【正文】 這些用戶都是自私的，如果在協(xié)作中它們不能獲得任何好處，那么它們是不會(huì)拿出自己有限的資源來(lái)為別人服務(wù)的。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)依次接收到各中繼節(jié)點(diǎn)信息后 ， 對(duì)其各自到達(dá)時(shí)間作差比較 ： 22 21 2 1 = + T T t t? (311) 所得差值結(jié)果與 ? 相比較： 21221 TT??????， 說(shuō) 明 節(jié) 點(diǎn) 的 延 遲 時(shí) 間 小 ， 留 下 繼 續(xù) 比 較， 說(shuō) 明 節(jié) 點(diǎn) 2 的 延 遲 時(shí) 間 小 ， 留 下 繼 續(xù) 比 較 (312) 留下節(jié)點(diǎn) 1 繼續(xù)比較時(shí) ： 中繼節(jié)點(diǎn)排序 1+3T ? 1+T? 1+2T ? 1 2 3 分時(shí)傳送 26 協(xié)作通信的中繼選擇算法研究 23 21 3 1 = 2 +( t t )TT ? (313) 所得差值結(jié)果與 2? 相比較 ： 21232 2 3 TT??????， 說(shuō) 明 節(jié) 點(diǎn) 1 的 延 遲 時(shí) 間 小 ， 留 下 繼 續(xù) 比 較， 說(shuō) 明 節(jié) 點(diǎn) 的 延 遲 時(shí) 間 小 ， 留 下 繼 續(xù) 比 較 (314) 留下節(jié)點(diǎn) 2 繼續(xù)比較時(shí) ： 23 22 3 2 = +(t t )TT ? (315) 所得差值結(jié)果與 ? 相比較 ： 2223 TT??????， 說(shuō) 明 節(jié) 點(diǎn) 2 的 延 遲 時(shí) 間 小 ， 留 下 繼 續(xù) 比 較， 說(shuō) 明 節(jié) 點(diǎn) 3 的 延 遲 時(shí) 間 小 ， 留 下 繼 續(xù) 比 較 (316) 以此類推 ， 用所留值繼續(xù)與后面的接收時(shí)刻時(shí)間做比較 ， 直到找到最小延遲時(shí)間的中繼節(jié)點(diǎn)。為避免多中繼同傳到目的節(jié)點(diǎn)時(shí)相互干擾阻塞 ， 本文采用分時(shí)傳送的方法 ，中繼節(jié)點(diǎn) 1 接收到源節(jié)點(diǎn)信息后經(jīng)過(guò) ? 時(shí)間間隔 ， 向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ； 中繼節(jié)點(diǎn) 2 經(jīng)過(guò) 2? 間隔后 ， 向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ， 中繼節(jié) 點(diǎn) 3 經(jīng)過(guò) 3? 間隔 后 ， 向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ?? 依此類推 ，各節(jié)點(diǎn)按順序向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送。 所以選取最小時(shí)間延遲的中繼節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)的協(xié)作伙伴 ，有 望實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)作傳輸。 在有中心式控制的情況下，由于中心控制節(jié)點(diǎn)擁有信道信息，因此可以從所有可能的中繼中選擇最佳方案，以獲得額外的性能增益。 下圖為節(jié)點(diǎn)分群情況模型， =1n （ n 為協(xié)作節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)）： 24 協(xié)作通信的中繼選擇算法研究 圖 1+3T ? 節(jié)點(diǎn)分群 針對(duì)分布式情況下提出一種簡(jiǎn)單的靜態(tài)協(xié)同節(jié)點(diǎn)選擇策略，該策略可以確保網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都能獲得 +1n 的分集增益 ， n 為協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。 