幀中，每個(gè)移動(dòng)終端發(fā)送各自N1 bit的信息，同時(shí)每個(gè)移動(dòng)終端都試圖解碼對(duì)方的第一幀信息。如果正確解碼一一通過循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (CRC)來檢驗(yàn)，就在第二幀中發(fā)送其協(xié)作伙伴 N2 bit的信息；如果不能正確解 碼，

19、則發(fā)送自己N2 bit的信息。這樣每個(gè)移動(dòng)終端在兩個(gè)發(fā)送時(shí)隙總是傳送 N1+N2 bit的信息塊。最后目的節(jié)點(diǎn)解碼接收到的信息塊。與SDFJ式不同，編碼協(xié)作方式通過編碼設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)協(xié)作與非協(xié)作方式之間的自動(dòng)切換，無需直接 考慮源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)之間信道的傳輸特性。目前，已有多種信道編碼方式與協(xié)同通信相結(jié)合，例如卷積碼、Turbo碼、低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)等。在慢衰落條件下，即使移動(dòng)終端間的信道傳 輸特性非常差，編碼協(xié)作依然能夠顯著提高這兩個(gè)移動(dòng)終端的誤碼率性能，并 且如果協(xié)作雙方都能夠正確解碼的話，系統(tǒng)可以獲得滿分集增益；但是在快衰 落條件下，編碼協(xié)作會(huì)犧牲上行信道傳輸特性相對(duì)較好的終端的性能

20、。為了解 決這個(gè)問題，又提出了空時(shí)編碼協(xié)作的思想。1.2.4空時(shí)編碼協(xié)作方式將空時(shí)編碼思想應(yīng)用到編碼協(xié)作方式中即可得到空時(shí)編碼協(xié)作方式。它與一般編碼協(xié)作方式最大的不同是每個(gè)移動(dòng)終端可在 自己和其協(xié)作伙伴的多址信道上同時(shí)發(fā)送信息；而在一般編碼協(xié)作方式中，移 動(dòng)終端只能在自己的多址信道發(fā)送協(xié)作信息。很多學(xué)者先后給出了多種空時(shí)編 碼協(xié)作的實(shí)現(xiàn)方案，但思路基本是類似的。圖5對(duì)空時(shí)編碼協(xié)作、編碼協(xié)作以及不采用協(xié)同3種方案的信號(hào)處理方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單的比較。，圖5空時(shí)編碼帆作、編碼協(xié)作與無柳作方式信號(hào)處理比較圖5中，橫軸為時(shí)間軸，縱軸為頻率軸，采用 FDM能址方式。在STCC 與CC方式中，將原來不協(xié)同時(shí)所占

21、用的時(shí)間分為 2個(gè)時(shí)隙，分別對(duì)應(yīng)為階段1 和階段2。由圖5可見，在階段1兩者的工作方式完全相同，兩者的區(qū)別主要 在階段2。為了便于描述，不妨僅以用戶 2為例來說明STCC勺工作過程。STCC 方式下，在階段1,用戶1和用戶2分別使用信道1和信道2廣播發(fā)送源節(jié)點(diǎn) 信息給協(xié)作伙伴和目的節(jié)點(diǎn)。在階段 2,若用戶2對(duì)用戶1所傳信息解碼正 確，則他將在信道1和信道2上分別發(fā)送已譯碼的協(xié)作伙伴（用戶1）的信息和 自己的信息至目的節(jié)點(diǎn)；否則，他將占用所有兩個(gè)信道發(fā)送自己的數(shù)據(jù)，如圖 5示。換句話說，在階段2,若對(duì)協(xié)作伙伴的信息解碼成功的話，編碼協(xié)作方式 下，各用戶均只在自己的信道上發(fā)送同伴的信息；而空時(shí)編碼

