学术报告——协作通信技术

报告人：姬雨初导师： 王安国 教授

协作通信技术

概述 分布式空时编码 网络编码 跨层设计 报头合并 协作竞争和伙伴选择 能量控制 安全性 稳定性 协作通信的应用

协作通信技术 - 概述 协作通信是个很大的范畴，总的来说有这样几块内容： 1 ，协作通信的硬件设计和物理层协议，包括节点复

杂度的控制，调制方式的选择，以及分布式空时编码设计，最基本的设计是协作中继方式的设计；

2 ，协作通信高层协议设计，包括网络编码，跨层设计包头合并技术等；

3 ，协作通信思想设计，包括协作竞争及伙伴选择，能量控制，安全性问题，稳定性问题，以及协作通信的设计思路，包括多路由和多用户分集等等。

协作通信技术 - 概述：协作思想和协作中继

协作中继： S 为发射节点， D 为

目的节点， R 为中继节点，通常的中继方案，有如下几种形式：

S->(R, D) ; (S, R)->D ;

S->R ; (S, R) ->D ; S-> (R, D) ; R->D ; S-> R ; R-> D 。

第四种方式为传统的多跳传输模型。而在前几种方式中，目的节点 D 至少接收了 2 次信号， S和 D 之间其实可以直接通信，但是由于信道问题，它们之间不能提供可靠或者高质量的通信服务。而通过中继 R 的接收转发，和 S节点的直接发送数据，提高了 S和 D 之间的通信质量，这也就是 “协作分集”

协作通信技术 - 分布式空时编码

协作通信中，多个节点形成一个簇，即一个虚拟MIMO 节点。在虚拟 MIMO 系统中，采用空时编码能较好地实现发射分集及空间复用，从而可以实现通信系统的可靠性与有效性的折衷。而空时编码技术也可应用于协作通信中，即分布式空时编码，以实现协作通信的发射分集和空间复用。但分布式空时编码与传统空时编码在设计上存在不同：

（ 1 ）参与通信的天线为一个随机数 （ 2 ）天线之间的同步问题

协作通信技术 - 网络编码 网络编码是指分组级进行的编码理念，特指物理层以

上的编码。在网络编码中，就是在物理层编码基础上编写一套网络通信协议，作用之一是实现协作通信功能，之二是提高无线网络效率，有两点意义：

使用协作通信提高通信质量； 尽可能减少整个网络中节点的发射次数，减小能量消

耗，

协作通信技术 - 跨层设计 在分层协议中，不同层有不同的作用，每一层将下一

层的数据经过解析后，封装成状态信息和数据信息提供给上一层，所以，每一层只知道下层提供的部分数据和部分信息，这样保证了每一层的完整性和安全性。而协作通信的跨层设计就是建立几条特殊的层之间的通道，使之了解非与之相邻层的信息。

其意义在于避免因为由于不同协议层间的合作带来的性能损失，并且可以减少因为不同层之间的信息交互所浪费的资源。

协作通信技术 - 报头合并 报头合并的思想是：由于协作通信是一个多用户通信

系统，并且存在多路由中继的算法，如果中继的次数较多，或者数据包较小的时候，报头在整个数据包里所占的比例就会很高，并且在较为固定节点的中继传输中，报头变化通常很小，因此报头合并的思想就是将没有用的报头全部去，或者只传报头变化的部分。在接收端再通过特殊的解码机制解出完整的数据包。

协作通信技术 - 协作竞争和伙伴选择 协作竞争及伙伴选择里，个人认为觉得有三个方面的

问题要讨论： 在一个网络里，有些节点是可以合作的，有些节点是

不能合作的，协作通信网络中，会维护一张“信用列表”，来记录每一个和它通信过的节点的可靠程度，对与每一个节点，可以设置 “奖惩措施”，来鼓励节点协作，达到从而降低总的能量消耗；

协作通信技术 - 能量控制、安全性及稳定性

协作通信的设计初衷就是减少网络中总的能量消耗，能量控制主要就是控制节点发射能量、减少节点发射次数，并使用合理的中继分配来减少网络负担，即协作后总能量小于协作前总能量。

安全性：数据加密，不希望中继节点也能破解。 由于协作通信是基于移动的无线网络，有移动就会有

稳定性问题，稳定性问题就是如何确保传输的数据不会因为节点的移动而中断。

协作通信的应用

协作通信在 Ad-Hoc 网络中的应用； 协作通信在有中心站网络中的应用；

协作通信应用 - AD-HOC 网络 Ad-Hoc 是一种无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑的多点无线网络。在传统意义上的 Ad-Hoc 网络都是通过点对点或点对多点通信组成整个无线传感网。

协作路由：（ a ）表示传统的 Ad-Hoc 多跳路由，（ b ）表示使用协作通信的多跳路由

协作通信应用 - AD-HOC 网络 分布式 MIMO 技术 (1) 将 Ad-Hoc 中的

节点划分成若干个组，每个组可以看成一个MIMO 节点

(2) 通过多天线控制波束形状

分布式 MIMO 技术也可以与 Ad-Hoc 中的多跳路由相结合

协作通信应用 - 有中心站网络 两种常用有中心站网络：日常无线上网的拓扑模型，无线 AP 为中心，可以被看成基站，其他上网设备为接入点，分布在无线 AP周围，形成星形网络；

手机蜂窝网。

协作通信应用 - 有中心站网络

第一是基于协作中继技术，中心站为源节点（目的节点）将靠近中心站的一个接入设备作为中继节点，而远离中心站的一个接入设备作为目的节点（源节点），通过中继节点的协作中继，为远离中心站的节点提供通信。

两种应用：

协作通信应用 - 有中心站网络

第二种工作方式是将多个介入设备形成一个簇，然后这一个簇与中心站之间通信，而这一个簇，正好形成了虚拟天线阵列。

两种应用：

谢谢大家