西北工业大学明德学院本科毕业设计论文
分集技术已经被列入了无线标准。其中空间分集技术由于其无需占用额外的时间和频率资源的特性，而受到广泛关注，使用空间分集技术的MIMO系统的优点已经被广泛认识。
但是，从实际工程角度考虑，对于蜂窝通信系统上行信道而言，由于受到移动终端物理条件(如体积、功率开销、天线位置设置等)的限制，在一个无线移动终端上无法设置多根天线，因此无线通信的上行链路中不能实现发送分集，如何更好地将分集的强大优势和具体实现结合起来一直是一个值的研究的问题。
为了克服这一限制，Coverh和Gamal曾提出中继信道模型给出了由一个信源，一个中继，一个接收端的中继情况的信道容量。虽然协作分集的思想起源于中继信道，但是还是与其有很大的区别。中继信道中，中继节点只中继其信源节点的信号，并不发送自己的信号，但是在协作分集中每个用户既作为中继协作其伙伴用户进行通信，也发送自己的信号。而且传统的中继没有分集功能，而通过协作可以使单天线用户也获得分集增益。
Sendonaris等人受到中继信道的启发，首先提出了协作分集的概念，使具有单根天线的移动台获得空间分集增益，这分集增益是通过用户间的协作获得的。网内的每个用户都有一个“伙伴?’用户。每对用户协作通信，它们不仅发送自己的信息，还发送其“伙伴\用户的信息，通过共享天线来获得空间分集增益。这种用户间的协作不仅可以应用在蜂窝网络中还可以应用在无线对等网络中。
2.3.2 协作分集基本思想及协作通信
MIMO技术对日益增长的无线通信系统容量和系统可靠性提供了解决问题的新途径。但是现有的多天线技术多用于基站端，而对于移动终端，由于发射分集要求相邻天线之间的间距要大于电波波长并且多个收发天线之间的传输信道是独立的或至少是不相关的，移动终端对体积，质量和功耗的要求又非常苛刻，所以在移动终端很难安装多天线，因而，很难在移动终端实现上行的发射分集。考虑到现有的无线通信系统中是由多用户组成，因而一种新的在移动终端实现分集的思想随之产生——协作分集。其基本思想是：移动终端之间共享各自的天线，利用自己和小区内其他移动终端所构成的虚拟的多发射天线阵传输信息，从而获
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得空间分集增益的分集方式，有效消除无线信道多径和时变衰落的影响。协作分集还可以扩大系统容量，提高网络服务质量，改善系统性能。在一定的意义上讲，协作分集思想为MIMO技术走向实用提供了一条新的途径。
协作分集概念如图2-2所示，用户user1和user2为某两个单天线用户，它们通过协作，共享彼此天线，形成一个虚拟的两天线发射系统。
图2-2 协作通信的简单模型
从本质上说，协作分集就是借助于合作伙伴的天线，与其身天线共同构造多发射天线，通过形成虚拟的MIMO系统来获得空间分集增益。如果在某个时段用户没有信息要传送，那么在没有协作时其资源只能闲置，而协作分集则可以实现用户资源的充分利用。另外，在用户资源没有闲置时，用户既要传送自己的信息，又要传送其合作伙伴的信息，会牺牲一部分自己的资源，但另一方面，用户也通过协作分集利用了其合作伙伴的空域资源。只要合理地设计协作方案，完全可以做到协作分集带来的增益大于其所付出的代价。综合来讲，协作分集可以更有效地利用整个网络的资源，使网络性能更稳定。
协作通信是一种新的通信方式，通过引入中继信道，它在用户和基站之间产生了独立路径。中继信道可以认为是源和目的端之间直接信道的一种辅助信道。因为中继节点常常距源节点有几个波长的距离，所以中继信道与直接信道见的衰落独立，这就在源和目的端之间引入了一个满秩MIMO信道。在协作通信方案中，对于接收到由其他发射节点辐射出的有用能量节点会有一些先验的限制。新的用户协作范例是这样的：通过在节点上执行适当的信号处理算法，多终端能处
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理从其他节点侦听到的传输信号，并且通过彼此的中继信息进行协作。中继信息随后在目的节点进行组合以产生空间分集。这就产生了这样一个网络，它可以被认为是一个执行分布式多天线的系统，协作节点为彼此产生了不同信号路径。
目前，协作通信已经受到了国内外广泛的关注，许多相关课题已经或者正在展开，各种新的技术不断出现。在国际上，无线世界研究论坛（WWRF）已经成立了关于中继的分组委员会专门开展对此技术的研究，并发表了相关研究的白皮书。很多知名国际期刊、会议也单独列出了子方向对协作通信技术进行报道，世界上已有多所大学的实验室开展看这方面的研究。
今后协作通信还可用于异构融合的无线网络，形成一种全新的只能化的网络，这其中存在多用户、多网络之间的协作问题，问题的关键在于采用什么样的策略尽可能公平地对待所有的用户和网络，如何尽量减少系统开销，以及如何更灵活地去适应各类网络的接入协议等。这些相关的研究目前任然处在初级阶段，有很多的工作等待开展和讨论。
2.4 协作协议
图2-3描述了一个简单的中继信道，由源，中继和目的地构成。
图2-3 简化协作模型
根据中继端的广播信号的处理方式不同，协作分集又可分为固定性中继（Fixed Relaying）、选择性中继（Selection Relaying）、增强型中继（Incremental Relaying）、编码协作（Coded Cooperation , CC）、空时编码协作（Space-Time Coded
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Cooperation, STCC）等。
2.4.1 固定协作策略
首先介绍放大转发协议（AF协议）
图2-4 放大转发协议（AF）工作原理
在AF 协议中，中继节点直接放大并转发从源节点收到的信号，如图2-4所示。中继节点只是一个简单的转发器，它对输入的信号只进行线性处理。中继节点接收并放大源节点发送的带有噪声的信号，再将经放大后的带有噪声的信号重新发送给目的节点。而目的节点对相继从源节点和中继节点接收到的数据进行合并判决。尽管在AF 协议中，中继节点在放大信号的同时也放大了噪声，但是由于接收节点可以收到两个独立的衰落信号，所以能够得到比较好的判决结果。AF也被称作非再生中继协议，它本质上式一种模拟的信号处理方式。 其次介绍译码转发协议（DF）
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图2-5 译码转发协议（DF）工作原理
对于DF 协议来说，中继节点对接收到的信号进行完全解码，并将正确解码后的数据经过重新编码发送给目的节点，而在目的节点处采用的判决方式和AF 协议相类似，如图2-5所示。如果中继节点不能够正确解码源节点发送的数据，那么该中继节点将不会发送数据给目的节点。由于DF 协议要求中继节点将接收到源节点的数据进行完全解码，这对中继节点的数据处理能力带来了更大的要求。但是完全解码的好处是滤除了噪声信号，这样在转发数据的时候不会放大噪声。DF也被称为再生中继协议，其本质上式一种数字的信号处理方式。 2.4.2 自适应协作策略 首先介绍选择性中继：
由于DF的性能在很大程度上受制于用户间信道的传输特性，这样中继端R通过译码恢复出来的信号将会出现很多的差错，把这些已经出错的信号再转发到目的端D，就会对目的端D正确恢复原始信号产生副作用，为了改进固定型中继的缺点，人们提出来选择性中继的概念。
由于中继段R可以很容易获得用户间信道状况hSR,那么根据HSR的具体取值情况，对中继端R参与协作的时机进行选择。例如，如果|hSR|低于设定的门限值，中继端R就不参与协作。此时源端S向目的端D重复发送信号即可。反之，
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