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《预编码技术在协同中继系统中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、预编码技术在协同中继系统中的应用1引言市场需求的不断提高,促使无线通信系统在近几十年中得到了迅猛的发展。目前的无线通信系统虽然能够提供各种基础业务,例如语音、数据通信和低速无线互联网接入等,却没有能力很好地满足更高速率多媒体新业务的需求。为了更好地满足这些日益增长的需求,迫切需要研究设计能提供更高数据速率、更高频谱效率和无缝覆盖的未来宽带无线通信系统。国际电联(ITU)对未来移动通信系统(IMT-Advanced)提出了更为长期的目标与展望,即在固定和低速移动的热点覆盖场景下,在100MHz的带宽内提供高
2、达1Gbit/s的传输速率,在高速移动的广域覆盖场景下提供不低于100Mbit/s的传输速率,相应的频谱效率应能达到5~20bit/(s·Hz)[1]。但是,恶劣的无线传输环境对这些高性能需求的实现提出了巨大的挑战。于是,为了提高未来宽带无线通信系统的频谱效率,并改善链路可靠性,近些年来涌现出各种新技术,例如先进的信道编码技术和调制技术、基于多天线的多入多出(MIMO)的空时处理技术等。先进的编码和调制技术是逼近单个系统潜在信道容量的有效手段之一,而多天线技术的引入则能进一步显著提高单个系统具有的信道容量
3、,因而更具有发展潜力。然而,由于受移动便携式终端体积和其他实现因素的制约,使得在终端上难以配置较多的天线单元,从而在相当大程度上制约了MIMO技术的广泛应用。另一方面,采用协同中继机制的新型无线通信技术,即“协同通信”,提供了一种利用空间资源的新手段[2]。在协同通信系统中,多个参与通信的实体之间通过协作的方式共享有限资源以提高无线资源的利用率。多个单天线终端采用协同机制建立通信后,可相互使用对方的天线发射各自的信号,从而形成“虚拟天线阵列”,如此构成的等效MIMO系统同样具有较高的系统容量和频谱效率[3
4、]。但是,目前已有的各种协同中继协议,其所能实现的频谱效率远低于协同中继系统具有的潜在最大容量。假设在发射端已知完整或者部分信道状态信息,利用空时预编码技术是提高频谱效率的有效手段之一[4]。该技术已经被3GLTE系统采纳并作为其关键技术之一[5]。目前,与预编码相关的MIMO技术的研究重点主要在传统集中式网络。而另一方面,协同中继系统的“虚拟天线阵列”与传统MIMO系统的多天线阵列存在着某种相似性,所以将预编码等链路自适应技术应用到协同中继系统中具有良好的可行性。但是,这方面的研究才刚刚起步,远未成熟,
5、很多方向期待有新的突破。与传统集中式网络中的MIMO系统相比,协同中继系统中的预编码技术会面临更大的困难和挑战。2协同通信“协同”(cooperate)这个词语来源于拉丁文“co-”和“operare”的组合,直译为“一起工作(workingtogether)”。协同的概念最早来自对生物界现象的观察,例如关于吸血蝙蝠行为的研究等,用以描述通过给予、共享或者容许以获得好处的行为,此后被引入社会学、经济学和其他自然科学领域中。近年来在无线通信领域内,随着网络拓扑结构的发展由完全集中式逐渐转变为分布式与集中式相
6、结合,各种协同技术在无线通信系统中的应用与研究也日益广泛。对协同中继系统的研究最早可以追溯到40年前。首先,VanDerMeulen在1968年提出三终端中继信道并初步推导了该信道容量的上下极限(即容量的上下界)。随后,Cover对VanDerMeulen的研究进行了拓展,做出了不少标志性的贡献,其中很多成果迄今仍在广泛使用。但是,到了20世纪80年代,有关协同中继系统的研究逐渐减少,直到21世纪初才再次引起研究者的广泛关注。根据协同中继节点对接收到信号处理方式的不同,Laneman提出并分析了协同中继系
7、统的4种常用协议:放大转发(AF)、解码转发(DF)、选择性中继和增量中继(IR)。Hunter在此基础上进一步提出了编码协同(CC)协议,其本质上是解码转发的一种特例,并可与分布式空时编码(DSTC)结合起来使用。同时,Sendonaris系统地提出并定义了“用户协同分集”的概念,给出了两用户互为协同中继节点的系统模型及其性能分析。在上述研究的基础上,近年来出现了大量的针对协同中继系统空中接口的研究,考虑到射频器件实现难度和成本等因素,大多数研究集中于实用性较好的半双工协同中继系统。所谓半双工协同中继系
8、统,是指该系统的协同中继节点在相互正交的某种资源(时间或频率等)上接收和发送信号。具体的研究主要集中在以下几个方面:分布式空时编码设计[6]、协同中继节点选择[7]、协同中继系统的功率分配[8]和协同中继系统中的跨层优化[9]等。从已有的研究成果中可以看到,相对于无中继的直接传输方式,引入协同中继节点的半双工协同中继系统在改善传输可靠性的同时,也付出了相应的代价,例如中继节点进行转发时需要占用部分时间或频率资源,从而导致了系统