因而，雖然 匈牙利算法 選擇的依據(jù)是中斷概率的近似表達(dá)式，但在信噪比較大或速率較小時(shí)，其中斷概率的性能優(yōu)于貪婪 算 法。同時(shí) ， 對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的中斷概率求平均也加大了計(jì)算量。 第三步：尋找某一個(gè)用戶，使得將當(dāng)前用戶的協(xié)作伙伴和找到的這個(gè)用戶的協(xié)作伙伴交換之后，能夠減小網(wǎng)絡(luò)的平均中斷概率。而且和原算法相比，在中繼選擇失敗概率大大下降的同時(shí)，新增的時(shí)延開(kāi)銷是非常小的。具體算法流程如下： （ 1） 每個(gè)候選中繼 i 通過(guò)監(jiān)聽(tīng) RTS 和 CTS 分組來(lái)測(cè)量信道增益 sia 和 ida ，并計(jì)算信道質(zhì)量參數(shù) ih ，啟動(dòng)定時(shí)器 iT ； （ 2）當(dāng)最小的定時(shí)器超時(shí)后，對(duì)應(yīng)的最佳中繼 b 向源站發(fā)送一個(gè)包含其自身標(biāo)識(shí)信息的標(biāo)志分組，并啟動(dòng)初始值為 TAC 的確認(rèn)定時(shí)器； （ 3）在收到一個(gè)正確的標(biāo)志分組之后，源站向所有中繼廣播確認(rèn)消息 ACK，其中包含被源站所確認(rèn)的最佳中繼 b 的標(biāo)識(shí)信息； （ 4）其他中繼 j 在收到來(lái)自中繼 b 的標(biāo)志分組后取消定時(shí)器 jT ，放棄競(jìng)爭(zhēng)；沒(méi)收到來(lái)自中繼 b 的標(biāo)志分組的中繼在收到源站對(duì)最佳中繼的確認(rèn)消息 ACK 之后，取消定時(shí)器，并放棄競(jìng)爭(zhēng)； （ 5）如果中繼 b 在定時(shí)器 ACKT 超時(shí)之前收到了源站的確認(rèn)消息，則取消定時(shí)器 ACKT ，參與后面源站和目的站之間的協(xié)同通信；否則，退避一段時(shí)間，并在之后的某個(gè)隨機(jī)時(shí)隙 ? ?1,kK? 重新發(fā)出標(biāo)志分組。但是當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)最佳中繼時(shí)，很可能出現(xiàn)沖突，從而導(dǎo)致選擇失敗，而且隨著競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加失敗概率也明顯提高。顯然，沖突概率與 λ 的取值密切相關(guān)。如果節(jié)點(diǎn) j 的定時(shí)器在 []內(nèi)超時(shí) ,就會(huì)有沖突發(fā)生。 20 協(xié)作通信的中繼選擇算法研究 中 繼 節(jié) 點(diǎn) i源 節(jié) 點(diǎn)目 的 節(jié) 點(diǎn)中 繼 節(jié) 點(diǎn) j直 接 鏈 路K T 時(shí) 刻 最 佳 鏈 路2,ida2,sia( K + 1 ) T 時(shí) 刻 最 佳 鏈 路 圖 機(jī)會(huì)中繼系統(tǒng)模型 通過(guò)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自源站的 RTS 分組和目的站的 CTS 分組，節(jié)點(diǎn) i可以分別獲得源站和中繼節(jié)點(diǎn) i 之間的信道信息 sia 及中繼節(jié)點(diǎn) i 和目的站 d 之間的信道信息 ida 。與用戶端協(xié)作相比，基站端協(xié)作更易實(shí)現(xiàn)，且付出的代價(jià)相對(duì)較低。例如，在蜂窩網(wǎng)中無(wú)論固定的還是移動(dòng)的中繼節(jié)點(diǎn)大多是有能量支持的，并且中繼節(jié)點(diǎn)上大多可能配備多根天線，擁有相對(duì)較強(qiáng)處理和傳輸能力， 因此可以將較多的工作轉(zhuǎn)移到中繼節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行，從而降低移動(dòng)終端的復(fù)雜度和能量消耗，同時(shí)為移動(dòng)終端提供較好的 QoS 保障。 使用單節(jié)點(diǎn)協(xié)同使得接收端的天線易于實(shí)現(xiàn)，單中繼的選擇需要知道各個(gè)信道的信道信息，并按照某種規(guī)律進(jìn)行排序，最 后在其中選出一個(gè)最優(yōu)節(jié)點(diǎn)。這直接影響到合作的節(jié)點(diǎn)選擇算法的備選集合。