協(xié)同通信
——提升無線通信系統(tǒng)性能的倍增器

王海濤，張禎松，朱震宇

（解放軍理工大學信息管理中心，南京 210007）

技術(shù)研究

協(xié)同通信
——提升無線通信系統(tǒng)性能的倍增器

王海濤，張禎松，朱震宇

（解放軍理工大學信息管理中心，南京 210007）

協(xié)同通信融合了分集技術(shù)與中繼傳輸技術(shù)的優(yōu)勢，可以獲得多天線與多跳傳輸增益，顯著改善無線通信系統(tǒng)的性能。首先，闡述協(xié)同通信的歷史背景、基本概念、操作方式和工作原理、并對有待解決的鍵技術(shù)問題進行了分析。然后，著重說明了協(xié)同通信和認知無線電技術(shù)的結(jié)合，并探討了協(xié)同通信技術(shù)可能的應用。

協(xié)同通信；協(xié)同中繼；MIMO；認知無線電；異構(gòu)網(wǎng)絡

1 引言

未來無線通信系統(tǒng)將朝寬帶化、異構(gòu)化、自組織化、移動化、全IP化及個性化等方向發(fā)展。為了滿足下一代寬帶移動通信標準（IMT-Advanced）的高傳輸速率和高頻帶時寬覆蓋范圍的需求，業(yè)界將協(xié)同通信技術(shù)視為未來移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵特征之一。協(xié)同通信技術(shù)融合了分集技術(shù)與中繼傳輸技術(shù)的優(yōu)勢，可在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡中實現(xiàn)并獲得多天線與多跳傳輸?shù)男阅茉鲆?。協(xié)同通信目前在無線通信系統(tǒng)得到了廣泛研究，包括協(xié)同MIMO、多用戶協(xié)同中繼、協(xié)同無線資源分配、基于協(xié)同機理的異構(gòu)無線網(wǎng)絡融合等。

當前，協(xié)同通信和無線Mesh網(wǎng)絡、泛在無線網(wǎng)絡及認知無線電一道構(gòu)成IMT-Advanced（國際移動通信的高級發(fā)展階段）的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。協(xié)同通信從互利協(xié)作的角度出發(fā)將無線信道、無線網(wǎng)絡和無線應用等不同的協(xié)議層技術(shù)緊密結(jié)合在一起進行設計和優(yōu)化，能夠使無線通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)獲得跨層協(xié)同帶來的性能增益，從而大幅提高無線通信系統(tǒng)的傳輸能力和無線資源的使用效率并增強系統(tǒng)的可靠性和可用性，日益受到業(yè)界關(guān)注，成為下一代無線通信技術(shù)的研究熱點之一。它可以應用于蜂窩移動通信系統(tǒng)、無線Ad Hoc網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)以及無線傳感器網(wǎng)絡等多種場合，具有重要的研究價值與很好的應用前景。

2 協(xié)同通信的歷史背景

協(xié)同通信技術(shù)的出現(xiàn)最早可以追溯到Cover和El Gamal在1979年關(guān)于中繼信道的研究工作，源節(jié)點和目的節(jié)點在中繼節(jié)點的幫助下完成通信任務。他們的研究工作更多關(guān)注中繼多跳通信，論證了通過節(jié)點中繼轉(zhuǎn)發(fā)能夠增加源節(jié)點與目的節(jié)點間信道的容量。協(xié)同通信技術(shù)源于中繼信道，但協(xié)同通信技術(shù)的主要目的是通過節(jié)點協(xié)作通信來抵抗信道衰落和提高系統(tǒng)傳輸性能。自協(xié)同通信的概念提出以來，就引起了業(yè)界的很大興趣和關(guān)注，特別是近幾年隨著分集技術(shù)的發(fā)展，協(xié)同通信成為了當前無線通信中的研究熱點。國際上許多學者和知名機構(gòu)都相繼開展了協(xié)同通信相關(guān)課題研究，特別是在系統(tǒng)通信信道容量分析方面取得了豐碩成果。例如，無線世界研究論壇（WWRF）已經(jīng)成立了關(guān)于協(xié)同中繼研究的專門分委員會，并發(fā)表了一系列研究報告。歐盟第六個框架于2004年啟動了WINNER項目，目的是研發(fā)一種在性能、效率和覆蓋上均優(yōu)于目前系統(tǒng)的無線協(xié)同系統(tǒng)。瑞士皇家科學院室也啟動了協(xié)同MIMO無線網(wǎng)絡研究項目。

