移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信分析
在基站的覆蓋范圍內(nèi)，基站與移動(dòng)臺(tái)是直接相連的，直接通過(guò)基站進(jìn)行通信，下面是小編搜集整理的一篇探究移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信的論文范文，供大家閱讀參考。
[摘 要]本文就協(xié)作通信CoMP的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討，然后詳細(xì)闡述了協(xié)作通信方式在移動(dòng)通信中的應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò);協(xié)作通信;動(dòng)態(tài)協(xié)作;QoS;基站
協(xié)作通信概述
協(xié)作通信技術(shù)利用網(wǎng)絡(luò)中閑置的天線資源作為信源的中繼(Relay)協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)信息， 通過(guò)不同天線傳輸相同的數(shù)據(jù)達(dá)到空間分集的目的，以提高通信系統(tǒng)的可靠性，是繼MIMO(多輸入多輸出)多天線技術(shù)之后無(wú)線通信領(lǐng)域內(nèi)又一前沿研究課題。協(xié)作通信技術(shù)對(duì)通信節(jié)點(diǎn)的天線數(shù)目沒(méi)有要求，而是通過(guò)搜集網(wǎng)絡(luò)中的閑置天線，形成分布式虛擬天線陣列(Virtual MIMO)協(xié)作傳輸數(shù)據(jù)，因此具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。研究表明，在網(wǎng)絡(luò)能量歸一化的情況下，協(xié)作通信系統(tǒng)的性能明顯優(yōu)于直接傳輸?shù)南到y(tǒng)性能。協(xié)作通信技術(shù)將成為未來(lái)移動(dòng)通信和無(wú)線局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也因?yàn)槿绱�，它�?IEEE 802.16 等標(biāo)準(zhǔn)作為下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的主要技術(shù)之一。
近年來(lái)，為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速率、容量、QoS(服務(wù)質(zhì)量)，蜂窩小區(qū)的覆蓋半徑不斷減小。越來(lái)越多的微微小區(qū)導(dǎo)致基站數(shù)量迅猛增加，整個(gè)通信系統(tǒng)的部署成本、維護(hù)成本也大大增加。一個(gè)行之有效的辦法就是將協(xié)作通信技術(shù)應(yīng)用到移動(dòng)通信系統(tǒng)中。
CoMP的相關(guān)問(wèn)題探討
對(duì)于上行CoMP 而言，用戶終端(MS)所發(fā)送出去的上行信號(hào)可以有多個(gè)基站進(jìn)行接收，而且用戶終端無(wú)需明確的了解所發(fā)送出去的信號(hào)在基站處的實(shí)際接收與處理過(guò)程，只需要知道與上行信號(hào)有著密切聯(lián)系的下行信令是怎么給提供出去的。
(一)CoMP 的類型
對(duì)于頻率復(fù)用因子等于1的多小區(qū)系統(tǒng)中，小區(qū)間干擾很難以消除，所以對(duì)于這類小區(qū)系統(tǒng)，小區(qū)吞吐量以及邊緣用戶吞吐量想要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的提高就非常困難。CoMP 技術(shù)對(duì)小區(qū)間干擾的有效消除主要是通過(guò)基站之間必要信息的共享來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這里可以根據(jù)基站之間是否共享了用戶的數(shù)據(jù)信息，將該技術(shù)分為兩大類，即聯(lián)合傳輸/處理以及協(xié)調(diào)調(diào)度/波束賦形。
1、聯(lián)合傳輸/處理方式
所謂聯(lián)合傳輸/處理方式， 就是指協(xié)作工作的多個(gè)基站共同對(duì)用戶的數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)處理操作，以消除基站之間的干擾。我們可以將協(xié)作工作的基站統(tǒng)稱為協(xié)作簇，它們之間不僅僅需要共享信道內(nèi)的所有信息，同時(shí)還需要對(duì)用戶的數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)共享。也可以說(shuō)，對(duì)于一個(gè)或者多個(gè)用戶而言，是由整個(gè)協(xié)作簇來(lái)服務(wù)的。
