協(xié)作通信對增強(qiáng)TD—SCDMA系統(tǒng)覆蓋的研究

胥兵

【摘 要】無線通信的發(fā)展使協(xié)作通信技術(shù)受到人們的普遍關(guān)注，并對提高通信的效果和擴(kuò)大覆蓋范圍起到了積極的促進(jìn)作用。本文筆者就協(xié)作通信對增強(qiáng)TD—SCDMA系統(tǒng)覆蓋進(jìn)行了研究，目的是為解決拓展蜂窩系統(tǒng)的覆蓋問題提供指導(dǎo)和借鑒，進(jìn)而提高系統(tǒng)的實用性和覆蓋拓展能力。

【關(guān)鍵詞】協(xié)作通信；TD—SCDMA系統(tǒng)；覆蓋；應(yīng)用設(shè)計；拓展

在當(dāng)前無線技術(shù)的推動下，協(xié)作通信和蜂窩系統(tǒng)實現(xiàn)了有效的結(jié)合，在抗陰影衰落和拓展覆蓋方面得到了廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮了重要的作用。為了充分的發(fā)揮其優(yōu)越性和實用性，需要進(jìn)行相應(yīng)的模擬仿真實驗，進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計。通過研究發(fā)現(xiàn)，借助TD—SCDMA系統(tǒng)進(jìn)行鏈路，并借助聯(lián)合發(fā)送預(yù)處理算法，對增進(jìn)協(xié)作通信在更蜂窩系統(tǒng)中的覆蓋起到了積極的促進(jìn)作用，有效的提高了覆蓋拓展能力，充分說明協(xié)作通信對增強(qiáng)TD-SCDMA系統(tǒng)覆蓋的優(yōu)越性和良好的應(yīng)用前景。

一、TD—SCDMA下行鏈路協(xié)作通信的應(yīng)用設(shè)計

為了研究協(xié)作通信對TD-SCDMA系統(tǒng)覆蓋的影響，需要進(jìn)行TD—SCDMA下行鏈路協(xié)作通信的相應(yīng)設(shè)計，一般需要從以下幾個方面著手，為應(yīng)用設(shè)計的完成做好充足的準(zhǔn)備。

（一）協(xié)作通信系統(tǒng)的模型

為了對系統(tǒng)進(jìn)行研究，需要建立協(xié)作通信的模型，一般而言，其中典型的模型是一基站兩用戶的模型，并包含服務(wù)區(qū)通信、R端處理以及協(xié)作組間的通信三個部分。在服務(wù)區(qū)通信階段，接收信號以后，進(jìn)行多址信號的發(fā)送，；在R端處理階段，需要對信號進(jìn)行處理并且按照一定的功率發(fā)送；最后達(dá)到協(xié)作組間的通信階段，對接收的信號進(jìn)行檢測?？梢?，在對TD—SCDMA系統(tǒng)參數(shù)以及協(xié)作通信的結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上，得出基站和終端之間的運(yùn)行是同步的，同時兩個信道是相互獨(dú)立的，都是采用頻率選擇性信道，對于信道的狀態(tài)信息，模型可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況進(jìn)行自動獲取。

在系統(tǒng)的模型中，根據(jù)信號處理和轉(zhuǎn)發(fā)方式的不同，將R端的處理分為非再生轉(zhuǎn)發(fā)和再生轉(zhuǎn)發(fā)。非再生轉(zhuǎn)發(fā)是指對接收到的多址信號進(jìn)行放大處理，然后再進(jìn)行重發(fā)，再生轉(zhuǎn)發(fā)是指對信號進(jìn)行解碼、編碼然后進(jìn)行發(fā)送，與之對應(yīng)的系統(tǒng)分別為非再生系統(tǒng)和再生系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)的性能，需要采用結(jié)構(gòu)簡單的系統(tǒng)，進(jìn)而不增加目的終端的復(fù)雜性，提高通信的質(zhì)量和效果，擴(kuò)大覆蓋范圍，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

（二）協(xié)作終端信號轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)計

下圖為再生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，可見，實現(xiàn)了將單用戶和多用戶的框架圖進(jìn)行有效地結(jié)合。這時M。解碼是試圖從接收到的中得到d。，重構(gòu)是為將信息可靠發(fā)往M。，重構(gòu)可選擇再編碼發(fā)送，也可以利用M。的擴(kuò)頻碼組對其進(jìn)行擴(kuò)頻重構(gòu)為單址信號進(jìn)行發(fā)送，一般在系統(tǒng)中采用的是擴(kuò)頻重構(gòu)的方式。

就多址信號的解碼而言，利用傳統(tǒng)的D-SCDMA系統(tǒng)下行鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測，會加大終端運(yùn)算的復(fù)雜程度，進(jìn)而影響了對數(shù)據(jù)檢測的準(zhǔn)確性和GSI獲取的精確度。這就需要加強(qiáng)IT技術(shù)對TDD模式互惠性的利用，并在上行信道上進(jìn)行估計，進(jìn)而基站借助相應(yīng)的計算得出處理陣距并對發(fā)送的信號進(jìn)行預(yù)處理，這樣就可以將復(fù)雜性高的數(shù)據(jù)檢測從終端轉(zhuǎn)移到了基站，不僅降低了移動終端的復(fù)雜性，同時也大大的提高了系統(tǒng)的性能?？梢姡肐T技術(shù)在再生系統(tǒng)中對信號進(jìn)行重構(gòu)是系統(tǒng)性能提高的有效途徑和方法。

