【正文】 映中等范圍內(nèi)接收信號電平平均值起伏變化的趨勢，其變化速率比信息速率慢，故又稱為慢衰落。路徑損耗是指電磁波在空問傳輸所產(chǎn)生的損耗和彌散，它屬于大尺度衰落。為了實現(xiàn)這一目標，人們已經(jīng)進行了大量的研究，提出了多種能夠擴大信道容量、改善通信質(zhì)量的新技術(shù)，包括編碼技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、信號檢測技術(shù)、復(fù)用技術(shù)及各種分集技術(shù)，其中分集技術(shù)尤為重要，這是由無線信道的衰落特性決定的。然后，基于這個簡單的 MGF 表達，得到了 采用 MPSK 和 MQAM 調(diào)制的AF 協(xié)議系統(tǒng)的閉式 SER 表達式。文獻提出在總能量受限的情況下選擇中繼節(jié)點，從而差錯概率最小。中繼選擇 (RS)方案克服了低頻譜效率的問題，大致可分為單中繼選擇 (SRS)方案和多中繼選擇 (MRS)方案。協(xié)作分集技術(shù)作為一種虛擬多天線技術(shù)，可以通過中繼節(jié)點的協(xié)作，對傳輸?shù)男畔⑦M行轉(zhuǎn)發(fā)處理，以使網(wǎng)絡(luò)用戶的能耗顯著降低，保證終端的數(shù) 據(jù)接收，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。協(xié)作分集技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前無線通信領(lǐng)域的一個新的研究熱點。在 SRS 中，文獻選擇端到端 SNR 最大的中繼節(jié)點，從而帶來全分集增益(Full diversity gain)。 通過協(xié)作通信中選擇 AF 中繼協(xié)議研究。次之，提出了 SER 近似解來顯示系統(tǒng)的漸進性能，這個近似解在高信噪比下是緊的。 在無線通信系統(tǒng)中，無線信道的衰落 特性是制約無線通信提高信號質(zhì)量和傳輸速度的主要原因。路徑損耗在有線通信中也存在，但比無線空間中的損耗要小一些。在蜂窩系統(tǒng)中，陰影衰落可以通過采用宏分集技術(shù)和功率控制來改善。在實際無線信道中這三種選擇性衰落往往同時存在，因而需要采用多種分集技西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 2 術(shù)。然而，在一些場景中，例如蜂窩系統(tǒng)上行鏈路和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由于無線終端自身體積、實現(xiàn)復(fù)雜度與功耗等岡素限制， MIM0 技術(shù)不管是目前還是未來仍然很難被廣泛應(yīng)用。 為了解決 MIMO 技術(shù)的這兩個問題，一種被稱為協(xié)作通信的新方法被提出，它利用無線通信系統(tǒng)中無線媒質(zhì)的廣播特性和具有眾多用戶的特點，能使單天線用戶獲得多天線傳輸?shù)膬?yōu)勢。首先，在傳統(tǒng)的中繼通信系統(tǒng)中，中繼節(jié)點的作用是形成主信道，它是單純作為中繼而存在的，本身沒有信息要傳送，而在協(xié)作通信中用戶既是信源又是中繼，因為每個用戶既要傳送自己的信息還要轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作伙伴的信息，中繼節(jié)點的作用是協(xié)助和增強主信道。 與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的資源分配相比，協(xié)作通信系統(tǒng)的前途更加廣闊，本論文即對協(xié)作通信系統(tǒng)中的 AF 模式下的中繼協(xié)議 展開研究。 第四章 協(xié)作通信系統(tǒng)中的選擇 AF 中繼協(xié)議的具體研究和討論。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 4 第二章 無線通信 基本介紹 無線通信的定義 無線通信 (Wireless Communication)是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領(lǐng)域中， 發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。 無線通信已經(jīng)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展演進。這些研究方向最顯著的特點之一表現(xiàn)在點對點鏈路截然相反的廣播信道特性。