2、協(xié)作調(diào)度/波束賦形方式
所謂協(xié)作調(diào)度/波束賦形方式，就是指整個(gè)協(xié)作簇通過(guò)協(xié)作實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)資源的可靠有效分配，通過(guò)這些操作來(lái)盡量減少小區(qū)邊緣用戶對(duì)于資源時(shí)/頻上的相互沖突。這種方式與上一種方式的區(qū)別就在于，它不需要協(xié)作簇內(nèi)共享用戶的數(shù)據(jù)信息，只需要共享信道信息。也可以說(shuō)，對(duì)于一個(gè)用戶中斷而言，只有一個(gè)基站為其服務(wù)。
(二)CoMP協(xié)作簇的選擇方式
CoMP協(xié)作簇的選擇一共有三種不同的方式 ，即靜態(tài)協(xié)作 、動(dòng)態(tài)協(xié)作以及半動(dòng)態(tài)協(xié)作。
靜態(tài)協(xié)作
所謂靜態(tài)協(xié)作，是指在固有準(zhǔn)則的基礎(chǔ)之上，選擇固定的幾個(gè)基站進(jìn)行協(xié)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(lái)強(qiáng)干擾。靜態(tài)協(xié)作方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為簡(jiǎn)單，但該方式最大的缺點(diǎn)就在于對(duì)處于不同位置的用戶終端，不一定可以實(shí)現(xiàn)干擾的有效消除。這是因?yàn)樘幱谕换局械乃杏脩艚K端，多對(duì)應(yīng)的協(xié)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(dòng)的，因?yàn)橐坏┯脩艚K端移動(dòng)，就會(huì)造成最強(qiáng)干擾源的移動(dòng)。總之，該方式的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力較差。
動(dòng)態(tài)協(xié)作
是指主服務(wù)基站可以按照用戶終端所反饋回來(lái)的干擾源信號(hào)，來(lái)有選擇性的分配服務(wù)于該用戶終端的協(xié)作簇。該方式最大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)于處于同一基站中的不同用戶端而言，所對(duì)應(yīng)的的協(xié)作簇可以不相同，所以這種設(shè)置可以最大程度的消除小區(qū)間干擾。但該方式最大的缺點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)起來(lái)成本較高，而且較復(fù)雜。
半動(dòng)態(tài)協(xié)作
所謂半動(dòng)態(tài)協(xié)作，是說(shuō)用戶終端可以動(dòng)態(tài)的選擇進(jìn)入?yún)f(xié)作的基站。該方式的實(shí)現(xiàn)需要預(yù)先確定一個(gè)較大的協(xié)作集，用戶終端選擇在協(xié)作集中選擇基站，而且所選擇的基站的數(shù)目一定控制在協(xié)作集大小范圍之內(nèi)。這種方式是目前3GPP中討論較多的一種寫作方式，因?yàn)樗鄬?duì)于以上兩種協(xié)作方式而言，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為簡(jiǎn)單，且適應(yīng)性較強(qiáng)。
協(xié)作通信方式在移動(dòng)通信中的應(yīng)用
(一)協(xié)作通信在一般移動(dòng)通信中的應(yīng)用
在傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)中，為了提高 QoS，將小區(qū)再分裂成微微小區(qū)，在微微小區(qū)的中央部署基站，基站通過(guò)有線或者微波與核心相連。在微微小區(qū)的通信范圍內(nèi)，基站與多個(gè)移動(dòng)臺(tái)相連。通信之前，基站先通過(guò)控制信道分配資源并告知移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)通過(guò)其分配資源進(jìn)行通信。
