【正文】 antennas in wireless system. Taking advantage of this point, nodes could be used for transferring and processing on the Internet. A cooperative node could be regard as a relay node for source node. Because of above of reasons, cooperative munication could be similar with independent transmission link between the source and destination node. It is a new set of architectural that making use of broadcast nature of wireless channel. It could deal with munication in the pattern of distributed antennas. It also could get the same advantages in the MIMO system. This point could bring different kinds of new munications technology. It could gain the capacity of munication, transmission rate and properties. It also could reduce the deterioration of battery and prolong the life of the Internet, and improve throughput and the stability region of multiply address access project, and expand the coverage of transmission. In recent years, people do a lot of researching in cooperative munication system. This paper conducts research on DF selection relaying in cooperative munication system. At first, this paper explains the definition of MIMO and the application of it in cooperative munication system. In addition, discussing the concept of relay channel, and relaying protocol. Finally, do a research on DF selection relaying which the key is of this paper. KEY WORDS:cooperative diversity,cooperative protocols,select the DF relaying protocol第一章 緒論、背景、現(xiàn)狀 無線通信技術(shù)在近二十年來獲得迅猛的進(jìn)步。這樣的一種觀點(diǎn)能夠帶來不同的新通信技術(shù)以提高通信容量、速率和性能；降低電池?fù)p耗和延長(zhǎng)網(wǎng)路壽命；提高吞吐量和多接入方案的穩(wěn)定域；擴(kuò)展傳輸覆蓋范圍。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以相互協(xié)作進(jìn)行分布式傳輸和信息處理。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于移動(dòng)終端物理?xiàng)l件的制約，如終端的體積、功耗、多天線的位置設(shè)置等，限制了MIMO技術(shù)的應(yīng)用，為了克服這一MIMO應(yīng)用的限制，必須提出超越傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的新技術(shù)。第712周：開始寫論文，進(jìn)行不斷的修改并完成。研究協(xié)作通信系統(tǒng)中中繼協(xié)議，使得系統(tǒng)的誤碼率降低，從而使整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量增大。該技術(shù)在接收端和發(fā)射端使用多根天線，從而形成多條路徑，通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)多條路徑傳送的信號(hào)進(jìn)行形成和合并，提高了接收信號(hào)的質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳送速率。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題 目 協(xié)作通信系統(tǒng)中的選擇DF中繼協(xié)議研究 畢業(yè)任務(wù)書一、題目協(xié)作通信系統(tǒng)中的選擇DF中繼協(xié)議研究二、指導(dǎo)思想和目的要求無線通信技術(shù)在近二十年來獲得迅猛的進(jìn)步。