分布式 算法 是信息節(jié)點(diǎn)之間的交流和協(xié)調(diào)，該節(jié)點(diǎn)可以決定是否同意和與誰(shuí)合作。關(guān)于中繼節(jié)點(diǎn)的選擇算法，依據(jù)于不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有不同的類型。信號(hào)從源節(jié)點(diǎn)（ S）傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)（ D） 要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟： 源 1源 m源 2終 1終 m終 2中 繼 1中 繼 m中 繼 2M候 選 中 繼被 選 中 繼 圖 中繼網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)模型 18 協(xié)作通信的中繼選擇算法研究 第一步，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送訓(xùn)練序列，候選中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)訓(xùn)練序列，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)從中選擇 m 個(gè)合適的源節(jié)點(diǎn) 和中繼節(jié)點(diǎn)，通過(guò)反向鏈路將選擇的節(jié)點(diǎn)信息反饋到相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)和中繼 節(jié)點(diǎn)。 降低干擾 /較低的發(fā)送功率：蜂窩網(wǎng)和無(wú)線局域網(wǎng) (WLAN)中的用戶采用協(xié)作分集可對(duì)頻率資源更加有效地再利用，同時(shí)可降低用戶發(fā)送功率，減小小區(qū)間的干擾，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。第四，重點(diǎn)介紹了協(xié)作通信中的中繼轉(zhuǎn)發(fā)策略，尤其是固定中繼轉(zhuǎn)發(fā)策略中的 AF、 DF、 CC，并對(duì)其進(jìn)行了總結(jié)和對(duì)比。可以看出 ： 對(duì)于增量中繼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議來(lái)說(shuō)，中繼無(wú)需一直進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，它的轉(zhuǎn)發(fā)是隨機(jī)的。通過(guò)設(shè)定門(mén)限值，選擇性轉(zhuǎn)發(fā) 策略 避免了轉(zhuǎn)發(fā)譯碼錯(cuò)誤的符號(hào)這一存在于固定 DF 中的嚴(yán)重問(wèn)題，提高了DF 的中繼性能。通常主要考慮兩種策略：選擇性 DF 轉(zhuǎn)發(fā) 策略 和增量中繼轉(zhuǎn)發(fā) 策略 。同時(shí) CC也有很大的缺點(diǎn)，那就是由于中繼節(jié)點(diǎn)要先編碼再解碼，導(dǎo)致了較高的復(fù)雜度，中繼節(jié)點(diǎn)處理信號(hào)的過(guò)程也必然會(huì)導(dǎo)致時(shí)延增大。 （ DF）是 AF 模式的一個(gè)改進(jìn)，較為復(fù)雜，它首先在轉(zhuǎn)發(fā)之前除去了噪聲的影響。當(dāng)他們之間的信道質(zhì)量非常惡劣時(shí)，該機(jī)制自動(dòng)恢復(fù)到非編碼協(xié)作模式，繼續(xù)傳遞自己的后續(xù)信息。 圖 是 DF 協(xié)作的原理圖。圖 是 AF 協(xié)作的原理圖，中繼節(jié)點(diǎn) R 直接對(duì)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的 S 進(jìn)行幅度放大，然后傳送給目的節(jié)點(diǎn) D。在本論文中介紹的所有 算法中，都是基于固定中繼的 。它們分別為零均值且方差為 2,sd? 和2,sr? 的復(fù)高斯隨機(jī)變量。階段 1，源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)廣播信息。 信息傳送過(guò)程中 通常采用 TDMA 或 FDMA，以避免兩階段之間產(chǎn)生干擾。 