【正文】 編碼的核心思想：中間節(jié)點不再是簡單的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，而是將接收信息進行編碼后再發(fā)送，從而可提高整個網(wǎng)絡(luò)的容量和健壯性。綜合考慮多種因素， AF 與 DF 兩種方式更實用一些。 中繼信道的原理 在中繼的無線系統(tǒng)中，每個用戶只是在有呼叫時才分配一個信道，一旦通話終止，原先占用的信道就立即回到可用信道庫中。當(dāng)電話線路減少時，對于一個特定的用戶，所有線路都忙的可能性變大。 中繼信道可以說是源與目的之間直接信道的一個輔助信道。另一種處理方式是中繼將接收到的信號量化并重新編碼后發(fā)送給接收機。尤其當(dāng)源到目的的信道不是很差 的時候，因為在這樣的場景下，源發(fā)送到目的大部分信息可以被目的正確接收，則中繼的轉(zhuǎn)發(fā)就浪費了。這種情況下，一個從目的到源的反饋信道是有必要的。 ,sdn , ,srn 表示零均值且方差為 0N 的加性高斯白噪聲。源到目的信噪比為 2, sdsdSN R h?? （ 43）其中 0/PN?? 。中繼只是簡單地將接收信號用一個因子量化，該因子與接收功率成反比，可表示為 2,0r srPP h N? ? ? （ 42） 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 26 因此，中繼發(fā)送的信號為 r? ,sry ，發(fā)射功率 P 與源的發(fā)射功率相同。放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼信道可以建模如下。 在選擇中繼方案中，如果中繼接收到的信噪比超過了某個門限，則中繼對信號進行譯碼轉(zhuǎn)發(fā)。 中繼具有便于實施的優(yōu)點，但其缺點是低的頻譜效率。中繼的處理根據(jù)所采用的協(xié)議而有所不同。在一些系統(tǒng)中，可能用排隊的方法來保存正在請求通話的用戶信息，直到有信道為止。電話公司根據(jù)中繼理論來決定那些有成百上千臺電話的辦公大樓所需分配的線路數(shù)目。中繼線是承載多條邏輯鏈路的一條物理連接。因此，網(wǎng)絡(luò)編碼和協(xié)同通信技術(shù)相結(jié)合可有效提高無線通信系統(tǒng)的性能。研究表明，空時編碼協(xié)作方式在快衰落環(huán)境下也可以獲得 滿分集增益，并且不會犧牲信道質(zhì)量相對較好的移動終端的性能。 當(dāng)這一操作無法實現(xiàn)時，用戶就自動返回到非編碼協(xié)同模式，傳輸自己后續(xù)的信息。這表明源 中繼節(jié)點信道傳輸特性的好壞對 DF 方式協(xié)同通信系統(tǒng)的性能有很大影響。如果數(shù)據(jù)不正確即將幀丟棄。 AF 也被稱作非再生中繼方式，其本質(zhì)是一種模擬信號的處理方式。另外，在多跳無線通信網(wǎng)絡(luò)中，為提高傳輸速率，提出了多用戶協(xié)作分集即多個用戶相互協(xié)作從而實現(xiàn)類似 MIMO 的傳輸方案以 獲得分集增益。而后對協(xié)作通信的研究基本都以此為基礎(chǔ)。通過使用中間客戶機作為通信中介，可以在發(fā)起客戶機與移動設(shè)備之間傳送至少一個協(xié)作消息。 一種建立協(xié)作通信的方法包括接收來自發(fā)起客戶機的與指定用戶進行協(xié)作通信的請求的步驟。協(xié)作通信具有非常廣闊的應(yīng)用前景，可應(yīng)用于蜂窩移動通信系統(tǒng)、無線 Adhoc 網(wǎng)絡(luò)、無線 Sensor 網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)等多種場合。但是，對于自組織網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，多個用戶間的同步就更為困難。但這在實際中是難以實現(xiàn)的。而對于像 Ad Hoc 這樣的非集中控制網(wǎng)絡(luò)，它們需要一個分布式的協(xié)作協(xié)議，用戶可以在任意時間獨立的決定與哪一個用戶進行 協(xié)作該分布式協(xié)議的難點是在不增加額外系統(tǒng)資源的前提下，如何保證所有用戶的公平性。協(xié)作分集技術(shù)從另一個角度可以看作是根據(jù)一定的準(zhǔn)則（某種特定空跳圖案），用戶信息在空間方位上的跳變，其空跳增益可以根據(jù)跳頻、跳時的結(jié)論推出，隨著參與用戶數(shù)、空跳幅度以及跳速的提高，空跳增益將會越大。 