協(xié)作通信正是在MIMO的推動(dòng)下產(chǎn)生的，它把MIMO通信技術(shù)推廣到更多的應(yīng)用場(chǎng)景中。通過對(duì)通信協(xié)議的研究，來選擇最優(yōu)的通信協(xié)議，從而進(jìn)一步推動(dòng)了協(xié)作通信技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展。,了解系統(tǒng)的信噪比和最優(yōu)功率分配。第12周：進(jìn)行最后的定稿。一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從通?？梢员豢醋鲆恍┰噲D相互通信的節(jié)點(diǎn)的集合。一個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)對(duì)于源節(jié)點(diǎn)來說可看做作一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)。近年來，人們對(duì)協(xié)作通信系統(tǒng)進(jìn)行了許多研究。它的發(fā)展離不開眾多基礎(chǔ)技術(shù)，如集成電路、能量存儲(chǔ)以及天線技術(shù)的發(fā)展。協(xié)作通信過程中一個(gè)很關(guān)鍵的方面就是對(duì)來自中繼的源節(jié)點(diǎn)的信息處理。固定中繼具有便于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是低的頻譜效率。通過對(duì)通信協(xié)議的研究，來選擇最優(yōu)的通信協(xié)議，從而進(jìn)一步推動(dòng)了協(xié)作通信技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G）以模擬式蜂窩網(wǎng)為主要特征，采用頻分多址（FDMA）模擬調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)內(nèi)用戶的動(dòng)態(tài)尋址功能，并以蜂窩式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率規(guī)劃實(shí)現(xiàn)載頻復(fù)用，滿足擴(kuò)大覆蓋范圍和滿足用戶數(shù)量增長(zhǎng)的需求。第二代移動(dòng)通信技術(shù)采用了抗干擾性能優(yōu)良的數(shù)字式調(diào)制；GMSK（GSM）、QPSK(IS95)。但社會(huì)信息化進(jìn)程越來越快，僅僅通話已不能滿足人們對(duì)信息交流的需要，除語音外，數(shù)據(jù)、圖形、圖像等各種信息都希望能隨時(shí)獲取和彼此相通，多媒體服務(wù)就變得越來越有必要。未來的無線通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)將是無處不在的，能實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、地點(diǎn)、任何業(yè)務(wù)的任意接入，能提供不同速率的多媒體業(yè)務(wù)。對(duì)多數(shù)未來無線系統(tǒng)，如移動(dòng)超寬帶、長(zhǎng)期演進(jìn)、。實(shí)際中，不是所有用戶都能保證如此高的額傳輸速率，因?yàn)樗鼈兓蛘卟荒茉谄湫⌒驮O(shè)備中安裝多天線，或者由于傳播環(huán)境限制不能夠支持MIMO，比如沒有足夠多的散射。因?yàn)橹欣^節(jié)點(diǎn)常常據(jù)源節(jié)點(diǎn)有幾個(gè)波長(zhǎng)的距離，所以中繼信道與直接信道間的衰落獨(dú)立，這就再源和目的端間引入了一個(gè)滿秩MIMO信道。這就產(chǎn)生了這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它可以被認(rèn)為是一個(gè)執(zhí)行分布式多天線的系統(tǒng)，協(xié)作節(jié)點(diǎn)為彼此產(chǎn)生了不同信號(hào)路徑。通過這些節(jié)點(diǎn)的協(xié)作，增加了系統(tǒng)的分級(jí)增益從而獲得了類似MIMO系統(tǒng)中的增益。放大轉(zhuǎn)發(fā)是個(gè)更加簡(jiǎn)單的技術(shù)，中繼放大接收到的信號(hào)并向目的轉(zhuǎn)發(fā)。 近年來一些研究者研究了無線網(wǎng)絡(luò)的容量度量問題。在另外一篇論文所總結(jié)的最近的工作中，Aeron和Saligrama提出了分布式合作方案，該方案帶來了比傳統(tǒng)多跳方案更高的吞吐量。目前大多數(shù)協(xié)作通信的文獻(xiàn)都假定系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確同步，即協(xié)作者之間、協(xié)作者和目的端之間都是同步的，但這在實(shí)際中是難以做到的。 第二，功率分配問題。到目前為止，絕大多數(shù)的協(xié)作通信研究工作都假設(shè)信道是平坦衰落的。協(xié)作通信技術(shù)的引入會(huì)導(dǎo)致基站的接收復(fù)雜度提升，因此開展關(guān)于協(xié)作方案中的信道估計(jì)和先好檢測(cè)等方面的研究很有必要?