22、協(xié)作方式下，各 用戶則是同時(shí)發(fā)送雙方的信息。研究表明，空時(shí)編碼協(xié)作方式在快衰落環(huán)境下 也可以獲得滿分集增益，并且不會(huì)犧牲信道質(zhì)量相對(duì)較好的移動(dòng)終端的性能。目前，已有多種空時(shí)編碼方案與協(xié)同通信技術(shù)相結(jié)合，如空時(shí)分組碼 （STBC）、空時(shí)網(wǎng)格碼（STTC）等。其中，STBCB由于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而受到關(guān)注。 1.2.5網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作方式將網(wǎng)絡(luò)編碼思想應(yīng)用到編碼協(xié)作方式中即得到網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作方式。網(wǎng)絡(luò)編碼指的是，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將接收到的信息進(jìn)行編碼后再轉(zhuǎn)發(fā)出去的多 點(diǎn)傳送技術(shù)。其核心思想是網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點(diǎn)不再是簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，而是將接 收信息進(jìn)行編碼后再發(fā)送，從而可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量和健壯性。網(wǎng)絡(luò)編碼概念的提出以及現(xiàn)在

23、大部分相關(guān)的工作都是基于有線網(wǎng)絡(luò)的，但無線信道的廣播 特性為網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用提供了有利條件，且無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的信息交互也完全 可以運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)編碼理論來實(shí)現(xiàn)。因此，網(wǎng)絡(luò)編碼和協(xié)同通信技術(shù)相結(jié)合可有效 提高無線通信系統(tǒng)的性能。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作方式的研究主要集中在中繼節(jié)點(diǎn)所采用的網(wǎng)絡(luò)編碼形 式及其基本通信方式領(lǐng)域。根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)上采用的網(wǎng)絡(luò)編碼形式可分為線性網(wǎng) 絡(luò)編碼和非線性網(wǎng)絡(luò)編碼兩大類。根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)所采用的基本通信方式主要有 固定中繼方式、機(jī)會(huì)中繼方式、互為中繼方式以及雙向中繼方式等幾種方式， 其信號(hào)處理流程如圖6所示。圖6(a)是固定中繼方式，中繼節(jié)點(diǎn) R作為用戶A和用戶B的固定中 繼，自身并無數(shù)據(jù)

24、傳輸，而只是對(duì)收到的用戶 A和用戶B的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編 碼；圖6(b)是互為中繼方式，即用戶協(xié)同通信方式，用戶 A和B互相作為對(duì)方 的協(xié)作伙伴，同時(shí)還需要傳送自身數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn) A和B在自身數(shù)據(jù)和協(xié)作伙伴的 數(shù)據(jù)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼；圖6(c)為機(jī)會(huì)中繼方式，si要發(fā)送數(shù)據(jù)到di, s2要 發(fā)送數(shù)據(jù)到d2,中繼節(jié)點(diǎn)R1并不是一直參與中繼傳送，只有當(dāng) si到di, s2 到d2的直達(dá)鏈路的數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)中繼節(jié)點(diǎn) Ri才參與協(xié)同通信，這時(shí) 在中繼節(jié)點(diǎn)R1處進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼；圖6(d)為雙向中繼方式，用戶 A和B相互通 信，中間有若干中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)雙方需要交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，來 提高系統(tǒng)的吞吐量。

25、圖7給出了幾種不同協(xié)作方式傳輸性能的比較。為了便于比較，圖中也 給出了不采用任何協(xié)同通信技術(shù)的非協(xié)同方式下系統(tǒng)的性能。由圖 7易知，協(xié) 同通信系統(tǒng)的傳輸性能確實(shí)要優(yōu)于非協(xié)同系統(tǒng)。實(shí)際上，上述幾種協(xié)作方式 中，CC NCGW STCC勺性能要優(yōu)于AF與DF方式，但是它們的算法復(fù)雜度高， 涉及到了各種編碼技術(shù)，使得中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)處理的時(shí)間增長(zhǎng)、時(shí)延較大，這不利于現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)。因此，綜合考慮多種因素，AF與DF兩種方式更實(shí)用一些。圖7 4 不同協(xié)作方式傳輸性 畿的比較1.3關(guān)鍵技術(shù)雖然協(xié)同通信技術(shù)的研究已取得很多成果，但仍有不少問題需要進(jìn)一步的探討和研究。目前，協(xié)同通信關(guān)鍵技術(shù)研究主要包括：(1)無線資源的管理。這主要涉及到功率分配與伙伴選擇等問題。協(xié)同 通信在研究之初，大都假設(shè)源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)之間等功率分配，這種方式雖然 簡(jiǎn)單，但顯然不是最優(yōu)的。功率分配問題一直是近年來的研究熱點(diǎn)，但現(xiàn)有文 獻(xiàn)提出的功率分配方案大都屬于集中式，如何