協(xié)同通信最初的一個主要目的是對抗無線信道的多徑衰落，在S-D信道處于深度衰落的情況下，可以通過R-D信道處于良好信道狀態(tài)的伙伴節(jié)點R將數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點D。MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)的成熟和廣泛應用進一步促進了協(xié)同通信的發(fā)展。MIMO技術(shù)利用了多用戶無線通信環(huán)境中不同傳播路徑的獨立性，通過在收發(fā)兩端裝備多副天線，能夠有效提高傳輸容量及增強傳輸可靠性。然而，對于很多價格低廉、體積小巧的設備（例如無線傳感器節(jié)點）而言，裝備多個天線是很困難的，這種情況下使用單副天線的各鄰近移動用戶可按照一定方式共享彼此的天線協(xié)同發(fā)送，通過天線中繼的形式產(chǎn)生一種類似多天線發(fā)送的虛擬環(huán)境（即虛擬MIMO陣列），獲得空間分集增益，提高系統(tǒng)的傳輸性能。

作為一種分布式虛擬多天線傳輸技術(shù)，協(xié)同通信技術(shù)融合了分集技術(shù)與中繼傳輸技術(shù)的優(yōu)勢，在不增加天線數(shù)量的基礎(chǔ)上，可在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡中實現(xiàn)并獲得多天線與多跳傳輸?shù)男阅茉鲆妗４送?，協(xié)同通信技術(shù)非常靈活，可與現(xiàn)有多種技術(shù)相結(jié)合，突出各自優(yōu)點。例如，與正交頻分復用（OFDM）技術(shù)相結(jié)合，可以充分利用其抗頻率選擇性衰落的優(yōu)點；與編碼或者空時編碼相結(jié)合，可以得到編碼增益；與認知無線電技術(shù)相結(jié)合，能夠提高頻譜檢測概率或者獲得更多的頻譜接入機會。

3 操作方式和工作原理

由于歷史的原因，在現(xiàn)階段出現(xiàn)了多種不同無線接入網(wǎng)絡并存的局面，包括WLAN、WiMAX、蜂窩通信網(wǎng)絡以及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡等，這些網(wǎng)絡各具技術(shù)優(yōu)勢，相互補充，共同構(gòu)成異構(gòu)無線網(wǎng)絡環(huán)境。對于異構(gòu)無線網(wǎng)絡，通過在不同接入網(wǎng)絡間引入?yún)f(xié)同通信可以為用戶提供無縫的通信服務，增強網(wǎng)絡的整體性能和服務能力。不難看出，異構(gòu)網(wǎng)絡間的協(xié)同通信是指不同無線網(wǎng)絡之間的相互協(xié)作以獲得網(wǎng)絡“涌現(xiàn)”增益，研究重點是異構(gòu)網(wǎng)絡間的網(wǎng)絡選擇和移動切換等。與此不同，同構(gòu)網(wǎng)絡內(nèi)的協(xié)同通信是指在同一種網(wǎng)絡內(nèi)各節(jié)點協(xié)同工作來提高網(wǎng)絡通信能力。根據(jù)中繼節(jié)點的不同操作方式，協(xié)同中繼可分為固定中繼和用戶終端間協(xié)同兩種方式。固定中繼協(xié)作方式在源節(jié)點和目的節(jié)點之間預先放置一個位置固定的中繼節(jié)點，中繼節(jié)點只負責轉(zhuǎn)發(fā)源、目的節(jié)點之間傳送的信息，但它自己并無信息發(fā)送。用戶終端間協(xié)同方式允許任意節(jié)點充當中繼節(jié)點，它們不僅可轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作伙伴的信息，也可發(fā)送自己的信息。因此，這些終端需要同時具有信號轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能。另外，根據(jù)中繼節(jié)點對源節(jié)點信息處理方式的不同，又可分為放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）、解碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF）、編碼協(xié)作（CC）和網(wǎng)絡編碼協(xié)作（NCC）等多種方式。下面對這些協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)方式作一簡單介紹：

