【正文】 閉式 SER 分析 采用 MPSK 調制的 DF 協(xié)作系統(tǒng)的 SER 如下： 西北工業(yè)大學明德學院 本科畢業(yè)設計論文 29 221 , 1 ,112200221 , 2 ,1 220021,1 2011sin sin11sin sin11sinp s k s d p s k s rP S Kp s k s d p s k r dp s k s rb P b PP F Fb P b PFbPF??????????? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ???? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???????? ? ?????????? () 采用 MQAM 調試的 DF 協(xié)作系統(tǒng)的 SER 為 221 , 1 ,2222002 21, 2,2 220021,2 2011si n si n112 si n 2 si n11si nQ AMQ AMQ A M s d Q A M s rQ A Msd Q A M r dsrb P b PP F FbP bPFbPF????? ?????? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???????? ? ?????????????????? ? ?????? () SER 上界及漸進近似 即使式 ()和（ ） 中的 SER 閉式表達能夠通過數值計算有效地計算出來，也是很復雜的，而且也很難對系統(tǒng)性能進行深入考察。 AF 協(xié)議 對于 AF 協(xié)議，中繼在階段 2 將接收到的信號放大并以發(fā)射功率 2P 轉發(fā)給目西北工業(yè)大學明德學院 本科畢業(yè)設計論文 28 的端。噪聲 ,sdn 和 ,srn 被建模為零均值且方差為 0N 的復高斯隨機變量。階段 2，用戶 2 幫助用戶 1 轉發(fā)信息。 上面依賴于簇中節(jié)點的量化不會引入失真，盡管節(jié)點使用的是固定 Q 比特的 量化器。節(jié)點將每個符號量化成 Q 比特。因此就構成了分布式的接收天線陣列。 在這樣的總吞吐量下，每次會話所需要的最多信道利用數位 T會話 =b1LMKM= 1b1LMK ? () 因為我們最多有 2M 次會話，考慮到 9TDMA 方案，完成具有 n 個節(jié)點的網絡在階段 1 中的全部傳輸總共需要的信道利用數為 121 111892 bbLLT M M MKK??? ? ? ? () 階段 2 的分析 這一階段產生遠程 MIMO 傳輸。每個節(jié)點需要將自己的流量分散給同簇內的其他節(jié)點，這個可以通過階段 1 中描述的方案實現。每個節(jié)點將階段 1 從源節(jié)點接收到的 L 個比特進行獨立編碼。每個源將自己的比特分發(fā)給同簇的節(jié)點 我們考慮一個具體的源節(jié)點。 使用遠距離 MIMO、我們可以達到高的空間復用增益。 分級協(xié)作協(xié)議描 述 首先，我們考慮一個具有 n 個均勻分布節(jié)點的單位面積網絡的最有網絡測量的上界。同樣， ? 表示路徑衰落指數， G 表示發(fā)射與接收端的天線增益。 網絡模型 我 們 考慮一個具有 n 個節(jié)點的網絡，這些節(jié)點均勻分布在單位面積內。 西北工業(yè)大學明德學院 本科畢業(yè)設計論文 17 其他協(xié)作策略 除了這兩種最常用的固定中繼技術 ,還有其他的中繼技術也值得關注 ,例如壓縮轉發(fā)協(xié)議和編碼協(xié)作 壓縮轉發(fā)協(xié)作和 譯碼 /放大轉發(fā)協(xié)作最主要的區(qū)別在與后者的中繼轉發(fā)的是接收信號的副本 ,而壓縮轉發(fā)的中繼轉發(fā)的是接收信號量化及壓縮后的版本 . 編碼協(xié)作不同于前述方案的地方在于這種協(xié)作應用在信道編碼這個層面上。噪聲 ,sdn 和 ,srn 被建模為零均值且方差為 0N 的復高 斯隨機變量。 協(xié)作協(xié)議 在本章，我們僅考慮網絡中只存在一個中繼協(xié)助源節(jié)點的發(fā)送。雖然空間分集具有優(yōu)良的性能，但也有它的缺點，需要在分集端假設多跟天線，并且對天線之間的距離有一定的限制，這對體積較小的移動終端來講是一個難題。實現可以將待發(fā)送的信息分別調制在頻率不相關的載波上發(fā)射， 所謂頻率不相關的載波是指當不同的載波之間的間隔大于頻率相干區(qū)間，即載波頻率的間隔應滿足 1cfB ?? ? ? ? () 式中 ， f? 