，F(xiàn)在的文獻(xiàn)往往只關(guān)注協(xié)作帶來的增益，極少有考慮協(xié)作通信的必要性，似乎協(xié)作在任何場(chǎng)景下都能帶來好處。這些相關(guān)的研究目前仍然處在初級(jí)階段，有很多的工作等待開展和討論。本章主要對(duì)空間分集、頻率分集、時(shí)間分集這三種典型的分集技術(shù)進(jìn)行分析。 由于傳播媒介帶來的有害因素，無線通信成為一種極具挑戰(zhàn)性的工作。無線通信發(fā)展至今,隨著人們對(duì)高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和服務(wù)質(zhì)量的需求不斷提高要求下一代的無線通信系統(tǒng)能夠提供更高的傳輸效率和質(zhì)量更高的無線覆蓋。多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)通過發(fā)送端和/或接收端配置的多根天線，可以實(shí)現(xiàn)空間分集，并且可以有效地提高系統(tǒng)的頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率,已經(jīng)被認(rèn)為是新一代無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過使用“伙伴”的天線來發(fā)送經(jīng)歷獨(dú)立衰落的副本,從而使單天線的移動(dòng)終端也可以實(shí)現(xiàn)空間分集。在發(fā)射端采用一副天線發(fā)射，而在接收端采用多幅天線接收。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，近年來又生產(chǎn)出定向雙極化天線。時(shí)間分集正是利用這些衰落在統(tǒng)計(jì)上互不相關(guān)的特點(diǎn)。如果發(fā)射頻率的間隔是信道相干寬帶的幾倍以上，這樣就能保證不同頻率的衰落統(tǒng)計(jì)特性是互不相關(guān)的，不同傳播環(huán)境的相干帶寬不同。頻率分集和時(shí)間分集技術(shù)雖然可以對(duì)抗無線信道的衰落，提高系統(tǒng)的性能，但并不是在任何情況下，這兩種分集方式都是有效的。近幾年無線通信業(yè)務(wù)的激增是前所未有的,為了滿足高速率多媒體通信的需求,不僅要提高數(shù)據(jù)的傳輸速率,還有調(diào)高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而受到廣泛的關(guān)注,使用空間分集技術(shù)的MIMO系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。在半雙工模式下，節(jié)點(diǎn)通過不同的時(shí)隙或頻率接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，但節(jié)點(diǎn)不能同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；而在全雙工模式下，節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。多中繼情形將在后面的章節(jié)中進(jìn)行討論。 簡(jiǎn)化協(xié)作模型 () ()其中，p是源的發(fā)射功率；x是發(fā)送的信息符號(hào)；，是加性噪聲。階段2，中繼將處理后的源信號(hào)向目的轉(zhuǎn)發(fā)，目的接收到的信號(hào)為其中，函數(shù)取決于中繼節(jié)點(diǎn)所采用的處理方式。對(duì)信道進(jìn)行平均，則在高信噪比下，譯碼轉(zhuǎn)發(fā)的中斷概率為 ()固定中繼具有易于實(shí)施的優(yōu)勢(shì)，但是也存在頻譜效率低的劣勢(shì)。選擇性DF中繼:如果中繼接收到的信號(hào)的信噪比超過了某個(gè)門限值,如果源和中繼之間的信道遭受到了嚴(yán)重的衰落,以至于接收信噪比落到門限值以下,則中繼不進(jìn)行任何操作.選擇DF中繼的中斷概率為 () 上式中所有的隨即變量都是獨(dú)立的指數(shù)隨機(jī)變量，這就使得中斷概率的計(jì)算很直接，高信噪比下中斷概率的表達(dá)式可以寫成 ()增量中繼:對(duì)于增量中繼,則向中繼發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信號(hào),這樣中繼就不用轉(zhuǎn)發(fā).在增量中繼時(shí)，如果源在階段1發(fā)送成功，則沒有階段2，源將在下一個(gè)時(shí)隙發(fā)送新的信息。因?yàn)轭l譜資源的珍貴，未來無線系統(tǒng)力爭(zhēng)達(dá)到高的帶寬效率，例如在單位信道資源上傳輸更多的比特。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)要能發(fā)送自己的信息，也能接收別的節(jié)點(diǎn)的信息，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)即是源也是目的。節(jié)點(diǎn)i和k之間的信道建模如下： ()其中， 是均勻分布的隨機(jī)過程，取值在0和2 之間。