3.1 放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作方式

AF的協(xié)同中繼過程可簡化為3個階段。第1階段，源節(jié)點首先廣播發(fā)送信號，目的節(jié)點和中繼節(jié)點同時進行接收；第2階段，中繼節(jié)點對接收到的源節(jié)點信號直接進行功率放大后轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點；第3階段，目的節(jié)點對接收到的兩路信息進行合并解碼，恢復出原始信息。因此，AF也被稱作非再生中繼方式，其本質(zhì)上是一種模擬信號的處理方式。相對于其他幾種方式，AF方式最簡單，而且由于目的節(jié)點可接收到兩路獨立的衰落信號，AF可獲得滿分集增益，性能良好。但由于中繼節(jié)點在放大信號的同時也放大了源-中繼信道引入的噪聲，因此AF方式存在著噪聲傳播效應。當信道條件較好時，往往沒必要進行中繼協(xié)作。因此可考慮利用目的節(jié)點的反饋信息來判斷源-目的節(jié)點的直傳是否成功，若成功則中繼節(jié)點無需參與協(xié)同通信過程，將這種利用了目的節(jié)點反饋信息的AF方式稱為增強AF方式。

3.2 解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作方式

DF方式的信號處理也可簡化為3個階段，除第2階段外，第1、第3階段的處理和AF方式相同。在第2階段，中繼節(jié)點對接收到的源節(jié)點信號先進行譯碼并估值，然后再將所得的估值信號轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點?；谏鲜觯珼F也稱為再生中繼方式。雖然DF方式不會帶來噪聲傳播問題，但受源-中繼端信道傳輸性能影響較大，而且中繼節(jié)點對源節(jié)點信息解碼錯誤帶來的誤差會隨著跳數(shù)的增加而不斷累積，從而影響到分集效果和中繼性能。這表明源-中繼節(jié)點信道傳輸特性的好壞對DF方式協(xié)同通信系統(tǒng)的性能有重要影響。為此，可以對AF作適當限制，將源-中繼節(jié)點間的信道傳輸特性與某一門限值比較，只有大于門限值時才選用協(xié)同通信方式，否則由源節(jié)點重復發(fā)送。這種考慮了源-中繼節(jié)點間信道狀況的AF方式稱為選擇AF方式。

3.3 編碼協(xié)作方式

在AF和DF方式下，中繼節(jié)點總是重復發(fā)送源節(jié)點信息，這會降低系統(tǒng)自由度的利用率。Hunter等將信道編碼的思想引入?yún)f(xié)同通信技術(shù)中，提出了編碼協(xié)作方式。該方式通過兩條不同的衰落路徑發(fā)送每個用戶碼字的不同部分，移動終端對接收到的協(xié)作伙伴的信息進行正確解碼后再重新編碼發(fā)送，在這種方式下，各移動終端通過重新編碼發(fā)送了不同的冗余信息，把分集和編碼結(jié)合起來，可大大提升系統(tǒng)性能。而且，這種方式不需要協(xié)作終端間的信息反饋，中繼節(jié)點不能正確解碼時還可自動切換到非協(xié)作模式，從而保證了系統(tǒng)的效率。