此外，協(xié)作分集的思想還可以應(yīng)用于抗干擾通信中。 協(xié)作分集的優(yōu)點 促進 MIMO 技術(shù)的實用化是協(xié)作分集最大的好處，它有可能帶來無線通信領(lǐng)域的巨大變革。 協(xié)作分集技術(shù)是該領(lǐng)域最新的技術(shù)發(fā)展趨勢。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 18 研究表明，分集技術(shù)能夠有效的抵抗無線通信多徑衰落帶來的影響，由此人們引出了多輸入輸出（ MIMO）技術(shù)，它能夠利用無線通信中的多徑提供分集增益，從而提高通信速率和質(zhì)量。目前，如何在保證一定的系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上降低 MIMO 技術(shù)的算法復(fù)雜度和實現(xiàn)復(fù)雜度，成為業(yè)界面對的巨大挑戰(zhàn)。在無線寬帶移動通信系統(tǒng)方面，第 3 代移動通信合作計劃 (3GPP)已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)中加入了 MIMO 技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容， B3G 和 4G 的系統(tǒng)中也將應(yīng)用 MIMO 技術(shù)。移動臺和小區(qū)內(nèi)鄰近的天線建立的 MIMO 鏈路，由于基站不同天線的位置不同，它們距離移動臺的距離不同，使得基站端的多個天線的信號到達(dá)移動臺的延時也不同，因此帶來新的研究問題。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不僅具備了傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)的優(yōu)勢，減少了路徑損耗，克服了陰影效應(yīng)，同時還通過 MIMO 技術(shù)顯著西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 17 提高了信道容量。 傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)可以克服大尺度衰落和陰影衰落造成的信道路徑損耗，能夠在小區(qū)內(nèi)形成良好的系統(tǒng)覆蓋，解決小區(qū)內(nèi)的通信死角，提高通信服務(wù) 質(zhì)量。應(yīng)用 MIMO 技術(shù)的無線寬帶移動通信系統(tǒng)從基站端的多天線放置方法上可以分為兩大類：一類是多個基站天線集中排列形成天線陣列，放置于覆蓋小區(qū)，這一類可以稱為集中式 MIMO；另一類是基站的多個天線分散放置在 覆蓋小區(qū)，可以稱為分布式 MIMO。空時碼的主要思想是利用空間和時間上 的編碼實現(xiàn)一定的空間分集和時間分集 ，從而降低信道誤碼率。性能和復(fù)雜度最優(yōu)的就是 BLAST 算法。前者是利用 MIMO 信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用 MIMO 信道提供的空間分集增益。同時，專有 MIMO 技術(shù)可改進已有 。利用 MIMO 信道可以成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。 分集天線把多徑信號分離出來，使其互不相干，然后通過合并技術(shù)將分離出來的信號合并起來，獲得最大的信噪比收益。扇區(qū)及切換重疊區(qū)內(nèi)保持很好的水平跟蹤特性，代替空間分集天線所取得的覆蓋效果。若采用交叉極化天線，同樣需要滿足這種隔離度要求。所謂定向雙極化天線就是把垂直極化和水平極化兩副接收天線集成到一個物理實體中，通過極化分集接收來達(dá)到空間分集接收的效果，所以極化分集實際上是空間分集的特殊情況?？臻g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。 空間分集接受是利用多副接收天線來實現(xiàn)的。接收端天線之間的西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 距離應(yīng)大于波長的一半，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。