上面的信道模型符合遠(yuǎn)場(chǎng)假設(shè)。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有R(n)的流量要發(fā)送，則網(wǎng)絡(luò)總的吞吐量為 ()兩個(gè)有趣的問題是，最大可達(dá)的總吞吐量是多少？它隨著節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)是怎么變化的？更進(jìn)一步，什么樣的通信方案能夠達(dá)到這個(gè)總吞吐量。對(duì)于具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，總的網(wǎng)絡(luò)吞吐量上界為 ()這就意味著一個(gè)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)容量的度量的上界與節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)呈對(duì)數(shù)關(guān)系。這可以達(dá)到兩個(gè)目標(biāo)：使用分簇能夠獲得空間重用。網(wǎng)絡(luò)被分成每個(gè)包含M個(gè)節(jié)點(diǎn)的簇。接收簇中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)將量化接收到的觀察值，并把它轉(zhuǎn)發(fā)給目的。該源將LM個(gè)比特分成M塊，每塊L個(gè)比特。源節(jié)點(diǎn)的M塊比特就在遠(yuǎn)離目的簇的M/2個(gè)節(jié)點(diǎn)間分發(fā)。編碼后的碼字包含C個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)是高斯分布。所有的節(jié)點(diǎn)都完成這一步最多需要2nC次傳輸。注意，取決于源和目的是否在相鄰的簇內(nèi)，我們每2C次觀察包含的M/2個(gè)節(jié)點(diǎn)，或者每C次觀察包含的M個(gè)節(jié)點(diǎn)?？紤]一個(gè)包含n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò),它受到外部源節(jié)點(diǎn)的干擾,路勁衰落因子 ()假設(shè)是一組不相關(guān)的零均值且各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機(jī)過程,功率上界為 () . 對(duì)于某個(gè)常數(shù),其獨(dú)立于n,如果存在一個(gè)方案能夠以至少的概率達(dá)到總吞吐量 ()且每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要的平均功率的上界為P/n,則能夠構(gòu)造出另外的一種方案是,網(wǎng)絡(luò)達(dá)到一個(gè)更高的總吞吐量,為 (),每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要的平均功率上界仍然為P/n.階段1的分析 正如之前描述的,一簇中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)將自己的數(shù)據(jù)分成LM比特,因此每簇的總流量為L(zhǎng)MM比特,對(duì)于源和目的處于相鄰的特殊情況,:.這樣做的主要原因是為了允許簇的并行操作,這就導(dǎo)致了每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的有限干擾,然后根據(jù)引理（），對(duì)某個(gè),達(dá)到每次會(huì)話的總吞吐量的所有條件都能滿足。正是這一步使得該協(xié)議能夠達(dá)到高的容量度量。這就在源簇構(gòu)成了一個(gè)虛擬的M維天線陣。正如前面所述，每個(gè)源簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)將階段1接收到的L比特編碼成C個(gè)符號(hào)。因此，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要C或者2C個(gè)信道利用來發(fā)送信息。因此，最后最多會(huì)有2MQCM比特的流量。因此，類似于階段1，應(yīng)用引理（）的限制條件都得到滿足。因?yàn)橛^察其具有受限的功率，該功率不會(huì)隨著M去調(diào)整，因而實(shí)現(xiàn)不失真量化是有可能的，觀察值也能采用固定比特進(jìn)行編碼。在這兩個(gè)階段中，用戶通過TDMA、FDMA或者CDMA的正交信道發(fā)射信號(hào)。類似地，當(dāng)用戶2在階段1向目的發(fā)送自己的信息時(shí)，用戶1也能接收該信息并在階段2向用戶2的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。目的和中繼接收到的信息分別為，可以寫為 () ()其中 ，是源的發(fā)射功率，X是發(fā)送的信息符號(hào)，是加性噪聲。DF協(xié)議在階段2，對(duì)于DF協(xié)議，如果中繼能夠譯碼正確，則以發(fā)射功率將譯碼符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給目的