數(shù)字信號處理技術(shù)作為這些基礎(chǔ)技術(shù)之一，對無線通信的發(fā)展起到了巨大的推動作用。為了實現(xiàn)這一目標，人們已經(jīng)進行了大量的研究，提出了多種能夠擴大信道容量、改善通信質(zhì)量的新技術(shù)，包括編碼技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、信號檢測技術(shù)、復(fù)用技術(shù)及各 種分集技術(shù)，其中分集技術(shù)尤為重要，這是由無線信道的衰落特性決定的。路徑損耗是指電磁波在空問傳輸所產(chǎn)生的損耗和彌散，它屬于大尺度衰落。陰影衰落是指無線電波在傳播路徑上遇到起伏地形、建筑物、植被等障礙物的阻擋而引起的衰落，它反映中等范圍內(nèi)接收信號電平平均值起伏變化的趨勢，其變化速率比信息速率慢，故又稱為慢衰落。根據(jù)多徑衰落產(chǎn)生的不同條件，它分為頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落和空間選擇性衰西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 6 落，它們分別可以通過頻率分集、時間分集和空 間 分集來克服。 其中最具代表性的有蜂窩移動通信、寬帶無線接入，也包括集群通信、衛(wèi)星通信，以及手機視頻業(yè)務(wù)與技術(shù)。模擬集群通信的應(yīng)用開始得比較早，但隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字集群通信技術(shù)越來越贏得大家的關(guān)注 。涵蓋 WLAN、WPAN、 Bluetooth、 WiMAX、 RFID 等技術(shù)的發(fā)展。速率從幾十 kbit/s、幾百 kbit/s 到幾 Mbit/s 再到幾百 Mbit/s。3G 技術(shù)已經(jīng)成熟開始商用，今后 10年將與 2G 長期并存，最終逐步替代 2G。這里著重介紹 WiMAX 技術(shù)（ ）。核心網(wǎng)部分標準化尚不明朗。B3G 則以蜂窩移動通信技術(shù)為主多種無線技術(shù)集成應(yīng)用，提供全業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)速率高、覆蓋連 續(xù)。國際上對 WiMAX 監(jiān)管主要體現(xiàn)在頻譜分配方面，目前只有韓國在 20xx 年底發(fā)放了 WiBro 許可證，使用頻段為 GHz～ GHz。 相比過去的模擬集群技術(shù)，數(shù) 字集群通信在系統(tǒng)性能、用戶體驗等方面有著模擬集群不能比擬的優(yōu)點 ： (1) 數(shù)字集群采用的大區(qū)制和蜂窩小區(qū)技術(shù)頻率復(fù)用率高 。運營方式分專網(wǎng)和共網(wǎng)兩種，專網(wǎng)由某一單位獨自建設(shè)、維護和使用，共網(wǎng)由運營商負責(zé)建設(shè)和維護，多個單位通過 VPN 方式共同使用。同時積極參與 3GPPs 面向未來的 標準制訂。 發(fā)展趨勢 當(dāng)前，無線通信技術(shù)和市場飛速發(fā)展，在新技術(shù)和市場需求的共同作用下，未來的無線通信技術(shù)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)化、扁平化、 IP 化、泛在化等幾大趨勢。此外，包括超寬帶 (UWB)、藍牙等在內(nèi)的短距離無線通信為用戶提供了更高速、更快捷的無線接入。因此，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡單化、扁平化已成為未來無線通信發(fā)展的一個重要趨勢 。除此之外，全球移動用戶和業(yè)務(wù)流量將不斷增加，無線通信中不同的應(yīng)用和服務(wù)對數(shù)據(jù)速度和帶寬會產(chǎn)生不同的需求，只有使網(wǎng)絡(luò)向著全 IP 的方向演進，才能同時滿足各種高流量等級和不斷變化的需求。在未來的泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)將自然而深刻地融入人們?nèi)粘５墓ぷ骱蜕钪?，主動感知用戶場景的變化并進行信息交互，通過分析用戶的個性化要求主動地提供服務(wù)。其目的是通過采用一種新的技術(shù)達到提高通信容量 、 傳輸速率和系統(tǒng)性能；減少電池能耗和延長網(wǎng)絡(luò)壽命；提高吞吐量和多址接入方案的穩(wěn)定區(qū)；增大傳輸范圍；為多媒體通 信的信源 信道編碼提供一種折中方案。高斯白噪聲的概念 .白 指功率譜恒定 。