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B3G4G中的协作通信及其在认知无线电中

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来源: 作者: 2018-10-28 12:16:18

B3G/4G 中的协作通信及其在认知无线电中的应用

导读:

B3G/4G 无线移动通信快速的发展面临着新的技术挑战。 介绍了协作通信技术的基本概念,并对协作通信在认知无线电中的应用进行了讨论和分析

0、引言  目前,随着无线移动通信技术的快速发展,各种新技术层出不穷。 回顾移动通信发展过程,第一代移动通信系统由于提出了蜂窝小区结构、终端移动管理、漫游与切换等技术,实现了在移动中通信;第二代移动通信系统开始使用数字通信技术,基于数字信号处理技术和专用芯片,实现了设备的小型化和大量用户接入,使移动通信迅速普及;第三代移动通信充分应用自适应技术实现宽带高速的要求,调制自适应、编码自适应、信道自适应、接入自适应、业务自适应等,实现了传输链路和通信系统的高效率。   在 B3G/4G 移动通信中,若要实现更高宽带和更高速率,就必须利用一切可能的资源:频率、时间、编码、功率、空间等。 其中,空间资源还没有有效利用,是 4G 可能开发利用的新天地。 充分利用空间地理分布下的分布技术和系统, 将可能成为未来无线移动通信的重要技术特征。 近年发展起来的 MIMO 技术、协作通信(cooperative communications ,CC)技术、认知无线电(cognitiveradio)技 术 等,在资源的充分调度和利用 、处理能力的综合与提高、传输能力性能的改善等方面十分有效和突出,是新兴的无线移动通信技术[1]。  MIMO 系统可以提供发射分集增益, 因此该技术得到愈来愈广泛的关注。 在蜂窝移动通信系统基站中,使用该技术可以获得发射分集增益,但由于受系统设备尺寸、硬件复杂度和成本等限制,移动台一般仅有单根天线。 为此,我们提出了协作通信技术, 该技术可以使具有单根天线的移动台获得类似 MIMO 系统的增益。 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一定方式共享彼此天线,从而产生虚拟MIMO 系统,获得发射分集增益[2]。   在 B3G/ 4G 无线通信的上行传输系统中,协作通信技术可以克服移动终端的尺寸和成本限制,利用小区内分散的用户天线协作传输相同的信息, 获得与多天线技术相似的空间分集效果,因而备受关注[3]。认知无线电能够灵敏地感知周围环境的变化,通过频谱感知功能发现频谱空隙,使认知无线电能与周围通信环境相适应[4]。 由于授权用户络没有义务改变它的结构来与认知无线电络共享频谱,因此,认知无线电只能独立地通过连续的频谱感知对授权用户进行探测。 所以, 频谱感知是认知无线电的一项核心功能。协作通信有很大的潜力被认知无线电络所采用, 并且已经被应用于提高认知无线电络频谱感知的可靠性能[5] [6]。 认知无线电用户可以彼此中继收到的主要信号, 从而更加可靠的感知本地的主要活动。 协作通信也可以被应用于认知无线电用户的数据传输,这也许会面对认知无线电环境的新的挑战。 在本文中我们对协作通信在认知无线电中的应用进行初步讨论和分析。  1、协作通信  图 1 是两个移动台与同一基站的通信, 移动台分别称为用户 1 和用户 2,基站称为 BS。 每个移动台只有单根天线,因此各自无法产生空间分集。 但是,如果某个移动台可以接收其他移动台数据,并将得到的数据以某种形式随自身数据一起发送,而来自两个移动台的衰落路径可以统计独立, 这样便可以产生空间分集。 在移动蜂窝络的协作通信中,通过协作可以明显改善比特差错率、块差错率甚至中断概率等用户业务质量问题。 在协作通信系统中,每个用户既要发送自己的数据,同时也要作为其他用户的协作代理(见图 1)。 图1.两个用户的协作通信

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