3.4 網(wǎng)絡編碼協(xié)作方式

網(wǎng)絡編碼協(xié)作方式將網(wǎng)絡編碼思想應用到編碼協(xié)作方式中。網(wǎng)絡編碼的核心思想是網(wǎng)絡中間節(jié)點不再是簡單的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，而是將接收到的信息進行編碼后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，從而可提高整個網(wǎng)絡的容量和健壯性。無線信道的廣播特性為網(wǎng)絡編碼的應用提供了有利條件，而且網(wǎng)絡編碼和協(xié)同通信技術(shù)相結(jié)合可有效提高無線通信系統(tǒng)的性能。根據(jù)中繼節(jié)點采用的網(wǎng)絡編碼形式可分為線性網(wǎng)絡編碼和非線性網(wǎng)絡編碼兩大類；根據(jù)中繼節(jié)點所采用的基本通信方式主要包括固定中繼方式和協(xié)作中繼方式兩大類。

相關(guān)實驗結(jié)果表明，CC和NCC方式的性能優(yōu)于AF與DF方式，但是它們涉及各種編碼技術(shù)，算法計算復雜度高，且中繼節(jié)點信號處理的時延較大因素，實用性不如AF與DF兩種方式。

4 關(guān)鍵技術(shù)問題分析

雖然協(xié)同通信技術(shù)的研究已取得很多成果，但仍有不少問題需要進一步的探討和研究。目前，協(xié)同通信關(guān)鍵技術(shù)研究主要包括：

（1）無線資源管理：無線資源管理主要涉及功率分配與伙伴選擇等問題。協(xié)同通信在研究之初，大都假設源節(jié)點與中繼節(jié)點之間等功率分配，這種方式雖然簡單，但顯然不是最優(yōu)的。功率分配問題一直是近年來的研究熱點，但現(xiàn)有的功率分配方案大都屬于集中式，如何構(gòu)造一種符合實際情況的分布式功率分配方案是急需解決的問題。在一個多用戶通信環(huán)境中，如何為各個終端選擇或者分配最佳的協(xié)作伙伴也非常重要，這直接影響系統(tǒng)的性能。

（2）中繼節(jié)點的移動性：目前的協(xié)同通信系統(tǒng)中，中繼節(jié)點往往都是具有一定移動性的終端，例如蜂窩網(wǎng)中的手機用戶等。顯然，中繼節(jié)點的移動性會造成節(jié)點相對位置發(fā)生變化，進而影響伙伴選擇等許多關(guān)鍵問題。因此，假設中繼節(jié)點固定不動具有片面性，不符合實際情況，現(xiàn)有文獻也鮮有涉及中繼節(jié)點運動情況的研究。因此，選擇合適的節(jié)點運動模型并考慮移動性對系統(tǒng)性能的影響是一個重要的研究課題。

（3）協(xié)作時機的選擇：現(xiàn)有研究工作大都只關(guān)注協(xié)同通信所帶來的增益，很少有考慮協(xié)同通信的必要性，似乎協(xié)同通信技術(shù)在任何場景下都能夠帶來好處似的。事實上，綜合考慮源-中繼節(jié)點間信道、中繼-目的節(jié)點間信道及源-目的節(jié)點間信道傳輸特性，選擇合適的“協(xié)同時機”，方可在保證系統(tǒng)傳輸性能的前提下進一步提高資源的使用效率。此外，伙伴選擇算法也可以考慮“協(xié)同時機”的選擇問題。

（4）同步與信道估計：目前的研究基本上都假設系統(tǒng)可實現(xiàn)精確的同步，并可獲得準確的信道狀態(tài)信息。也就是說，源節(jié)點與中繼節(jié)點，源節(jié)點與目的節(jié)點，以及中繼節(jié)點與目的節(jié)點之間都是同步的，但這在實際中是不現(xiàn)實的。對于分布式協(xié)同通信系統(tǒng)而言，多個用戶間的準確同步與信道估計非常困難。實際上，準確的同步與信道估計對實際場景下協(xié)同通信系統(tǒng)的應用非常有意義。

