协作通信网络之中继合作技术概述

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1、协作通信网络之中继合作技术概述第1章绪论1.1研究背景、目的以及意义进入21世纪的现代社会，伴随着高性能计算机，日渐具有社交性质的互联网的普及，以及提供高速服务的下一代移动通信网络（4G)的快速发展，移动用户的需求已经从传统语音服务，转变到渴望提供高速数据业务服务，比如流媒体视频、视频、在线游戏、云服务等业务。由于移动用户需求的爆发式增长，必然会对移动通信的接入方式、网络架构和高速数据服务提出新一-轮的挑战，而其中一种挑战是如何保持高速数据流的传输问题。随着传输技术如多进多出(MIMO)''',正交频分复用(OFDM)等应用，以及Mesh技术广泛的应用等，不久的将来

2、，将会为移动用户提供多样且收费合理的高速无线业务服务套餐选择。在实际的移动通信网络环境中，会有很多干扰高速通信的方面。第一方面，通信频谱波段使用有限，在MT-2000和IMT-Advanced系统中，他们的频段基本上都是大于2GHz，有的频段会大于3.5GHz。目前广泛使用频段为2.3~2.4GHz和3.4?3.5GHz。第二方面，实现无线远距离的通信，需要无线信道环境，但是无线信道比有线信道具有严重的信道衰落特征，这样必然会对高速数据传输产生一定的影响。有些学者提出可以通过将单个通信小区的覆盖面积减少，然后增加通信区域覆盖的个数，这样可以在一定程度上缓解通信小区上通信资源复用的问题。但是

3、，这样的方法会对通信设备和大型基站等投资增大，无疑会增加前期投入的成本；另一方面，如果小区的距离不变，缩小每个小区覆盖面积，会缩减小区的可使用频带段，所以这种方法在实际应用不适合。第三方面，无线移动终端设备和其他通信设备比较，功率有限。因为能源供应有限，如果对通信小区的边缘，增加单个节点发射功率，会导致移动终端的能耗增加，并且会对其它节点链路和通信质量造成很大的干扰。虽然目前使用多天线技术的网络结构可以提高数据的速率，但这搜相关技术的缺点都是要有线连接方式链接各个用户，这会导致高的设备投入成本，而且受不同的地理位置的限制，因此，难以具体的实施。1.2国内外研究现状目前，协作分集已经广泛地应

4、用到无线传感器网络以及各种通信网络中，目的是为增加通信网络覆盖面积和高速数据传输。基于协作中继传输网络的相关研究，中继节点都假设自愿协作其它节点传输通信资源，具有无私特性。然后，在这种情况下中继节点都具有相同的目标：最大化整个通信系统的效率。但是在现实的通信系统中，中继节点都具有一定的自私性，以最大化自身利益为目的。因此，中继节点往往考虑自身利益，转发对自身有利的数据信号，过滤掉与自身无关的数据信号。如果中继节点转发其他节点的信号，不仅要占用自身有限的通信频率，而且会产生一定的资源成本。最坏的情况下，中继节点会选择占用全部的通信资源，只考虑自身节点的利益最大化，而拒绝和其他节点进行合作。但

5、是，中继节点期望能够通过与其他中继节点协作，转发通信数据，提高自身的高速传输速率。因此，在这种情况下，每个中继节点可认为是独立且理性的个体，并不是全部是自私性的。具有部分理性的中继节点需要面对以下的决策：是否与其他中继节点合作传输数据和在什么样的情况下进行合作等问题。因此，中继节点面临各种资源消耗和通信质量改善带来的收益问题的平衡，这些都需要节点本身的负载和自身可能取得的通信资源（比如带宽）。所以，基于协作通信网络的合作问题急需得到解决。相关的研究工作涉及：规划和分配有效的通信资源、建立相应的激励机制、鼓励中继节点积极地协作其他中继节点传输通信资源，从而最大限度的使用现有的稀缺通信资源。第

6、2章协作通信网络中继分析2.1协作通信网络的发展随着网际互联网络和第三代通信网络（3G)的普及，用户对通信和数据需求发生很大的转变：从传统的语音通信、短信消息发送，转变到在线视频点播、无线高速率数据传输、宽带无线国际网络接入和在线网络游戏等领域，移动运营商为此将在未来提供用户更多的增值应用数据服务。由于用户的数据服务需求变化和通信运营商提供服务业务多元化，对通信质量和高数据传输率提出新的挑战。例如，无论是在下一代的移动超宽带（UltraMobileBroadband,UMB)、长期演化(LongTermEvolution,LTE)、AX等无线通信系统，还是在未来的无线通信系统，都需要在无线

7、信道（5,10和20MHz)上得到很高的数据传输速率。要想达到260Mbps的数据值，对于MIMO用户而言必须要满秩。这就是要求通信用户在移动终端上安装多个天线装置。但是在实际通信系统中技术、移动设备的功耗、用户所在的通信环境都会影响高速率通信质量。因为MIMO系统有良好的信道容量和高效率的频谱利用效率，在相同的频谱和功率等开销情况下，比传统的通信系统可以获得更高的吞吐率和可靠性。因此，MIMO技术将成为下一代无线通信技