近场通信设备的协同中继通信方法

摘要：在信息时代下，人们对通信的需求不断提升，各种新的通信技术不断涌现，为提升通信效率和通信质量提供了有力支持。近场通信是一种新型的半双工通信技术，在移动支付、电子票务等方面应用较为广泛，近场通信技术与智能手机的结合将进一步改变人们的移动通信方式，为人们的生活提供更多便利。本文将对近场通信技术进行简单介绍，并探讨近场捅进设备的系统中继通信方法。

关键词：近场通信设备；协同；中继；通信方法

近场通信设备主要采用P2P的通讯方式，随着人们对无线通信质量和可靠性的要求不断提高，中继通信技术和协同通信技术在无线通信中得到了广泛应用。中继站作为一个传输节点，可以起到桥接源节点的作用，从而克服信道衰落问题，扩大基站信号的覆盖范围。系统技术则能够使系统开销得到平衡，合理利用信道资源，提高通信系统的整体性能，在消除干扰、多点调度方面具有显著作用。

1近场通信设备简介

近场通信技术（NFC）是一种新型半双工通信技术，与蓝牙通信、红外线通信技术相比，NFC的可靠性更高，而且通信方便快捷，具有低成本、低能耗等优点。目前近场通信技术主要被应用于移动支付、电子票务、门禁、身份认证等领域，并逐渐开始在智能手机中得到应用。近场通信设备具有三种工作模式，一是读写模式，在这种模式下，近场通讯设备相当于读卡器，对NFC标签进行读写操作。二是卡模式，即自身相当于NFC标签，被执行读写操作。三是点对点（P2P）通信模式，支持两台设备进行相互通信。在NFC论坛中制定了NFC技术的标准规范，其中，NFC数据交换格式（NDEF）中明确规定了采用NFC技术进行通信时的数据封装格式，在简单NDEF交换协议中还规定了NFC设备在P2P通信模式下两台设备通信的规范。此外，还有读卡器通信的专属应用协议数据单元（APDU）命令，可以以此对读卡器操作命令[1]。

2协同技术与中继技术

（1）中继技术。中继通信技术的应用主要是为了解决信道多径衰落问题，无线信道衰落具有随机性，如果正在使用的通信信道处于衰落状态，将对无线通信质量产生较大影响，这是就需要通过中级节点获得信号增益。可以利用无线信道路径的独立性进行分集和服用增益，通过预编码操作增加系统容量，降低误码率和用户之间的相互干扰。中继通信的示意图如图1所示[2]。图1中继通信示意图（2）协同技术。协同通信技术的发展起源于中继信道，通过中继节点的使用提升通信系统性能，实现大容量高速率通信。可以在不增加频率资源和发送功率的情况下提高通信效率，使无线通信更加可靠。协同技术的时分双工技术主要是利用信道互易原理，不需要增加额外的信道开销，通过随发送端进行预编码反馈，提升通信性能[3]。

3协同中继通信方法在近场通信设备中的应用

3.1MIMO中继协同传输

中继通信技术主要可以分为放大转发（AF）、解码转发（DF）和压缩转发（CF）三种类型，其除主要区别是信号处理方式的不同。AF中继系统中的中继节点只对通信信号进行放大和转发。DF中继系统的中继节点首先对信号进行解码，然后重新编码再发送给目标节点。CF中继系统是对信号进行压缩处理，然后发给目标节点。目前在中继技术中应用最广泛的AF模式，其特点是复杂度低、信息传输时延低。MIMO技术的引入可以进一步提高协同中继传输的频谱效率，一般可分为单中继系统和多中继系统，单中继多用户MIMO系统如图2所示[4]。目前MIMO中继系统在近场通信设备中的应用主要的研究问题是收发机传输策略，即通过源节点、中继节点预编码矩阵和目标节点的接受矩阵提高系统传输效率和信号传输的可靠性，从而满足用户对近场通信设备的通信要求。MIMO中继的预编码优化准则主要由最小均方误差、最大信干燥比、以及最大容量准则等。

3.2中继资源的高能效管理

随着移动网络的快速发展，人们对移动通信的需求越来越高，无线网络的资源能耗面临着严峻挑战，早在2007年通信行业的耗电量就超过了200亿千瓦。无线通信的能源消耗还会导致二氧化碳排放量的快速提升，为了实现社会的可持续发展、符合生态环保要求，必须实现对中继资源的高能效管理。无线通信的能源消耗主要来自基站的电能消耗，其中无线接入部分能耗占50%，功放能耗占50%~80%。因此，必须提高无线通信的能量使用效率，尤其是降低无线接入能耗。中继协同由于可以极大缩短通信距离，提高传输信噪比，而且发射功率较小，所以成为绿色通信网络建设的优先选择。目前高能效中继资源管理是绿色信道研究的主要研究方向。现有的研究成果主要是单相中继系统的高效能中继资源管理，相比于单相中继网络，双向中继能充分利用中继节点协作在两个时隙内完成信息交换，从而提高网络频谱效率[5]。

3.3信息与能量的协同传输

能耗已经成为制约无线通信发展的重要问题，无论是从节能环保角度还是降低通信成本角度，近场通信设备的无线铜线传输都要充分考虑无线通信的能耗问题。从用户角度来看，目前智能手机的应用功能不断丰富，同时也增加了设备能耗，从而减少了使用时间，对用户体验产生严重影响。基于高能效的无线侧接入技术可以有效降低通信系统能耗，满足用户的持久通信需求。目前基于能量收集的通信技术也是绿色通信建设的研究热点，其主要理念是利用可再生能源或无线电磁波转化为电能，延长网络运行时间。由此产生了一种信息与能量协同传输（SWIPT）的新技术，即将无线信号同时作为信息与能量的媒介，使二者在无线信道下共同传输。这些新的中继协同技术在近场通信设备中的应用可以极大提高近场通信设备的信息传输质量和信息传输效率，使用户获得更好的使用体验。

4结语

总而言之，近场通信技术是一种新型的无线通信技术，相对于传统技术有其独特的优势，与新型中继协同技术结合可以使近场通信设备的性能和通信质量大大提高。

参考文献：

[1]李广平.无线协同通信中继策略和资源分配方法研究[D].郑州大学,2015.

[2]曹耘瑕.无线协同通信中继协议与中继选择策略研究[D].重庆大学,2014.

[3]李金.协同通信系统中能量优化的中继选择算法研究[D].兰州理工大学,2013.

[4]李为.无线协同通信资源分配和物理层安全技术研究[D].国防科学技术大学,2012.

[5]李民政,欧阳缮,肖海林,陈紫强.多中继协同的差分宽带通信方法[J].北京邮电大学学报,2011,(04):51-55.

作者：周浩 单位：广东南方电信规划咨询设计院有限公司