移動通信網絡協作通信

時間：2022-10-05 18:06:56 通信工程畢業論文我要投稿

相關推薦

移動通信網絡協作通信

　　移動通信網絡協作通信

　　[摘要]本文就協作通信CoMP的相關問題進行了探討，然后詳細闡述了協作通信方式在移動通信中的應用。

　　[關鍵詞]移動通信網絡;協作通信;動態協作;QoS;基站

　　協作通信概述

　　協作通信技術利用網絡中閑置的天線資源作為信源的中繼(Relay)協助轉發信息，通過不同天線傳輸相同的數據達到空間分集的目的，以提高通信系統的可靠性，是繼MIMO(多輸入多輸出)多天線技術之后無線通信領域內又一前沿研究課題。

　　協作通信技術對通信節點的天線數目沒有要求，而是通過搜集網絡中的閑置天線，形成分布式虛擬天線陣列(Virtual MIMO)協作傳輸數據，因此具有實際應用價值。

　　研究表明，在網絡能量歸一化的情況下，協作通信系統的性能明顯優于直接傳輸的系統性能。

　　協作通信技術將成為未來移動通信和無線局域網的關鍵技術之一，也因為如此，它被 IEEE 802.16 等標準作為下一代無線通信系統的主要技術之一。

　　近年來，為了提高數據的傳輸速率、容量、QoS(服務質量)，蜂窩小區的覆蓋半徑不斷減小。

　　越來越多的微微小區導致基站數量迅猛增加，整個通信系統的部署成本、維護成本也大大增加。

　　一個行之有效的辦法就是將協作通信技術應用到移動通信系統中。

　　CoMP的相關問題探討

　　對于上行CoMP 而言，用戶終端(MS)所發送出去的上行信號可以有多個基站進行接收，而且用戶終端無需明確的了解所發送出去的信號在基站處的實際接收與處理過程，只需要知道與上行信號有著密切聯系的下行信令是怎么給提供出去的。

　　(一)CoMP 的類型

　　對于頻率復用因子等于1的多小區系統中，小區間干擾很難以消除，所以對于這類小區系統，小區吞吐量以及邊緣用戶吞吐量想要實現進一步的提高就非常困難。

　　CoMP 技術對小區間干擾的有效消除主要是通過基站之間必要信息的共享來實現的，這里可以根據基站之間是否共享了用戶的數據信息，將該技術分為兩大類，即聯合傳輸/處理以及協調調度/波束賦形。

