【正文】 一樣提升系統(tǒng)容量、增大數(shù)據(jù)傳輸速率、有效對抗衰落以及降低系統(tǒng)的服務(wù)中斷概率，提高系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量和可靠性等。當(dāng)然用戶2作為信源的情況，與上述過程相似。T1在n=N/2+l，…，N時(shí)的情況類似。 DF協(xié)作分集的信道容量香農(nóng)在第二次世界大戰(zhàn)期間提出信息論，為信道容量給出了定義，并且提供了計(jì)算信道容量的數(shù)學(xué)模型。對于帶寬為WHz的連續(xù)時(shí)間信道，其等效的離散時(shí)間信道每秒包含W個(gè)2維符號。其將信息分為兩個(gè)部分，其中一部分直接發(fā)向基站，另一部分通過中繼發(fā)向基站。 DF協(xié)作分集中斷概率由信息論可知，當(dāng)信道容量C小于某個(gè)固定的目標(biāo)速率R時(shí)，無論采取何種編碼，都不可能實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸，也就是出現(xiàn)了中斷事件。已知在協(xié)作分集情況下的信道容量，在目標(biāo)速率為R時(shí)的中斷事件ID＜R可以表示為： 式（）對于瑞利衰落信道，若使用重復(fù)編碼方式進(jìn)行編碼，與上面的過程一樣，把信道容量的公式代入中斷概率的計(jì)算式中，我們可以得到系統(tǒng)中斷概率為： 式（）在高信噪比情況下，上式可等效為： 式（）由上式可以看出，中斷概率與l/SNR成正比，即在高信噪比情況下系統(tǒng)并不能提供分集增益，分集階數(shù)為l，并沒有分集增益。因此，結(jié)合信號處理技術(shù)，研究無線網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作通信機(jī)制、協(xié)作方案及其性能具有重要的理論意義和參考價(jià)值。它起源于矩陣運(yùn)算，并已經(jīng)發(fā)展成一種高度集成的計(jì)算機(jī)語言。與利用C語言或FORTRAN語言作數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)相比，利用MATLAB可以節(jié)省大量的編程時(shí)間。（3）圖形句柄系統(tǒng)這是MATLAB圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括完成2D和3D數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動(dòng)畫生成、圖形顯示等功能的高層次MATLAB命令，也包括用戶對圖形圖像等對象進(jìn)行特性控制的低層次MATLAB命令，以及開發(fā)GUI應(yīng)用程序的各種工具。然而協(xié)作分集技術(shù)的引入會(huì)導(dǎo)致接收端復(fù)雜度提升，因此開展關(guān)于協(xié)作方案中的信道估計(jì)以及信號檢測等方面的研究很有必要。將其帶入信道容量的計(jì)算式得出此時(shí)信道容量。subplot(2,1,1)plot(SNRdB,CDT1,39。ylabel(39。,39。CDF2=(1/2)*log2(1+(hsd2^2)*SNR+(hrd2^2)*SNR)。)。直接傳輸39。 多中繼協(xié)作分集1. 仿真程序目前，多中繼協(xié)作分集技術(shù)是協(xié)作分集技術(shù)研究的重點(diǎn)。m1=10。SNR/dB39。legend(39。Cstc2=(1/2)*log2(1+(2/m2)*(hsr^2)*SNR)。)ylabel(39。,39。（2）當(dāng)中繼個(gè)數(shù)和衰落因子一定的情況下，隨著信噪比的增加信道容量有明顯的提高，但當(dāng)SNR增加到一定程度時(shí)，信道容量曲線趨于水平。SNR=10.^(SNRdB/10)。xlabel(39。,39。 直接傳輸與DF協(xié)作傳輸?shù)闹袛喔怕时容^ 多中繼協(xié)作分集1. 