經(jīng)過測試和統(tǒng)計， CCIR 建議為了獲得滿意的分集效果，移動單元兩天線間距大于 個波長，即 d＞ ，并且最好選在 l/4 的奇數(shù)倍附近。而采用分集方法即在若干個支路上接收相互問相關(guān)性很小的載有同一消息的信號，然后通過合并技術(shù)再將各個支路信號合并輸出，那么便可在接收終端上大大降低深衰落的概率。為保證接收信號的不相關(guān)性，這就要求天線之間的距離足夠大，在理想情況下，接收天線之間的距離只要波長 λ 的一半就可以了。 在發(fā)信端將一個信號利用兩個間隔較大的發(fā)信頻率同時發(fā)射，在收 信端同 時 接收這兩個射頻信號后合成，由于工作頻率不同，電磁波之間的相關(guān)性極小，各電磁波的衰落概率也不同。這意味著在遠(yuǎn)大于相干時間的獨立時間內(nèi)，兩個符號將經(jīng)歷高度相關(guān)的信道實現(xiàn)，因此可以用來獲得分集。 時間分集： 是被 CDMA 系統(tǒng)使用用來克服多路徑衰減的技術(shù)。然而這些解決辦法對于許多實際路徑的實現(xiàn)來講還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 小尺度傳播效應(yīng)，無線信道的主 要特征是多徑，多徑性指的是由于同一傳輸信號沿兩個或多個路徑傳播，以微小的時間差到達(dá)接收機的信號相互干涉所引起的。該模型主要用于預(yù)測平均場強并估計無線覆蓋范圍 ,如用于電信運營商的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計、預(yù)測覆蓋。因其可加性、幅度 服從高斯分布且為白噪聲的一種而得名。無線信號的影響有噪聲衰減損失和干擾。 無線信道 無線信道定義 信道是對無線通信中發(fā)送端和接收端之間的通路的一 種形象比喻，對于無線電波而言，它從發(fā)送端傳送到接收端，其間并沒有一個有形的連接，它的傳播路徑也有可能不只一條，但是我們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋霭l(fā)送端與接收端之間的工作，我們想象兩者之間有一個看不見的道路銜接，把這條銜接西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 通路稱為信道 。 （ 4） 泛在化隨著 IT 產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展，信息逐漸 滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗I(yè)界希望最終能夠形成具備互操作的、融合的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)，這將使得企業(yè)節(jié)省大量的投資，控制成本和風(fēng)險，對最終用戶實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)的漫游和業(yè)務(wù)接入。 （ 2） 扁平化未來無線通信的發(fā)展中，扁平化也是一個 重要的特征。為了適應(yīng)不同的通信環(huán)境以及滿足用戶業(yè)務(wù)的寬帶化、個性化、智能化要求，無線接入網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了多種技術(shù)并存的情況。 （ 3）數(shù)字集群 :我國已經(jīng)制訂了基于 GSM（ GT800）和 CDMA（ GoTa）技術(shù)的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)。我國無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作 有下面幾點： （ 1）蜂窩移動通信 :已經(jīng)制訂了由 100 多個標(biāo)準(zhǔn)組成的 3G 系列標(biāo)準(zhǔn) 。 (3)在覆蓋漫游范圍、容量、保 密性、業(yè)務(wù)種類（數(shù)據(jù)、短消息）等方面彌補了模擬集群通信的種種不足。集群通信是多個用戶共用一組無線電信道的專用移動通信系統(tǒng)的技術(shù)，群組內(nèi)用戶共享前向信道，支持群組呼叫 。但從標(biāo)準(zhǔn)化程度、產(chǎn)品成熟度、市場應(yīng)用和頻譜情況等綜合分析， 3G 及其增強型和 B3G 等蜂窩移動通信的主導(dǎo)地位難以撼動。 WiMAX 可能的應(yīng)用包括 :接入移動通信網(wǎng)、固定網(wǎng)無線寬帶接入、單獨組網(wǎng)。 