由于 AWGN 信號易于分析、近似，因此在信號處理領(lǐng)域，對信號處理系統(tǒng)（如濾波器、低噪音高頻放大器、無線信號傳輸?shù)龋┑脑肼曅阅艿暮唵畏治?(如：信噪比分析 )中，一般可假設(shè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪音或受到的噪音信號干擾在某頻段或限制條件之下是高斯白噪聲。準確確定小區(qū)的覆蓋范圍是衡量整個系統(tǒng)性能的關(guān)鍵 ,也是其它各項技術(shù)如功率控制、小區(qū)軟切換、快速實現(xiàn)小區(qū) “軟容量 ”等的基礎(chǔ)。 無線信道的分集 正如我們所解釋的，無線衰落信道所呈現(xiàn)的挑戰(zhàn)隨著時間的推移不斷發(fā)生變化。用這種方法，至少有一個足夠強的路徑的有機會 提高。 時間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信道，它是將同一信號相隔一定的時隙進行多次重發(fā)，只要各次發(fā)送的時間間隔大于信道的相干時間（相干時間定義 ：多普勒頻展的倒數(shù)），則在接收端就可以獲得衰落特性相互獨立的幾個信號。同樣，為了保證重復(fù)符號在不相關(guān)的信道中實現(xiàn)，符號流的傳輸過程中要用到適當(dāng)?shù)慕豢棥? 空間分集：也稱天線分集，利用在不同地點的接收天線進行分集接收的方式。隨著移動臺的移動，瑞利衰落隨信號瞬時值快速變動，而對數(shù)正態(tài)衰落隨信號平均值（中值）變動。當(dāng)使用兩個接收信道時，它們 受到的衰落影響是不相關(guān)的，且二者在同一時刻經(jīng)受深衰落谷點影響的可能性也很小，因此這一設(shè)想引出了利用兩副接收天線的方案，獨立地接收同一 信號，再合并輸出，衰落的程度能被大大地減小，這就是空間分集， 空間分集是利用場強隨空間的隨機變化實現(xiàn)的，空間距離越大，多徑傳播的差異就越大，所接收場強的相關(guān)性就越小。 空間分集分為空間分集發(fā)送和空間分集接收兩個系統(tǒng)。空間分集接收的優(yōu)點是分集增益高，缺點是還需另外單獨的接收天線。接收端天線之間的距離 d≥λ/2（ λ 為工作波長），以保證接收天線輸出信號的衰落特性是相互獨立的，也就是說，當(dāng)某一副接收天線的輸出信號很低時，其他接收天線的輸出則不一定在這同一時刻也出現(xiàn)幅度低的現(xiàn)象，經(jīng)相應(yīng)的合并電路從中選出信號幅度較大、信噪比最佳的一路，得到一個總的接收天線輸出信號。兩個在同一地點、極化方 向相互正交的天線發(fā)出的信號呈現(xiàn)出互不相關(guān)衰落特性。分集增益依賴于天線間不相關(guān)特性的好壞，通過在水平或垂直方向上天線位置間的分離來實現(xiàn)空間分集。該分集增益依賴于雙極化天線中兩個交叉極化輻射源是否在相同的覆蓋區(qū)域內(nèi)提供了相同的信號場強。雙極化天線在整個扇區(qū)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 范圍內(nèi)的正交特性，即兩個分集接收天線端口信號的不相關(guān)性，決定了雙極化天線總的分集效果。 MIMO 系統(tǒng)的產(chǎn)生及其應(yīng)運 MIMO 的產(chǎn)生 MIMO(MultipleInput MultipleOutput)系統(tǒng)，該技術(shù)最早是由 Marconi 于1908 年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。 MIMO(MultipleInput MultipleOutput)系統(tǒng)是一項運用于 的核心技術(shù)。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的 SISO(SingleInput SingleOutput)系統(tǒng)， MIMO 還可以包括SIMO(SingleInput MultipleOutput)系統(tǒng)和 MISO(MultipleInput SingleOutput)系統(tǒng)。 ML算法具有很好的譯碼性能，但是復(fù)雜度比較大，對于實時性要求較高的無線通信不能滿足要西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 求。目前 MIMO 技術(shù)領(lǐng)域另一個研究熱點就是空時編碼。這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理?；就ㄟ^天線陣列與小區(qū)內(nèi)的具有多個天線的移動臺進行 MIMO 通信。 在采用分布式 MIMO 的 DWCS 系統(tǒng)中，分散在小區(qū)內(nèi)的多個天線通過光纖和基站處理器相連接。