第二章協(xié)作通信與中繼選擇概述 11 源源中繼1中繼2指定一個(gè)選擇的中繼B S / A P源 S階段1：,srh階段1： ,sdh傳統(tǒng)的直接傳輸傳 統(tǒng) 的 服 務(wù) 邊 界服 務(wù) 覆 蓋 范 圍 的 擴(kuò) 大階段2：,rdh中 繼 R 圖 直接傳輸與協(xié)作傳輸?shù)牟顒e，以及協(xié)作傳輸可能帶來(lái)的覆蓋范圍的增大 在這一部分，我們將介紹中繼信道模型。中繼信息隨后在目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組合以產(chǎn)生空間分集。協(xié)作分集技術(shù)從另一個(gè) 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(shí)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(huì)越大。協(xié)作分集為 MIMO 技術(shù)在小型移動(dòng)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)。 如圖 所示，是一個(gè)移動(dòng)終端間的協(xié)作分集，用戶 2 以廣播形式向基站發(fā)送信息，它的信息同時(shí)被基站和用戶 1 所接收，這時(shí)用戶 1 處理信息。此外，協(xié)作通信還具有能克服由于多徑而引起的信道衰落、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性、擴(kuò)大覆蓋能力、改善小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量以及提高頻譜利用率等優(yōu)勢(shì)。再者，距離基站較近的移動(dòng)終端有較好的通信能力，較遠(yuǎn)的則相對(duì)差些。從協(xié)作的對(duì)象來(lái)看，主要包括基站、移動(dòng)臺(tái)或中繼等?！?協(xié)作 ” 英文可譯為cooperative， coordinative， relative 等等，表達(dá)的 觀念 就是在一個(gè)多點(diǎn)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參與協(xié)同工作，以達(dá)到共同的或者是獨(dú)立的目的的一種策略。 第四章：主要對(duì) 中繼轉(zhuǎn)發(fā)策略 AF、 DF 和機(jī)會(huì)中繼選擇算法 作了一些簡(jiǎn)單的仿真和性能分析 。 論文的主要工作 本文主要對(duì)協(xié)作通信中繼節(jié)點(diǎn)選擇進(jìn)行 研究，綜述當(dāng)前協(xié)作通信中的 相關(guān)知識(shí)、關(guān)鍵技術(shù)和一些 中繼選擇算法，并對(duì)其進(jìn)行分析比較。 因此，源節(jié)點(diǎn)可以尋求伙伴節(jié)點(diǎn)的幫助，先把數(shù)據(jù)發(fā)給 伙伴節(jié)點(diǎn)，再由伙伴節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。其次，在中繼信道中，中繼的目的是為了幫助主信道，然而在協(xié)作通信中，整個(gè)系統(tǒng)的資源是固定的，用戶既是信息源又是中繼者。 協(xié)作通信的背景 關(guān)于協(xié)作通信的 基本思想可以追溯到 Cover 和 El Gamal 關(guān)于中繼信道的信息論特性 [2]。 (4) IEEE 提出的網(wǎng)絡(luò) MIMO 技術(shù) 網(wǎng)絡(luò) MIMO 技術(shù)通過(guò)多基站間的協(xié)作聯(lián)合處理來(lái)降低小區(qū)間干擾，提升扇區(qū)頻譜效率和小區(qū)邊緣頻譜效率，主要技術(shù)有：多基站協(xié)同的多基站預(yù)編碼技術(shù)和多基站協(xié)同的單基站預(yù)編碼技術(shù)。 CoMP 技術(shù)目前面臨的主要問(wèn)題是： 1)CoMP 技術(shù)需要多種物理層傳輸技術(shù)的支持，如適應(yīng)多小區(qū)聯(lián)合傳輸?shù)?MIMO 技術(shù)、預(yù)編碼技術(shù)、高效的信道估計(jì)和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)等。