具備后向兼容 的能力，物理層主要采用 OFDM、OFDMA 技術(shù)。 （ 2）核心網(wǎng)既考慮與現(xiàn)有網(wǎng)的后向兼容，又積極向基于 IP 的方向演進以 3GPP標(biāo)準(zhǔn)為例， R99 完全與 GSM/GPRS 兼容， R4 在電路域引入軟交換， R5 保留電路域、分組域，增加 IP 多媒體子系統(tǒng)（ IMS)。第一代模擬系統(tǒng)已經(jīng)基本退出 ?？偨Y(jié)這些年來蜂窩移動通信技術(shù)的演進過程，可以得出這樣一些特點 : （ 1）無線接口頻譜效率更高，速率更快。手機視頻廣播作為一種新的無線業(yè)務(wù)與技術(shù)，正在成為目前最熱門的無線應(yīng)用之一 。寬帶無線接入也在全球不斷升溫，近幾年來我國的寬帶無線用戶數(shù)增長勢頭強勁。空間分集技術(shù)由于不需要額外占用時間和帶寬資源，并且可以方便地與其它分集方式相結(jié)合，因而更具吸引力。多徑衰落是電波在傳輸過程中受各種物體的反射和散射而產(chǎn)生的多個經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收機的信號通過矢量疊加后合成的 時變信號在時間、空間和頻率上的迅速波動。路徑損耗的大小依賴于傳輸距離，在能量受限的系統(tǒng)中，中繼傳輸是解決路徑損耗的一個很好方 法，通過在發(fā)射機和接收機之間放置一個或多個中繼節(jié)點來幫助傳輸，可以保證通信的可靠性并節(jié)約系統(tǒng)的功率消耗。分集技術(shù)通過發(fā)射或接收多個經(jīng)歷獨立衰落的信號樣本可以有效對抗無線信道中的衰落。 MIMO 技術(shù)在接收端和發(fā)射端使用使用多根天線，從而形成多條路徑，通過數(shù)字信號處理技術(shù)對多路徑傳送的信號進行形成和合并，提高了接受信號的質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 5 這種發(fā)展法導(dǎo)致了分布式通信和協(xié)作網(wǎng)絡(luò)這一新名詞的誕生。近幾年，通信技術(shù)的演進出現(xiàn)了這樣一種轉(zhuǎn)變，即研究者們 從傳統(tǒng)的由中心控制器的單獨點對點通信轉(zhuǎn)而關(guān)注整個無線 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 無線通信的發(fā)展前景和趨 勢 發(fā)展前景 由于無線通信具有可移動性及真正三維物理空間的無縫隙覆蓋能力；具有廣域復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)成能力；具有良好的靈活性與普遍服務(wù)能力。然后對未來 AF 中繼協(xié)議的發(fā)展趨勢進行了展望。 第二章 介紹無線信道的相關(guān)知識， MIMO 系統(tǒng)的產(chǎn)生和應(yīng)運以及協(xié)作分集的具體說明。協(xié)作通信具有非常廣闊的應(yīng)用前景，可應(yīng)用于蜂窩移動通信系統(tǒng)、無線 Adhoc 網(wǎng)絡(luò)、無線 Sensor 網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)等多種場合。從這個意義上講，協(xié)作通信為 MIMO多天線技術(shù)走向 實用提供了一條新的途徑。目前，由于無線通信系統(tǒng)使用的頻率較低，電波波長較長，許多無線移動終端由于尺寸限制無法安裝多個天線形成理想的天線陣列。 近年來提出的多輸入多輸出 (Multiple Input Multiple Output， MIMO)天線技術(shù)是一種空間分集技術(shù)，它通過在接收端和發(fā)射端安裝多個天線進行發(fā)射和接收信號，充分利用了系統(tǒng)的空間資源，從而可 以大幅度提高系統(tǒng)的功率效率和頻譜效率。由于多徑衰落變化速度快，因而對系統(tǒng)的影響最大且最難克服。在多用戶網(wǎng)絡(luò)中，中繼傳輸也可以通過用戶之間的相互協(xié)作來實現(xiàn)。無線通信系統(tǒng)中存在三類不同層次的衰落，分別是路徑損耗、陰影衰落和多徑衰落。 關(guān)鍵詞 ：協(xié)作通信 ，中繼選擇， 放大轉(zhuǎn)發(fā)，協(xié)作分集 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 II ABSTRACT To the imple