總體上說，分布式 MIMO 系統(tǒng)的信道容量更大，系統(tǒng)功耗更小，系統(tǒng)覆蓋性能更好，系統(tǒng)具有更好的擴展性和靈活性。除此之外的研究內(nèi)容還包括：具體的同 步技術(shù)、信道估計、天線選擇、發(fā)射方案、信號檢測技術(shù)等，這些問題有待深入研究。在其他無線通信系統(tǒng)研究中，如超寬帶 (UWB)系統(tǒng)、感知無線電系統(tǒng) (CR)，都在考慮應(yīng)用 MIMO 技術(shù)。已有的研究表明：協(xié)作分集即使不能提升數(shù)據(jù)傳輸速率，也可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。因此人們提出了協(xié)作分集技 術(shù)，即在多用戶環(huán)境下每個單天線用戶在發(fā)送自己信息的同時也為自己的協(xié)議伙伴發(fā)送信息，這就形成了虛擬多無線系統(tǒng)。還在很大程度上取決于上層通信協(xié)議的設(shè)計．本文率先針對引入?yún)f(xié)作分集技術(shù)后給上層協(xié)議設(shè)計尤其是 MAC 協(xié)議設(shè)計帶來的諸多問題進行了系統(tǒng)地探討．在分析了基于協(xié)作分集技術(shù)的 WSN 中各種具體的通信過程的基礎(chǔ)上，本 文首次抽象出 “啞鈴模型 ”來描述新的通信模式．同時提出 “接收空間 ”和 “發(fā)送空間 ”的概念定義新的覆蓋模型。協(xié)作分集為 MIMO 技術(shù)在小型移動終端的應(yīng)用找到了新 的出路，是一種很有前途的空間分集技術(shù)。跳頻的工作原理是信號的載波頻率受偽隨機碼或某種特定跳頻圖案的控制而跳變。換句話說，怎樣去確定與哪些用戶進行協(xié)作，多長時間對合作的用戶進行重新分配。在簡單的檢測中繼模式中，基站需要知道協(xié)作終端間的信道差錯概率；在放大中繼模式中，基站要估計協(xié)作終端間信道的狀態(tài)信息；對編碼協(xié)作模式及選擇檢測中繼模式來說， 雖然基站不需要知道有關(guān)信道的信息，但它要知道移動終端之間是否進行了協(xié)作、跟誰協(xié)作，或具體一點基站需要知道第二幀的信息到底是誰的。以現(xiàn)有的同步機制，如果做到了多個協(xié)作者間的同步，就很難做到目的端與 協(xié)作者間的同步，反之亦然。首先，在傳統(tǒng)的中繼通信系統(tǒng)中，中繼節(jié)點的作用是形成主信道，它是單純作為中繼而存在的，本身沒有信息要傳送，而在協(xié)作通信中用戶既是信源又是中繼，因為每個用戶既要傳送自己的信息還要轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作伙伴的信息，中繼節(jié) 點的作用是協(xié)助和增強主信道。與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的資源分配相比，協(xié)作通信系統(tǒng)的前途更加廣闊?？梢源_定 一個與指定用戶相關(guān)的移動設(shè)備。 1979 年， Cover 和 Gamal 在對中繼信道的研究中，首次提到了協(xié)作通信的模型。 協(xié)作通信在無信通信系統(tǒng)中有多種應(yīng)用，主要有固定中繼的協(xié)作通信（協(xié)作 MIMO)和用戶終端間的協(xié)作通信（多用戶協(xié)作）兩種方式。 協(xié)作通信的協(xié)議 根據(jù)中繼節(jié)點對源節(jié)點信息處理方式的不同可分為放大轉(zhuǎn)發(fā) (AF)、解碼轉(zhuǎn)發(fā) (DF)、編碼協(xié)作 (CC)、空時編碼協(xié)作 (STCC)和網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作 (NCC)等多種方式。由于中繼節(jié)點在放大信號的同時也放大了源 中繼信道引入的噪聲，因此 AF 方式存在著噪聲傳播效應(yīng)。 DF 方式不會帶來噪聲傳播問題，但受源 中繼端信道傳輸性能影響較大，若編碼方式不采用 CRC（ Cyclical Redundancy Check)碼，得不到滿分集階數(shù)。然后再將其獲得的信息重新編碼，以一定功率發(fā)送給用戶端。 STCC（空時編碼協(xié)作）將空時編碼思想應(yīng)用到編碼協(xié)作方式中；與一般編碼協(xié)作方式最大的不同：每個移動終端可在自己和其協(xié)作伙伴的多址信道上同時發(fā)送信息；而在一般編碼協(xié)作方式中，移動終端只能在自己的多址信道發(fā)送協(xié)作信息。網(wǎng)絡(luò)