基于协同通信的无线网络技术

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1、无线网络技术作为信息技术重要的组成部分，孕育着新的重大突破机遇，正加速向多网共存和业务融合方向发展。在传统信息理论指导下，蜂窝移动通信网、广播网、移动互联网、无线局域网和无线传感网等各类无线网络技术迅速发展，形成了多网共存的“通信战国时代”。但这些网络为了追求自身利益最大化，片面强调各自的全面覆盖和独立发展，导致网络重复建设、资源浪费、环境污染和电磁环境恶化，投入产出能效比持续下降。随着多模智能通信终端的日益普及，用户对于多种无线网络、业务类型和服务质量的选择更具自主性、多样性和互动性，这表明以用户

2、需求为核心的“个性化服务时代”的到来。如何在“通信战国时代”实现多网协同覆盖，提高多网下的整体能效比，优化用户跨网服务体验，是需要解决的迫在眉睫的问题。文章分别分析了异构的无线网络和同构的广域与局域同覆盖的无线网络场景，研究基于协同覆盖的绿色网络技术。1协同覆盖协同通信是指根据用户与用户、用户与站点之间的无线信道特性、用户功率限制以及用户服务需求等，借助邻近站点或用户进行中继、协同与分集，实现可靠传输的技术。其原理如图1所示。图1中用户数据X经中继信道和直接信道发送到接收端，接收端收到合成信号Y。协

3、同通信原理略有别于协同通信，协同覆盖是指在同一区域同时存在着的多个网络之间，通过基站(或接入点。本文后续部分将不区分基站与接入点，统一称为基站)之间的相互协同，共同对被覆盖区域内的各种无线用户进行服务。图2显示了异构网络协同覆盖的一种情形：蜂窝移动通信网络的基站与Wi-Fi、无线局域网(WLAN)等具有热点覆盖能力的短距离无线网络的基站之间，通过无线连接的方式进行信令交互，实现网络间的互相协同。图3显示了同构的蜂窝网络的广域与局域网络之间，通过有线连接的方式进行信令交互，实现协同覆盖。两图中的虚线均

4、表示有线连接。异构网络协同覆盖的一种情形同构的蜂窝网络的广域与局域网络1.1异构网络的协同覆盖为满足不断增长的用户需求，各种无线网络被大量建设。常见的无线网络有蜂窝移动通信网、WLAN、Wi-Fi、无线传感网等，这些网络在给用户带来便利的同时也带来一些问题。如何充分利用这些已经存在的各种异构的无线网络，使终端能够自由接入异构的无线网络以获得服务，实现异构无线通信网络的互联互通，并在保证一定的服务质量(QoS)的同时，节省网络总体的能量消耗，是当前的研究重点。异构无线网络协同技术的研究热点主要包括联合

5、无线资源管理、异构移动性管理、安全性保证、中继节点功率分配等。联合无线资源管理能保证异构网络中无线资源的高效利用与协调使用，是提高频谱资源利用率和实现协同覆盖的有效手段，目前已成为新一代异构无线网络(如4G/B3G)中的关键技术。联合无线资源管理主要包括垂直切换、速率分配和联合接纳控制等功能。例如，一个多模终端同时支持宽带码分多址(WCDMA)和Wi-Fi，当从室外进入Wi-Fi信号覆盖较好的室内时通过联合无线资源管理，终端将切换到Wi-Fi网络。这样的网络既补充了宏蜂窝在室内的覆盖，另一方面也分流

6、了宏蜂窝网络的负载。从移动运营商的角度，异构网协同的方案应该倾向于以现有的蜂窝网为主体，无线个域网、无线局域网、无线传感器网等短距离无线接入网作为补充部分，通过蜂窝网对整个通信系统进行集中的控制和管理，以实现异构无线网络的互联互通。这种方案能够充分保护现有蜂窝无线通信系统的既有投资，有效地提高网络性能，同时简化未来蜂窝移动网络的网络设计，而且不会影响移动运营商当前的市场地位。1.2同构广域与局域网络的协同覆盖无线蜂窝网中，广域和局域覆盖有着不同的功能，共同实现整个目标服务区域的无缝覆盖。局域覆盖的出

7、现是无线网络蓬勃发展的结果。网络早期的铺设，重心在于解决室外覆盖存在的问题。随着多年来网络规划、优化能力的提高，室外覆盖中容易出现的问题都已基本解决，而室内覆盖的问题越来越突出。当前实现室内覆盖的方法为：由室外宏蜂窝同时提供覆盖区域内的室内覆盖，在话务量集中的地方，设置室内微蜂窝，同时解决覆盖和容量问题。微蜂窝有很多特点，如覆盖半径小、发射功率较小、基站天线置于相对低的地方等，而且微蜂窝信号传播主要沿着视线进行，衰减小，此外微蜂窝组网也比较简单。正是由于微蜂窝有着这些特点，为了满足用户需求，运营商建

8、设了大量的微蜂窝基站，带来了大量的电量消耗，造成大量的温室气体CO2的排放。因此研究广域、局域网络协同覆盖技术，具有重要的价值。1.3协同覆盖绿色技术基于以上介绍可以知道，当前中国通信行业多网共存的局面已经形成。而通信行业的能耗巨大，也已经引起各方面的重视[8]，是当前亟待解决的一个问题。绿色通信是当前研究的一个热点。当前无线通信网重复建设带来的资源浪费、环境污染和电磁环境恶化等问题，都需要绿色通信技术予以解决。注意到当前各种基站的固定能耗较大(能耗基本占基站满负荷运