一、协同通信的基本原理
协同通信是通过由通信网络的用户天线构成分布式天线阵列，让不同用户向目标节点发送的信号通过各自独立的衰落信道，而接受到的衰落信号也是各自独立的。协同传输本质是让不同的单天线用户以合作方式获取通信系统的分集性能，降低通信设备开发成本，用一种更高效快捷的形式实现分集。同时协同中继可以通过通信网络中各个用户节点的接力传输，有效扩展通信覆盖面、降低通信组网成本、提高通信系统容量，优化通信网络性能。协同通信系统由源节点、中继节点以及目标节点构成。
在三节点中继信道模型中只存在单一的源节点，中继节点和目标节点，中继节点为源节点进行协同传输的属于单源单中继协同系统模型。单源多中继协同系统模型则是由单一源节点、多个中继节点、和单一目标节点构成。多源多中继协同系统模型则是由由多个源节点，多个中继节点和多个目标节点构成。
二、基于不同准则的中继选择策略
第一，以平均信道信息为基准的中继选择。在以平均信道状态信息为基准的中继选择策略中，人们需要依据源节点和目标节点或中继节点同目标节点间的相对位置信息或参数来实现协同中继节点的选择策略，该策略要求通信系统具备相对距离和位置参数的评估设备等，如可以估计通信系统中继节点间的平均SNR。第二，以瞬时信道信息为基准的中继选择。机会中继选择策略是具有代表性的以瞬时信道状态信息为基准的分布式中继选择策略。该策略的基本原理是从M个备选中继节点内，选择一个介于源节点和目标节点间，具备从最佳端到端路径的相应节点用来作为协同中继，为通信系统的源节点发送信息数据。在以瞬时信道状态信息为基准的中继选择策略中，人们必须了解各节点间的相应的瞬时信道状态，而估计该参数相对容易，而且不需要相对距离和位置参数的估计，成本低廉；但瞬时信道状态的不稳定性要求相对的协同伙伴能同步跟踪并及时更新信道状态参数，需要额外成本。第三，以中断概率为基准的中继选择策略。中断概率一般是指在描述评估当信道容量不能达到目标传输速率的要求时，发生中断情况的可能性大小。中断概率总体分布主要是由信道链路的相应的信道衰落分布模型和平均信噪比所决定的.，其本质上在表达通信系统的互信息量大小。该中继选择策略能够提高通信过程的可靠性和连续性，但采用多节点中继以片面追求低中断概率会导致成本升高。第四，以误符号率为基准的中继选择。除了速率与信噪比，误符号率同时要评估通信终端的信号合并方式和网络物理层利用的调制传输方式等。用户使用不同的中继或源节点都会导致误符号率的不同，因此在中继节点集合中可寻求让误符号率最小的中继用作最优中继。该中继选择策略可通过信道系数代入计算误符号率公式求出所需误符号率参数，求出最优中继作为源节点发送信息。该选择策略兼顾了终端信号合并方式与网络物理层调制传输方式，贴近网络实际。高信噪比同高中继数量一样会使误码率降低，需要对其进行联合优化。第五，以功率分配为基准的中继选择。各节点合理的功率分配有利于延长各节点的工作时间，从而增加全通信网络使用生命。网络生命期一般指的是为满足预期中断概率，满足信宿接收信噪比需求所持续的时间。若通信系统内源节点和目标节点间无直接路径，则要选择相应的中继放大转发信源信息。根据剩余能量信息和中继节点信道状态信息的不同，网络生命周期最大化的中继选择策略一般可分为三种。如可在多用户协同系统中选择一个中继节点参与协同，给出效用方程的函数定义，方程包含两变量：中继节点传输功率和源节点，依据效用方程划分三种最优节点选择策略。第一种是最小化总功率效用函数，侧重于降低源、中继节点的总传输功耗，第二种是最小化最大化功率的效用函数，侧重于降低源、中继节点中较大的节点功耗，从增加节点层功耗的公平性；第三种是最小化平均功率的效用方程，侧重于整个网络层的功率的平均合理分配。
三、结语
各种以不同准则为基准的中继选择策略各有优缺点，以平道信道状态为准则的策略复杂度低，但是要求对相对距离和位置参数进行估计；以瞬时信道状态信息为准则的策略自适应灵活，所选中继节点信道状态良好，但是容易发生节点冲突导致无法得出正确中继节点；以中断概率为准则的策略有利于保障通信的连续性与可靠性，但是盲目追求低中断概率容易导致资源耗费增加；以误符号率为为准则的策略更贴近网络通信实际，但是需要对高信噪比和中继数量进行联合优化；以功率分配为为准则的策略有利于节省能量，增加网络生命周期，但是复杂度高，操作性不强。各个不同准则的协同通信中继选择策略为中继选择策略的优化奠定理论与技术基础。
来源：中国新通信 2014年7期
作者：刘善斌
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