基于无线协作通信系统的增强覆盖技术研究

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  摘 要:移动通信在近年来得到了快速发展,随着市场发展,信号处理技术也在快速发展,并基于客户的需要及市场的需求,积极研发新一代通信技术。相比有线通信而言,无线通信的难点在于,在传输过程中障碍物的存在会对信号造成影响。而其中的某些因素则是会随着时间变化产生变化,如何解决各项因素对信号传输造成的影响,是技术研究工作人员需要关注的问题。本文就基于无线协作通信系統的增强覆盖技术研究作简要阐述。
  关键词:无线协作;通信系统;增强覆盖技术
  为了有效提升系统性能,将通信技术与其它技术相结合,或者是采用其它方式从而实现信号传输质量的提升。比如扩大覆盖范围,能够使得数据节点传输半径有效增大。也可以利用多节点协作传输,消除覆盖盲点。每一种方法都有其自身的特点,需要在应用的时候结合到实际情况的需要,并考虑到技术对各方面的要求,灵活选择。
  1 协作通信系统
  协作通信技术是对空间资源进行利用的一种手段,该系统中,参与通信的实体可以通过协作的方式实现对资源的共享,以此来达以资源效率提升的目的。当协调机制建立后。通过对方天线应用发出信号。构成虚拟天线阵列。而阵列建立则能够提升系统容量并且确保系统的频谱效率更高。系统性能能够在布网开销最小的状态下达到最优。具体来说其特点体现在。覆盖的范围扩大。应用此方式,能够实现多节点协作传输,单节点信号传输的半径能够增大。覆盖盲点得以消除,多节点协作传输方式形成,原本处于通信盲点节点能够形成视距传输,从而使得链路质量得以改善。系统性能得以提升,应用协调通信的方式能够实际通信工作在信号发射与接收时,以时空联合的方式进行,并且在此过程中获得利用与分集增益。并且协作通信技术与其它的技术相结合,系统性能与稳定性方面也能够得到一定提升,技术潜力非常大,市场前景非常广阔。
  2 协作分集技术
  2.1 分集方式
  分集技术作为一项基本的技术,其作用在于提升传输性能,对抗多路径衰落。常见的分集方式包括了空间,极化,时间,分频分集等。
  首先就空间分集技术而言,其利用的是电磁波场强会随空间变化而相应变化来实现的。多径传播的差异与空间距离是呈正比的。距离越大差异就越大。较典型的空间分集方式是接收或者发射端利用空间排列的多天线或者天线阵列来实现。如果天线之间间距足够大时,不同天线对之间衰落信道看作是互相独立的。空间分集又可以将其分为空间接收与发送分集。前者指的是将天线设置于空间不同垂直高度,同时接收同一个微波信号,信号由发射天线发出。之后选择其中较强的信号或者是合成。对于接收端天线的要求是距离需要大于半个波长。确保天线输出信号的不相关性。发射分集则是增加发射天线于发射端,可以进行空时码或者是重复编码。空间分集的情况包括多输入单输出与输出,单输入多输出等。一般情况下天线的数量越多,对性能提升的效果就越好。但是分集天线的数量需要保持在一个合理的水平。数量过多会对性能改善造成不利影响。空间分集能够实现分集增益。分集增益是指系统误码性能改善。空间分集与时间、频率分集成存有明显差异。空间分集不会对空间利用率造成损失。因此空间分集技术对于大量数据的高速传输有更大的优势。
  时间分集则是指将同一信号一定的时间间隔多次重复发送,从而实现分集效果。为确保已经改善的信息能经历不同的信道衰落,必须要对信息重复改善时间进行严格控制。移动通信中通常是利用差错控制编码来实现时间分集。与空间、分集技术相比较,时间分集的优点在于无需要增大发射功率,也不需要增加天线或者是相关设备。而不足之处则在于时隙资源会被占用,开销增大而传输工作的效率会被降低。为了有效的利用时间分集则必须要进行交织与时间编码。如果时延限制较为严格或者是相干时间大,时间分集就无法再利用。
  频率分集。该方式是利用两个或者是以上的频段发送与接收同一信息,并且需要确保频率间隔。载波间隔要满足要求,以此来保证频率传输的信号衰落是相对独立的。之后通过合并处理以此来实现相应功能。为确保不同频率的衰落统计互不相干,发射频度间隔通常是信道相干带宽的倍数。某些情况下,也可以将扩频技术划分到频率分集之中,该技术作为频率分集的一种形式,相比于空间分集,天线与设备数量在天线端能够明显的减少。但是其不足之处在于需要在不同频带进行信号发射会占用频带资源。发射端需要一定数量的发射机。工作效率降低的同时,成本也会增加。
  合并接收,分集技术利用频域,时域或者是空域,使接收端收到多个信号副本。而利用副本获得分集收益就必须要利用到合并技术。合并的方式多种多样,并且在性能与复杂程度方面也各不相同。一般情况下都是线性合并,合并输出是不同支路的加权和。对于多支路分集系统而言,在合并时需要使其相同。如果不相同,在合并后信号相加可能减弱也可能会增强。从而形成严重的信号衰落。合并技术可以将其分为选择合并,最大比合并,等增益合并等。