（三）目的終端的信號接收設(shè)計

下圖是同基站服務(wù)區(qū)多協(xié)作組干擾示意圖，當(dāng)目的終端M。位于B。覆蓋范圍之外，導(dǎo)致M。與B。無法直接通信時，M。發(fā)起協(xié)作，在伙伴M。協(xié)作下完成通信。由于轉(zhuǎn)發(fā)功率及信號衰落影響每組協(xié)作通信都有一定的覆蓋半徑，可以看到如果在基站服務(wù)區(qū)僅有一組或數(shù)組協(xié)作存在但較稀疏的情況下.小區(qū)內(nèi)其它用戶通信并不會對協(xié)作組目的終端的信號檢測造成干擾。那么，我們就可以在M。至M，即協(xié)作組間通信階段選擇線性檢測技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。如RAKE、迫零線性塊均衡等。

可見，在協(xié)作通信在系統(tǒng)的應(yīng)用中，對其覆蓋范圍的擴(kuò)展起到了積極的促進(jìn)作用，在理想狀態(tài)下，對提高系統(tǒng)覆蓋的拓展的影響是明顯的。從上圖可以看出，假設(shè)基站最大覆蓋半徑為R，M。以一定功率向M。轉(zhuǎn)發(fā)信息，最大覆蓋半徑為r。當(dāng)協(xié)作終端位于服務(wù)區(qū)邊緣可獲得最大覆蓋半徑R+r.r即通過該協(xié)作系統(tǒng)獲得的最大覆蓋擴(kuò)展距離。

二、對數(shù)值的仿真分析

為了提高協(xié)作通信技術(shù)對TD-SCDMA系統(tǒng)覆蓋的拓展作用，需要對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并對數(shù)值進(jìn)行分析和處理。因此需要以3GPP協(xié)議為指導(dǎo)，借助MATLAB仿真對系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和數(shù)據(jù)生成方式進(jìn)行仿真。

在仿真場景的布置中國，將基站同一時隙的服務(wù)用戶的數(shù)量進(jìn)行定義，一般設(shè)定為K，并將基站以及各個用戶的天線設(shè)置為單天線，同時保證一組協(xié)作通信發(fā)生。在利用信道模型進(jìn)行分析時，需要借助3GPP中TD—SCDMA的多徑衰落信道case3的參數(shù)。

在對數(shù)值進(jìn)行分析時，發(fā)現(xiàn)在條件相同的情況下，對于服務(wù)器的同一時隙的單用戶和四個用戶的數(shù)據(jù)分析，并對各個檢測手段系統(tǒng)的應(yīng)用性能進(jìn)行了比較。發(fā)現(xiàn)，在協(xié)作系統(tǒng)中，由于在服務(wù)區(qū)的通信階段，會受到多址干擾的影響，因此檢測的性能會受到較大的影響，因此除了MRC—RAKE，另外檢測器的性能接近。在協(xié)作組間通信階段，其數(shù)據(jù)的信號都是單址的，這樣就不會受到多址信號的影響，。同時，在服務(wù)區(qū)的用戶為多用戶時，協(xié)作系統(tǒng)和非協(xié)作系統(tǒng)的性能差異不大，同時結(jié)果與非協(xié)作系統(tǒng)的性能接近，這就充分說明了利用協(xié)作通信技術(shù)進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計具有很大的實用性和可行性。

此外，還需要對協(xié)作系統(tǒng)的覆蓋性能進(jìn)行仿真分析，通過對鏈路預(yù)算表的分析得出，協(xié)作系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)覆蓋部分我們以TD—SCDMA上行鏈路覆蓋計算為準(zhǔn)，協(xié)作組間通信覆蓋部分按下行鏈路計算。通過對R和r的測算，可得到新系統(tǒng)覆蓋半徑R+r。這樣，通過假定最大容許鏈路損耗是處于[100dB，133.1dB]區(qū)間的可變值，即可直觀對比不同容許鏈路損耗下協(xié)作系統(tǒng)和非協(xié)作系統(tǒng)問的覆蓋半

徑差異?？梢?，在協(xié)作通信技術(shù)引入到系統(tǒng)的應(yīng)用中之后，極大的提高了系統(tǒng)的覆蓋半徑，并且最大容許鏈路損耗為133.1dB時，其最大覆蓋半徑比非協(xié)作系統(tǒng)增大約500米。

結(jié)束語：

無線通信技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，極大的推動了協(xié)作通信技術(shù)在TD-SCDMA系統(tǒng)中的應(yīng)用，對提高系統(tǒng)的覆蓋拓展能力起到了積極的促進(jìn)作用。本文筆者在前人的理論基礎(chǔ)上，進(jìn)行了更深一層的研究，通過結(jié)合TD—SCDMA系統(tǒng)下行鏈路首次對協(xié)作通信技術(shù)在蜂窩系統(tǒng)的應(yīng)用做出嘗試并設(shè)計出實用化方案。同時應(yīng)用聯(lián)合傳輸，r算法優(yōu)化了信道估計、信號檢測等問題，在建立模型的基礎(chǔ)上研究了協(xié)作通信技術(shù)對系統(tǒng)的影響，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析。通過仿真表明，協(xié)作通信對增進(jìn)TD—SCDMA系統(tǒng)覆蓋具有極大的應(yīng)用價值。

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