（5）與相關(guān)通信技術(shù)的結(jié)合：如前所述，協(xié)同通信技術(shù)可以與編碼和網(wǎng)絡編碼等技術(shù)相結(jié)合。目前協(xié)同通信的一個研究熱點是與OFDM技術(shù)相結(jié)合，以期同時發(fā)揮協(xié)同通信與OFDM的優(yōu)勢，既可以得到分集增益，又能夠?qū)诡l率選擇性衰落。此外，協(xié)同通信技術(shù)還可與認知無線電技術(shù)進行結(jié)合。

（6）其他技術(shù)問題：協(xié)同通信在獲得系統(tǒng)性能增益的同時還會帶來以下問題：一是增加了通信終端的實現(xiàn)復雜性，二是用戶傳輸數(shù)據(jù)信息的保密性，三是終端之間的激勵協(xié)作問題。因此，只有當用戶終端協(xié)同帶來的收益大于付出的代價時，采用協(xié)同解決方案才是可取的。

5 協(xié)同認知技術(shù)

眾所周知，無線信道的衰落特性與有限的頻譜資源是目前阻礙無線移動通信系統(tǒng)發(fā)展的主要瓶頸。當前認知無線電和協(xié)同通信技術(shù)都已在各自的研究領(lǐng)域里取得很大進展，協(xié)同通信技術(shù)能夠提高系統(tǒng)的抗衰落能力，認知無線電技術(shù)可以提高無線頻譜的使用效率。因此，一種自然的想法就是將認知無線電技術(shù)與協(xié)同通信技術(shù)結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，在提高頻譜使用效率的同時，盡可能地提高系統(tǒng)的信道容量或提升各用戶的抗衰落性能。從本質(zhì)上看，認知無線電系統(tǒng)也可看作是授權(quán)用戶（LU）與認知用戶（CU）之間的一種協(xié)作：CU使用LU當前未使用的空閑信道資源，而在LU重新活躍時歸還其信道資源。

5.1 協(xié)同認知模型

目前，人們已經(jīng)開始了協(xié)同通信技術(shù)和認知無線電技術(shù)相結(jié)合的研究，且已提出了一些協(xié)同認知模型。在協(xié)同認知模型中，CU和LU既可通過競爭分時復用頻譜，各自獨立進行通信以提高頻譜使用效率，也可通過協(xié)同通信技術(shù)，在提高頻譜使用效率的同時提高傳輸性能。根據(jù)參與用戶的不同，認知無線電系統(tǒng)中的協(xié)作可分為CU用戶之間的協(xié)作和CU與LU用戶之間的協(xié)作兩大類；根據(jù)實現(xiàn)功能，認知無線電系統(tǒng)中的協(xié)作又可分為：協(xié)作頻譜檢測模型、協(xié)同通信模型和混合模型。

由于衰落效應、噪聲干擾等影響，CU可能會出現(xiàn)頻譜的漏檢測或者虛檢測，造成對LU的嚴重干擾或降低使用效率。協(xié)作頻譜檢測可以有效解決這一問題，多個認知用戶之間可通過頻譜檢測信息交互和數(shù)據(jù)融合判決等協(xié)作來提高頻譜檢測的準確率。協(xié)同通信模型存在兩種方案：一是LU與RU之間的協(xié)同通信，LU作為源端，CU充當LU的中繼協(xié)助LU轉(zhuǎn)發(fā)信息，目的是加速LU數(shù)據(jù)的傳輸，減少其頻譜占用時間，從而使CU在時間域獲得更多的頻譜接入機會；二是次級用戶之間的協(xié)作傳輸，多個CU互為對方的中繼器并且需要持續(xù)檢測LU的活動，它們協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)彼此的信息以增加次級用戶的吞吐量?；旌夏Ｐ徒Y(jié)合了協(xié)作頻譜檢測模型和協(xié)同通信模型，即首先要進行協(xié)作頻譜檢測，再進行協(xié)同通信，且在不同階段選擇的協(xié)作伙伴可以不同。因此，引入?yún)f(xié)作分集思想后，可將認知無線電系統(tǒng)從時-頻兩維擴展到空-時-頻三維，充分利用各種通信資源，盡可能地提高認知無線電系統(tǒng)性能。