　　1、聯合傳輸/處理方式

　　所謂聯合傳輸/處理方式，就是指協作工作的多個基站共同對用戶的數據執行預處理操作，以消除基站之間的干擾。

　　我們可以將協作工作的基站統稱為協作簇，它們之間不僅僅需要共享信道內的所有信息，同時還需要對用戶的數據信息實現共享。

　　也可以說，對于一個或者多個用戶而言，是由整個協作簇來服務的。

　　2、協作調度/波束賦形方式

　　所謂協作調度/波束賦形方式，就是指整個協作簇通過協作實現對系統資源的可靠有效分配，通過這些操作來盡量減少小區邊緣用戶對于資源時/頻上的相互沖突。

　　這種方式與上一種方式的區別就在于，它不需要協作簇內共享用戶的數據信息，只需要共享信道信息。

　　也可以說，對于一個用戶中斷而言，只有一個基站為其服務。

　　(二)CoMP協作簇的選擇方式

　　CoMP協作簇的選擇一共有三種不同的方式，即靜態協作、動態協作以及半動態協作。

　　靜態協作

　　所謂靜態協作，是指在固有準則的基礎之上，選擇固定的幾個基站進行協作。

　　通常情況下，都是選擇干擾較大的基站，這樣做最明顯的好處就是可以快速有效的消除外來強干擾。

　　靜態協作方式實現起來較為簡單，但該方式最大的缺點就在于對處于不同位置的用戶終端，不一定可以實現干擾的有效消除。

　　這是因為處于同一基站中的所有用戶終端，多對應的協作簇是一樣的，所以相互之間的公平性很難以保證。

　　此外，該方式下用戶終端是不可以移動的，因為一旦用戶終端移動，就會造成最強干擾源的移動。

　　總之，該方式的動態調節能力較差。

　　動態協作

　　是指主服務基站可以按照用戶終端所反饋回來的干擾源信號，來有選擇性的分配服務于該用戶終端的協作簇。

　　該方式最大的優勢在于對于處于同一基站中的不同用戶端而言，所對應的的協作簇可以不相同，所以這種設置可以最大程度的消除小區間干擾。

　　但該方式最大的缺點就是實現起來成本較高，而且較復雜。

　　半動態協作

　　所謂半動態協作，是說用戶終端可以動態的選擇進入協作的基站。

　　該方式的實現需要預先確定一個較大的協作集，用戶終端選擇在協作集中選擇基站，而且所選擇的基站的數目一定控制在協作集大小范圍之內。

　　這種方式是目前3GPP中討論較多的一種寫作方式，因為它相對于以上兩種協作方式而言，實現起來較為簡單，且適應性較強。

　　協作通信方式在移動通信中的應用

　　(一)協作通信在一般移動通信中的應用

　　在傳統的蜂窩通信系統中，為了提高 QoS，將小區再分裂成微微小區，在微微小區的中央部署基站，基站通過有線或者微波與核心相連。

　　在微微小區的通信范圍內，基站與多個移動臺相連。

　　通信之前，基站先通過控制信道分配資源并告知移動臺，移動臺通過其分配資源進行通信。

　　在蜂窩移動通信中應用協作通信時，在基站的覆蓋范圍內，基站與移動臺是直接相連的，直接通過基站進行通信。

　　在中繼站的覆蓋范圍內，移動臺的通信通過協作與其鄰近的基站構成一個典型的多跳鏈路來完成。

　　中繼站與基站的覆蓋范圍可以在不同程度上重疊。

　　這里值得注意的是，在協作通信中，不單單可以是中繼站來協助基站與移動臺之間的通信，基站間、中繼站間、移動臺間都可以相互協作來進行通信。

　　這取決于系統設計是偏重提高技術指標還是偏重控制協作所付出的成本。

　　將協作通信引入移動通信系統，基站與多個中繼站相連、中繼站點與多個移動臺相連，基站控制整個小區的資源分配，中繼站則通過一定的功能函數來控制具體的資源分布。

　　中繼站可以采取放大轉發模式(amplify and forward)，中繼站接收來自基站在特定頻率、特定時隙的消息，再隨后進行一個放大轉發。

　　這樣，中繼站能夠擴大基站的覆蓋范圍。

　　中繼站也可以采取解碼轉發模式 (decode and for-ward)，在這種模式下，中繼站先解碼基站發送的消息，然后再重新進行一個調制或者糾錯編碼等，將信息轉發出去。

　　這樣，中繼站能夠提高系統的QoS。

　　中繼站也可以采取壓縮轉發模式(compress andforward)，中繼站將接收到的消息，進行壓縮量化，將量化的消息進行轉發，在這種模式下，協作通信能提高系統的速率。

　　(二)協作通信在應急移動通信中的應用

　　協作通信能夠提高網絡的健壯性，并且在基站癱瘓的情況下也能進行部分通信。

　　在應急通信中，當某個小區的基站因故障宕機后，其覆蓋范圍內的 MS就不能進行通信，而如果部署了協作通信系統，當基站因故障宕機時，小區內的用戶相互通信可以通過 RS，這個時候 RS 就相當于一個功能進行精簡了的基站，當小區內的用戶要與小區外的用戶進行通信時，可以通過多跳 RS進行通信，或者通過多跳的 RS 與基站進行通信。

　　但這種通信的容量比較有限，只能通過優先級進行控制，保證優先級高的通信，對于優先級比較低的，只能丟棄。

　　像地震這樣的特殊情況，當基站大面積因故障而壞掉時，可以通過 RS 來保證與災區能夠進行重要的通信。

　　采用協作通信的系統，能夠保證外界與災區一定容量、一定質量的通信，能夠在抗震救災的初期獲得重要的信息，保證重要信息的暢通。

　　在一種理想的情況下，可以讓普通的移動終端充當RS的角色，這樣就形成了一個無線自組織網絡(Ad hoc 網絡)。

　　在這種情況下，系統可以不需要特定的RS，通過鄰近可用的MS進行多跳的通信。

　　結語

　　綜上，協作式多點傳輸技術是 LTE-Advanced 系統的關鍵技術，通過該技術可以有效的降低小區間干擾，實現小區通信性能的進一步提升。

　　將協作通信技術寫入下一代移動通信標準中，將是一個長期而艱巨的課題，其中還有許多難題需要解決，這也是當今學術界和工業界為數不多的幾個研究熱點之一。

　　參考文獻

　　[1] 彭木根，等，編.TD-SCDMA 移動通信系統[M].北京：機械工業出版社，2009.7.

　　[2] 趙紹剛，李岳夢.移動通信網絡中的協作通信[J].電信快報，2005.5.[3]王映民，等編著.TD-LTE 技術原理與系統設計[M].北京：人民郵電出版社，2010.6.

【移動通信網絡協作通信】相關文章：