在蜂窩移動(dòng)通信中應(yīng)用協(xié)作通信時(shí)，在基站的覆蓋范圍內(nèi)，基站與移動(dòng)臺(tái)是直接相連的，直接通過(guò)基站進(jìn)行通信。在中繼站的覆蓋范圍內(nèi)，移動(dòng)臺(tái)的通信通過(guò)協(xié)作與其鄰近的基站構(gòu)成一個(gè)典型的多跳鏈路來(lái)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(xié)作通信中，不單單可以是中繼站來(lái)協(xié)助基站與移動(dòng)臺(tái)之間的通信，基站間、中繼站間、移動(dòng)臺(tái)間都可以相互協(xié)作來(lái)進(jìn)行通信。這取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)是偏重提高技術(shù)指標(biāo)還是偏重控制協(xié)作所付出的成本。
將協(xié)作通信引入移動(dòng)通信系統(tǒng)，基站與多個(gè)中繼站相連、中繼站點(diǎn)與多個(gè)移動(dòng)臺(tái)相連，基站控制整個(gè)小區(qū)的資源分配，中繼站則通過(guò)一定的功能函數(shù)來(lái)控制具體的資源分布。中繼站可以采取放大轉(zhuǎn)發(fā)模式(amplify and forward)，中繼站接收來(lái)自基站在特定頻率、特定時(shí)隙的消息，再隨后進(jìn)行一個(gè)放大轉(zhuǎn)發(fā)。這樣，中繼站能夠擴(kuò)大基站的覆蓋范圍。 中繼站也可以采取解碼轉(zhuǎn)發(fā)模式 (decode and for-ward)，在這種模式下， 中繼站先解碼基站發(fā)送的消息，然后再重新進(jìn)行一個(gè)調(diào)制或者糾錯(cuò)編碼等，將信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。這樣，中繼站能夠提高系統(tǒng)的QoS。中繼站也可以采取壓縮轉(zhuǎn)發(fā)模式(compress andforward)，中繼站將接收到的消息，進(jìn)行壓縮量化，將量化的消息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，在這種模式下，協(xié)作通信能提高系統(tǒng)的速率。
(二)協(xié)作通信在應(yīng)急移動(dòng)通信中的應(yīng)用
協(xié)作通信能夠提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性，并且在基站癱瘓的情況下也能進(jìn)行部分通信。
在應(yīng)急通信中，當(dāng)某個(gè)小區(qū)的基站因故障宕機(jī)后，其覆蓋范圍內(nèi)的 MS就不能進(jìn)行通信，而如果部署了協(xié)作通信系統(tǒng)，當(dāng)基站因故障宕機(jī)時(shí)，小區(qū)內(nèi)的用戶相互通信可以通過(guò) RS， 這個(gè)時(shí)候 RS 就相當(dāng)于一個(gè)功能進(jìn)行精簡(jiǎn)了的基站， 當(dāng)小區(qū)內(nèi)的用戶要與小區(qū)外的用戶進(jìn)行通信時(shí)，可以通過(guò)多跳 RS進(jìn)行通信，或者通過(guò)多跳的 RS 與基站進(jìn)行通信。但這種通信的容量比較有限，只能通過(guò)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行控制，保證優(yōu)先級(jí)高的通信，對(duì)于優(yōu)先級(jí)比較低的，只能丟棄。
像地震這樣的特殊情況，當(dāng)基站大面積因故障而壞掉時(shí)，可以通過(guò) RS 來(lái)保證與災(zāi)區(qū)能夠進(jìn)行重要的通信。采用協(xié)作通信的系統(tǒng)，能夠保證外界與災(zāi)區(qū)一定容量、一定質(zhì)量的通信，能夠在抗震救災(zāi)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(dòng)終端充當(dāng)RS的角色，這樣就形成了一個(gè)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad hoc 網(wǎng)絡(luò))。在這種情況下，系統(tǒng)可以不需要特定的RS，通過(guò)鄰近可用的MS進(jìn)行多跳的通信。
結(jié)語(yǔ)
綜上，協(xié)作式多點(diǎn)傳輸技術(shù)是 LTE-Advanced 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)可以有效的降低小區(qū)間干擾，實(shí)現(xiàn)小區(qū)通信性能的進(jìn)一步提升。將協(xié)作通信技術(shù)寫入下一代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中，將是一個(gè)長(zhǎng)期而艱巨的課題，其中還有許多難題需要解決，這也是當(dāng)今學(xué)術(shù)界和工業(yè)界為數(shù)不多的幾個(gè)研究熱點(diǎn)之一。
參考文獻(xiàn)
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