目前，圍繞上述3種協(xié)同認知模型，人們主要在以下兩個方面展開研究工作：在認知系統(tǒng)中引入多用戶協(xié)作分集的思想構(gòu)造協(xié)同認知系統(tǒng)，主要研究協(xié)同通信技術(shù)對認知無線電系統(tǒng)性能的影響；在協(xié)同通信系統(tǒng)中引入頻譜認知技術(shù)構(gòu)成認知中繼系統(tǒng)，即中繼節(jié)點或協(xié)同伙伴均具有頻譜認知的能力，主要研究頻譜認知技術(shù)對協(xié)同通信系統(tǒng)性能的影響。

5.2 協(xié)同認知中繼示例

近來研究表明，通過在資源緊張的認知無線電網(wǎng)絡中，利用協(xié)作中繼技術(shù)（次用戶的協(xié)作傳輸和中繼）可以提高空間多樣性和頻譜多樣性增益，進而提高整個系統(tǒng)的性能。由頻譜資源富足的節(jié)點充當中繼節(jié)點來改善源和目的節(jié)點之間的通信性能。在此以一個簡單的包含3個終端的中繼模型來說明協(xié)作中繼傳輸?shù)乃枷耄涸撃Ｐ桶垂?jié)點S、中繼節(jié)點R和目的節(jié)點D，通過中繼節(jié)點R的協(xié)作中繼傳輸源節(jié)點S的信號到目的節(jié)點D可以提高空間多樣性，削弱多徑傳播帶來的信號衰落的影響。另一方面，認知無線電網(wǎng)絡中資源的分配和使用很不均衡。不僅主用戶和次用戶的頻譜可用性相差很大，而且次級用戶的頻譜需求也不同。為此，可以利用這些頻譜富裕的次級用戶來中繼其他急需傳輸?shù)拇渭売脩舻臉I(yè)務量，以便提高系統(tǒng)整體性能。以圖1所示的簡單協(xié)作中繼模型為例，源節(jié)點S的可用信道為CH1和CH4，目的節(jié)點D的可用信道為CH1和CH6，兩者之間的通信需求為150kb/s，但是它們的公共信道CH1只能支持100kb/s。與此同時節(jié)點S和D的鄰居節(jié)點R有可用的信道CH4和CH6。此時，可以利用R作為中繼節(jié)點通過CH4和CH6（需要進行必要的信道切換）向目的節(jié)點D中繼傳輸額外的數(shù)據(jù)。通過這種方式可以提高頻譜利用率并增加次級用戶的吞吐量。

圖1 包含3個節(jié)點的協(xié)作中繼網(wǎng)絡模型

5.3 協(xié)同認知技術(shù)的影響

協(xié)同通信和認知無線電技術(shù)的結(jié)合無疑會對未來的無線移動通信系統(tǒng)的終端、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、業(yè)務模式和應用等方面帶來積極影響。

基于協(xié)同通信和認知無線電技術(shù)構(gòu)建的無線通信系統(tǒng)對通信終端提出了更高的要求。相比目前的單模終端，CR終端可以通過自身的重配置功能自適應地接入適當?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡，并可無縫漫游。未來的具有認知協(xié)同能力的終端（簡稱協(xié)同認知終端）很可能將會統(tǒng)一目前各種繁雜的通信網(wǎng)絡終端，這種通用的智能化終端可以視情接入不同的網(wǎng)絡。