為載波頻率間隔， cB 為相關帶寬 ， ?? 為最大多徑時延差。 空間分集接收的優(yōu)點是 分集增益高，缺點是還需要另外單獨的接收天線。分集增益通過網內移動終端的相互協(xié)作獲得網內多個移動終端組成協(xié)作伙伴 ,協(xié)作 伙伴之間對數據進行中繼轉發(fā) ,即每個移動終端都不僅發(fā)送自己的信息 ,還要發(fā)送協(xié)作“伙 伴”的信息。然而，這些解決辦法對于許多實際路徑的實現來講遠遠不夠。分集技術已廣泛應用無線通信網絡中。 今后協(xié)作通信還可用于異構融合的無線網絡，形成一種全新的智能化的網絡，這其中存在多用戶、多網絡之間的協(xié)作問題，問題的關鍵在于采用什么樣的策略盡可能公平地對待所有用戶和網絡，如何盡量減少系統(tǒng)開銷，以及如何更靈活地去適應各類網絡的接入協(xié)議等。 第四，基站的改進。以現有額同步機制，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。而協(xié)作則受益于信道的廣播特性，利用這個優(yōu)勢，它將不再把監(jiān)聽到的信號當做干擾。當采用譯碼轉發(fā)，每個中繼接收源發(fā)送的信號并進行譯碼，然后將譯碼后的信號轉發(fā)給目的，目的將接受到的所有副本進行合理的合并。中繼信息隨后在目的節(jié)點進 行組合以產生空間分集。更明確地說，滿秩 MIMO 用戶必須在移動終端上具有多天線，并且這些天線必須清楚位于基站出多天線的獨立信道的衰落情況。第三代移動通信系統(tǒng)及其下一代移動通信系統(tǒng)由于數據傳輸速率高，對分集技術等抗干擾手段提出了更高的要求。 第二代移動通信系統(tǒng) (2G)以數字化蜂窩網為主要特征，采用時分多址、碼分多址數字調制方式實現對網內用戶的動態(tài)尋址功能，以數字式蜂窩網絡結構和頻率規(guī)劃實現載頻復用，并采用獨立信道傳送信令，從而提高 了系統(tǒng)容量，使系統(tǒng)性能大為改善。 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，從而使整個系統(tǒng) 的吞吐量增大。協(xié)作通信正是在 MIMO 的推動下產生的，它把 MIMO 通信技術推廣到 更多的應用場景中。這樣的一種觀點能夠帶來不同的新通信技術以提高通信容量、速率和性能 ； 降低電池損耗和延長網路壽命；提高吞吐量和多接入方案的穩(wěn)定域；擴展傳輸覆蓋范圍 。但在實際應用中，由于移動終端物理條件的制約，如終端的體積、功耗、多天線的位置設置等，限制了 MIMO 技術的應用，為了克服這一 MIMO 應用的限制，必須提出超越傳統(tǒng)點對點通信的新技術。 。該技術在接收端和發(fā)射端使用多根天線，從而形成多條路徑，通過數字信號處理技術對多條路徑傳送的信號進行形成和 合并，提高了接收信號的質量和數據傳送速率。協(xié)作通信正是在 MIMO 的推動下產生的，它把 MIMO 通信技術推廣到更多的應用場景中。 DF 中繼協(xié)議進行分析 ,了解系統(tǒng)的信噪比和最優(yōu)功率分配 。 一個無線網絡系統(tǒng)從通?？梢员豢醋鲆恍┰噲D相互通信的節(jié)點的集合。近年來，人們對協(xié)作通信系統(tǒng)進行了許多研究。協(xié)作通信過程中一個很關鍵的方面就是對來自中繼的源節(jié)點的信息處理。通過對通信協(xié)議的研究， 來選擇最優(yōu)的通 信協(xié)議，從而進一步推動了協(xié)作通信技術的演進與發(fā)展。第二代移動通信技術采用了抗干擾性能優(yōu)良的數字式調制；GMSK（ GSM）、 QPSK(IS95)。 西北工業(yè)大學明德學院 本科畢業(yè)設計論文 6 未來的無線通信系統(tǒng)與網絡將是無處不在的，能實現任何時間、地點、任何業(yè)務的任意接入，能提供不同速率的多媒體業(yè)務。實際中，不是所有用戶都能保證如此高的額傳輸速率，因 為它們或者不能在其小型設備中安裝多天線，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。這就產生了這樣一個網絡，它可以被認為 是一個執(zhí)行分布式多天線的系統(tǒng)，協(xié)作節(jié)點為彼此產生了不同信號路徑。放大轉發(fā)是個更加簡單的技術，中繼放大接收到的信號并向目的轉發(fā)。在另外一篇論文所總結的最近的工作中， 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。 第二，功率分配問題。協(xié)作通信技術的引入會導致基站的接收復雜度提升，因此開展關于協(xié)作方案中的信道估計和先好檢測等方面的研究很有必要。