  2.2 中继协作通信模型
  中继协作通信模型可以将其分为三种,两跳多中继传输模型,三端传输模型,多跳传输模型。其中三端中继模型是最简单的一种模型。该模型中,系统性能会受到中继,端源,目的端信道衰落特影响,与协作协议也有密切关系。协作方式的选择侧通常是依据中继信道质量,所处的位置,以此达到系统性能提升与通信质量提升的目的。中继协作协议依据不同方式可以将其分为多个类别。
  2.3 中继协作分集协议
  依据不同的方式可以将分集协议分为不同的类别。依据信道拷入可以分为正交与非正交协作分集。依据对信号传输与处理方式的差异可以将其分为解码转发,放大轉发,编码协作等类型。非反馈型与反馈型中继协作则是依据目的端是否有反馈信息对源端指示,或者是时隙源端的数据解码是否正确等。
  3 空时编码技术
  为确保数据传输速率,可以通过增加带宽或者是发射功率来达到要求,这两种方式无论是对于大范围无线网络或者是局部无线网络都能够适用。而频谱作为一项宝贵的资源,达到提升传输效率的目的可以通过提升系统频谱的利用效率。正是依据这种思想,MIMO技术得到了研发。该技术是在发射与接收端通过多个天线应用进行信号收发工作,从而实现在带宽相同的情况下,提升系统容易与频谱的利用率,频谱利用率提升需要收发端处理难度较大的空间信号。并且随着相关技术的应用发展,,设备终端计算能力能够为工作开展提供相应保障。空时编码依据发射结构与解码方案的不同,可以将其分为不同的类别。   分层空时码,可以利用多根天线发射同一频率。并且可以在提供接收分集的基础上保持功率的恒定性。当发射天线的数量少于接收天线的时候。天线的数量与系统容量呈线性关系。
  空时网格码。与分层空时码在结构上存有类似特征。但是编码方案的复杂性要远远大于分层空时码。考虑到该特点,设计工作过程中,为了起到冗余作用就需要引入码字矩阵,同时对于检错性能也有一定的提升。当接收端信息一致时,两个码字矩阵能够实现欧式距离最大,在分集增益,编码,传输效率方面可以获得更好的结果。
  4 双向中继协作系统增强技术
  协作分集系统中,用户通过分享虚拟MIMO,从而提升系统性能或者增强通信覆盖的范围。而在蜂窝网络中。中继器的存在也可以消除盲区或者是死区。系统整体的容量得以提升,从而缓解由于远近效应造成的通信质量下降问题。边缘用户传输性能的可靠性得以提升。对于单向半双工系统而言,在已知目的端信道状态的情况下,可以通过分布式空时分组码或者是预编码技术获得分集增益。但是不足之处在于单向半双工中继无法同时接收或者是发送信息,相比于直接通信,会损失一半的系统容量。鉴于此双向中继技术得以被应用,该项技术是在两个源节点在两个时隙内。同时将信号发送至中继节点,中继节点在接收到信号之后又会将其发送到源节点。
  分布式级联空时块码,假设两个终端之间不存在直接通信,系统模型中,源节点装有单个天线。中继节则有两个天线。利用半双式协作方式,其传输的模式为,通信过程被分为两个阶段,并且可以继续将两个阶段分为两个时隙。假設源节点在第一阶段所发射的信号是独立并且等概率抽取的。在第一个阶段第一时隙。源节点将信号发送到中继节点,在第二个时隙继续将信号发送到中继节点。接收到的信号在第二个阶段,会通过某种编码的方式进行合并。并且在接下来的时隙中再次利用编码方式将信号发送到源节点。
  高斯信道误差估计对系统性能产生的影响。分布式级联空时块码在现实环境中效果不是特别的理想。因此可以考虑非理想情况下,分布式级联空时块码。在该种情况下,信道并非是理想或者是已知的。利用相同的方法得到信道状态信息。经过一系列的复杂计算,就可以实现对高斯信道误差估计下,瞬时信噪比的分析。
  5 无线协作技术在MTM系统中的性能影响
  无线蜂技术改变了人与人之间通信方式,在通信网络覆盖的情况下可以保持与任何人通话。而随着社会的发展,人们对于服务质量有了更高的要求。尤其是移动性方面。在MTM系统中,接收机与发射都是移动的,都配置了仰角天线。引入重叠MTM衰落信道,协作与分集技术的应用则可以改善传统的系统性能。
  结束语
  在信息化时代,人们对于数据传输有了更高的要求。在确保数据传输安全,快捷,大容量的同时,对于系统的性能也有较高的要求。为了更好的服务于社会发展,就需要不断的应用新的技术。本文就基于无线协作通信系统的增强覆盖技术研究作了简要的阐述,从而为实际工作开展提供一定参考。
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