在同構(gòu)網(wǎng)絡中，協(xié)同認知終端可以自組織構(gòu)建分布式虛擬MIMO通信系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)能夠顯著提高無線通信系統(tǒng)的容量，但在成本較低且體積較小的移動終端上難以安裝足夠數(shù)量的天線，使得系統(tǒng)容量的提升也很有限。而協(xié)同通信技術(shù)在不增加用戶天線數(shù)量的情況下，構(gòu)建了一個虛擬的MIMO環(huán)境，同樣可以獲得分集增益，提升信道容量和傳輸性能。由于這種通信系統(tǒng)中的多個天線并不是集中安置在某個節(jié)點上，而是多個節(jié)點互相共享各自原來的天線，為了區(qū)別于傳統(tǒng)的集中式系統(tǒng)，稱這種系統(tǒng)為分布式系統(tǒng)。在異構(gòu)網(wǎng)絡中，協(xié)同認知終端可以用于構(gòu)建環(huán)境認知泛在通信網(wǎng)絡?；趯Νh(huán)境的認知能力，移動終端可在不同接入網(wǎng)絡之間進行無縫的切換和漫游，并自適應接入到當前能夠為其提供最好服務的網(wǎng)絡。顯然，通過異構(gòu)網(wǎng)絡間的協(xié)同認知通信可以構(gòu)建一個無處不在的泛在通信網(wǎng)絡。此外，協(xié)同通信可以組合現(xiàn)有的蜂窩單跳通信和Ad Hoc多跳通信模式，在無線異構(gòu)組網(wǎng)中具有突出的優(yōu)勢。

基于協(xié)同通信技術(shù)和認知無線電技術(shù)構(gòu)建的泛在通信網(wǎng)絡可以為用戶提供更多種類的業(yè)務和更好的服務。隨著協(xié)同認知終端通信能力和智能化程度的提高，可能會催生一些新的業(yè)務模式。舉例來說，無線網(wǎng)絡中各節(jié)點之間通力協(xié)作構(gòu)成P2P無線信息系統(tǒng)，共同完成信息共享和數(shù)據(jù)傳輸任務。協(xié)同通信技術(shù)可以擴展到超遠距離的深空通信，將通信衛(wèi)星、空間站、甚至于月球等星體作為中繼節(jié)點，構(gòu)建星際互聯(lián)網(wǎng)。另外,當災難（如地震、戰(zhàn)爭、颶風等）發(fā)生時，目前已有的通信網(wǎng)絡難以保持通信暢通，使得政府應急部門不能迅速了解災情造成嚴重損失。在這種情況下，可以融合各種形式的網(wǎng)絡迅速構(gòu)建一個寬帶應急自組織協(xié)同認知網(wǎng)絡來提供高效的應急服務。

6 結(jié)束語

協(xié)同通信技術(shù)可以提高無線數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，改善無線資源管理方式并支持靈活的組網(wǎng)模式，已得到學術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和各國政府的高度重視，并已經(jīng)取得了許多有價值的研究成果，但是，在實際通信應用環(huán)境中協(xié)同通信還有許多技術(shù)和管理問題有待解決?？梢灶A見的是，隨著基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的日益成熟和完善，協(xié)同通信技術(shù)將會得到越來越廣泛的應用，并將在未來的無線異構(gòu)泛在通信系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。

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DVB-S2X規(guī)范已經(jīng)得到指導委員會的批準

2014年2月27日，在DVB指導委員會第76次會議上，新擴展的DVB-S2的規(guī)范已獲批準。新加強的規(guī)范被稱為DVB-S2X，為專業(yè)應用提供了提升幅度達20%～30%的頻譜效率，在某些情況下，頻譜效率提升幅度可達50%。此外，像通道綁定這樣的新業(yè)務模式增加了靈活性。該規(guī)范現(xiàn)在將以正式標準被發(fā)送到ETSI，DVB-S2X藍皮書將于近期公布。此標準NEWTEC公司已在執(zhí)行，并有相關(guān)解決方案白皮書，詳情可鏈接NEWTEC網(wǎng)站了解（http://www.newtec.eu/article/whitepaper/dvb-s2x-demystified）。