這些 相關的研究目前仍然處在初級階段，有很多的工作等待開展和討論。本章主要對空間分集、頻率分集、 時間分集這三種典型的分集技術進行分析。 協(xié)作分集技術 無線通信發(fā)展至今 ,隨著人們對高速率數據業(yè)務和服務質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量更高的無線覆蓋。通過使用“伙伴”的天線來發(fā)送經歷獨立衰落的副本 ,從而使單天線的移動終端也可以實現空間分集。為了克服這個缺點，近年來又生產出定向雙極化天線。 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)計特性是互不相關的，不同傳播環(huán)境的相干帶寬不同。 協(xié)作通信 近 幾年無線通信業(yè)務的激增是前所未有的 ,為了滿足高速率多媒體通信的需求 ,不僅要提高數據的傳輸速率 ,還有調高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,避免衰落 .其中 ,無線通信中的環(huán)境的特殊性決定了協(xié)作分集的重要性 .其中空間分集技術由于無需占用額外的時間和頻率資源的特性 ,而受到廣泛的關注 ,使用空間分集技術的 MIMO系統(tǒng)的優(yōu)點已經被廣泛的應用 。多中繼情形將在后面的章節(jié)中進行討論。 階段 2，中繼將處理后的源信號向目的轉發(fā)，目的接收到的信號為 ? ?, , , ,r d r d s r r dy h q y n?? 其中，函數 ??q 取決于中繼節(jié)點所采用的處理方式。 自適應協(xié)作策略 選 擇性 DF 中繼 選擇性 DF 中繼 :如果中繼接收到的信號的信噪比超過了某個門限值 ,則中繼解碼接收信號并將解碼信息轉發(fā)給目的 .反之 ,如果源和中繼之間的信道遭受到了嚴重的衰落 ,以至于接收 信噪比落到門限值以下 ,則中繼不進行任何操作 . 選擇 DF 中繼的中斷概率為 ? ? ? ? ? ?22,1 1 1 2 |2S D F s d s dP I R P b h R h g??? ? ? ? ? ? ?????? ?2,r s rP h g?? ? ? ? ?2 2 2, , ,1 1 1 2 |2 s d r d s dP b h h R h g??? ? ? ? ? ? ? ?????? ?2,r s rP h g???????? () 上式中所有的隨即變量 都是獨立的指數隨機變量，這就使得中斷概率的計算很直接，高信噪比下中斷概率的表達式可以寫成 ? ?SDFP I R?? ? ? 222 2,2 2 2, , ,212Rs r r ds d s r r d??? ? ???? ???????????? () 增量中繼 增量中繼 :對于增量中繼 ,假設目的到中繼間存在一個反饋信道 .如果目的端能夠在階段 1 正確接收碼源的信息 ,則向中繼發(fā)送一個確認信號 ,這樣中繼就不用西北工業(yè)大學明德學院 本科畢業(yè)設計論文 18 轉發(fā) . 在增量中繼時，如果源在階段 1 發(fā)送成功，則沒有階段 2，源將在下一個時隙發(fā)送新的信息。網絡中的每個節(jié)點要能發(fā)送自己的信息，也能接收別的節(jié)點的信息，即每個節(jié)點即是源也是目的。 上面的信道模型符合遠場假設。 對于具有 n 個節(jié)點的網絡，總的網絡吞吐量上界為 ? ? 1T n Kn bn? () 這就意味著一個具有 n 個節(jié)點的網絡容量的度量的上界與節(jié)點個數呈對數關系。 網絡被分成每個包含 M 個節(jié)點的簇。該源將 LM 個比特分成 M 塊，每塊 L 個比特。編碼后的碼字包含 C 個符號，每個符 號是高斯分布。 注意，取決于源和目的是否在相鄰的簇內，我們每 2C 次觀察包含的 M/2 個節(jié)點，或者每 C 次觀察包含的 M 個節(jié)點。正是這一步使得該協(xié)議能夠達到高的容量度量。 正如前面所述，每個源簇內的節(jié)點將階段 1 接收到的 L 比特編碼成 C 個符號。因此，最后最多會有 2M? QCM 比特的流量。因為觀察其具有受限的功率，該功率不會隨著 M 去調整，因而實現不失真量化是有可能的，觀察值也能采用固定比特進行編碼。類似地，當用戶 2 在階段 1 向目的發(fā)送自己的信息時，用戶 1 也能接收該信息并在階段 2 向用戶 2 的節(jié)點轉發(fā)。 DF 協(xié)議 在階段 2，對于 DF 協(xié)議，如果中繼能夠譯碼正確，則以發(fā)射功率將譯碼符號轉發(fā)給目的端，否則中繼不發(fā)或保持空閑。目的端在階段 2