其中，多個(gè)傳輸點(diǎn)可以是具有完整資源管理模塊、基帶處理模塊和射頻單元的基站，或者是地理位置互異的多個(gè)射頻單元 RRU 及天線 (如分布式天線 )，或者是中繼節(jié)點(diǎn)。 2)基于 MIMO 預(yù)編碼的協(xié)作波束成形傳輸，簡(jiǎn)稱協(xié)作 MIMOBF，不僅需要交換業(yè)務(wù)信息，還需要交換信道信息。目前，國(guó)際上大部分研究主要集中于串行干擾抵消、并行干擾抵消、球形檢測(cè)、樹(shù)搜索檢測(cè)等方法，然而這些方法還不能提供復(fù)雜性和性能的之間的良好統(tǒng)一。例如，對(duì)于同網(wǎng)絡(luò)下的不同終端，其 天線數(shù)目可能是不同的，因而若在同一小區(qū)采用相同的 MIMO 傳輸方法，難以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)目 第一章緒論 3 標(biāo)。 MIMO 模式間的選擇一般取決于如何最大化吞吐量或覆蓋范圍。 4G 中的通信技術(shù) 為了實(shí)現(xiàn) 4G 中通信的基本要求，需要引入新的先進(jìn)的通信技術(shù)，同時(shí)調(diào)整傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，以進(jìn)一步提高無(wú)線通信系統(tǒng)的傳輸性能，適應(yīng)未來(lái)移動(dòng)通信的需求。IMTAdvanced系統(tǒng)還具有在廣泛服務(wù)和平臺(tái)下提供顯著提升 QoS的高質(zhì)量多媒體應(yīng)用的能力。IMTAdvanced 是國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU， International Telemunication Union)為滿足未來(lái) 10～ 15 年全球移動(dòng)通信需求而啟動(dòng)的 。第二代數(shù)字通信系統(tǒng)（ 2G）起源于 90 年代初，主要采用時(shí)分多址（ TDMA）和碼分多址（ CDMA）技術(shù)，其傳輸速度只有 ，最高可達(dá) 32kbps。 最初，無(wú)線通信技術(shù)是隨著技術(shù)的發(fā)展而緩慢發(fā)展的。 得出結(jié)論 ： 只有根據(jù)系統(tǒng)需求合理地選擇、配置中繼節(jié)點(diǎn)才能更好地優(yōu)化協(xié)同通信的性能。 摘要 畢業(yè)論文 協(xié)作通信的中繼選擇算法研究 摘要 近 年來(lái) ， 新興的多輸入多輸出 (Multiple Input Multiple Output, MIMO)技術(shù)為 改善通信系統(tǒng)性能、 提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量和傳輸可靠性提供了一條有效的解決途徑 。文章 簡(jiǎn)要概述了協(xié)作通信的相關(guān)技術(shù)，依據(jù)不同分類對(duì)中繼 節(jié)點(diǎn)選擇 算法進(jìn)行分類介紹 ， 并且 對(duì)近年來(lái)典型的 中繼 節(jié)點(diǎn) 選擇 算法進(jìn)行分析和比較 。自此，移動(dòng)物體之間的通信也因?yàn)槌闪巳藗冴P(guān)注的焦點(diǎn)而得到了巨大的發(fā)展，全世界科學(xué)家不斷經(jīng)歷著一代又一代新的無(wú)線通信技術(shù)的更新，人們也開(kāi)始享受無(wú)線通信帶來(lái)的各種服務(wù)。 20 世紀(jì)以來(lái)無(wú)線通信用戶成數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)趨勢(shì)，第一代通信技術(shù)起源于 80 年代，主要采用模擬和頻分多址（ FDMA）技術(shù)，僅能提供話音服務(wù)，不能傳輸數(shù)據(jù)。 4G 技術(shù)介紹 4G 技術(shù)簡(jiǎn)介 從 20 世紀(jì)末 3G 技術(shù)完成標(biāo)準(zhǔn)化之時(shí)， 4G 技術(shù)的研究工作就已經(jīng)開(kāi)始了。 IMTAdvanced 系統(tǒng)支持從低到高的移動(dòng)性的應(yīng)用和很寬范圍的數(shù)據(jù)速率，滿足多種用戶環(huán)境下用戶和業(yè)務(wù)的需求。 IMTAdvanced 的關(guān)鍵特性包括：在保持成本效率的條件下，在支持靈活廣泛的服務(wù)和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，達(dá)到