新DVB-S2X規(guī)范的主要動力來自供應商希望利用技術(shù)進步提供專業(yè)的服務和應用以及對他們服務日益增長的需求。DVB-S2X的及時批準使它可以用于HEVC，最新的視頻編碼方案。用戶網(wǎng)絡服務和通過DTH衛(wèi)星的HEVC編碼的UHDTV廣播，預計將帶動對芯片組和設備的需求量。DVB成員超過200促成規(guī)范的完成。DVB-S2X為滾降因子和附帶調(diào)制提供了更多的選擇，以及可以更有效利用衛(wèi)星傳輸通道的前向糾錯（FEC）選項。

其他改進的DVB-S2主要包括對于非常低的信噪比應用程序附帶的組幀和擾碼選項，這將使衛(wèi)星移動（海，空）服務和極小天線，以及多達三個通道的通道綁定會支持更高的綜合數(shù)據(jù)速率，可以附帶統(tǒng)計對類似UHDTV這樣服務的復用增益，而且可以更好地抵御廣播同信道干擾，可選的超幀結(jié)構(gòu)為先進的干擾抑制技術(shù)的交互式寬帶服務開放了大門。DVB-GSE/GSE-Lite協(xié)議的融合以后可方便遷移到全IP業(yè)務，特別適合廣播/家庭網(wǎng)絡寬帶業(yè)務融合。

TM-S2主席Alberto Morello說：“歐洲，美國和遠東公司在整個技術(shù)活動，令我印象深刻，在不同的商業(yè)環(huán)境，像廣播，VSAT或DSNG混在一起，仿佛一個交響樂團，共同創(chuàng)造最新的藝術(shù)?！?/p>

DVB常務董事Peter Siebert補充說：“我們很高興指導委員會已經(jīng)批準了新的DVB-S2X規(guī)范，祝賀所有成員，大家積極都促成并實現(xiàn)完美DVB-S2標準更新。衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)一直期待著有助于它提高盈利能力、互通性，并且能實現(xiàn)其進一步發(fā)展?！?/p>

數(shù)字視頻廣播（DVB）為全球超過200家廣電制造商、網(wǎng)絡運營商、軟件開發(fā)商、監(jiān)管機構(gòu)所采用，DVB致力于為數(shù)字媒體和廣播服務的全球交付而設計開放互通的技術(shù)標準的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。DVB標準涵蓋數(shù)字電視的各個方面，如傳輸、有條件接入、交互性接口連接、數(shù)字視頻音頻數(shù)據(jù)，隨著世界各地越來越多的國家采用DVB標準，已經(jīng)有數(shù)以百計的制造商提供符合DVB標準的設備，如今全球DVB接收器超過十億。

Cooperative Communication—An Multiplier for Enhancing Performance of Wireless Communication System

Wang Haitao, Zhang Zhensong, Zhu Zhenyu
(In formation Management Center, PLAUST, Nanjing, 210007)

Cooperative Communication (CC) integrates technical merits and can achieve gains of multipleantennas and multiple hops and thus improving the performance of wireless communication system markedly.Historical backgrounds, basic concepts, operational modes and working principles are expatiated and technicalproblems to be solved are analyzed. Next, the combination of Cooperative Communication and Cognitive Radio isemphasized and possible applications Cooperative Communication are explored.

Cooperative Comm unication; Cooperative Relay; MIMO; Cognitive Radio; HeterogeneousNetwork

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.03.001

TN91文獻標示碼：A

1672-7274（2014）03-0001-06

國家自然科學基金資助項目（61072043）

王海濤，男，1976年生，河南焦作人，博士，解放軍理工大學信息管理中心副教授，研究方向為無線自組網(wǎng)、應急通信和網(wǎng)絡信息管理。