仿真程序?qū)τ诙嘀欣^協(xié)作分集中斷概率的研究與信道容量的研究過程相似，首先我們考慮影響中斷概率的因素有哪些。Pstc1=((2^21)./(2*SNR/m)).^(mDS11)*^(mDS1)。ylabel(39。,39。39。)。ylabel(39。Pstc2=((2^21)./(2*SNR/m)).^(mDS21)*^(mDS2)。legend(39。SNR/dB39。DS1=2。當(dāng)SNR增加到足夠大時(shí)，中斷概率接近于0。legend(39。39。將這些參數(shù)代入中斷概率計(jì)算公式中分別計(jì)算直接傳輸和DF協(xié)作傳輸情況下的中斷概率。 不同中繼個(gè)數(shù)下重復(fù)編碼和空時(shí)編碼的信道容量的比較由上圖可得出以下兩個(gè)結(jié)論：（1）當(dāng)信噪比和衰落因子一定的情況下，隨著中繼個(gè)數(shù)的增加信道容量有輕微的減小，這與理論結(jié)果相符。legend(39。xlabel(39。m2=30。中繼個(gè)數(shù)m=1039。39。hsr=。 不同衰落因子下直傳與協(xié)傳的信道容量比較由上面的仿真結(jié)果可得，當(dāng)用戶1到基站的信道和用戶1到用戶2再到基站的信道衰落情況差不多時(shí)，直接傳輸比DF協(xié)作傳輸?shù)男诺廊萘看螅欢?dāng)用戶1到基站的信道發(fā)生明顯衰落，此時(shí)用戶1到用戶2再到基站的信道較好時(shí)，選擇協(xié)作傳輸能有效的提高信道容量。)。xlabel(39。hrd2=。legend(39。SNR/dB39。CDT1=(1/2)*log2(1+2*(hsd1^2)*SNR)。首先，當(dāng)衰落因子取值為E[hsd]=E[hsr]=E[hrd]=，根據(jù)信道容量的計(jì)算式得出此時(shí)信道容量。用戶可以根據(jù)自己的工作任務(wù)，開發(fā)自己的工具箱。利用它既可以進(jìn)行小規(guī)模編程，完成算法設(shè)計(jì)和算法實(shí)驗(yàn)的基本任務(wù)，也可以進(jìn)行大規(guī)模編程，開發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項(xiàng)操作。最后，介紹了中斷概率的計(jì)算方法，并分析了影響中斷概率的因素。在譯碼中繼集合D(s)條件下的中斷概率： 式（）其中： ， n0 式（）可以得到r在中繼轉(zhuǎn)發(fā)集合中的概率： 式（）最后可以得到總的中斷概率為： 式（） 本章小結(jié)作為無線網(wǎng)絡(luò)的前沿課題，協(xié)作通信在無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)(Wireless Local Network，WLAN)等新一代網(wǎng)絡(luò)中具有廣闊的應(yīng)用前景。1. 直接傳輸在直接傳輸情況下，我們已知信道容量，則當(dāng)目標(biāo)速率為R時(shí)，直傳通信時(shí)的中斷概率可以定義為CD＜R，表示為： 式（）當(dāng)信道經(jīng)歷的是瑞利衰落時(shí)，根據(jù)中斷概率的定義，即出現(xiàn)信息傳輸速率大于信道容量的頻率大小，得到系統(tǒng)中斷概率為： 式（）在高信噪比情況下，上式可等效為： 式（）在上式中，因?yàn)橹袛喔怕逝cSNR成反比，所以直傳模式的分集階數(shù)為1。目的節(jié)點(diǎn)處的瞬時(shí)信道容量： 式（）對于復(fù)高斯的隨機(jī)碼字分布，源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道容量為： 式（）從以上關(guān)于采用重復(fù)編碼和空時(shí)編碼方式的協(xié)作分集的信道容量的分析可以看出，它們兩者主要的區(qū)別就是空時(shí)編碼協(xié)作分集協(xié)議中所有的中繼節(jié)點(diǎn)在一個(gè)相同的子信道上同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)信息，且可以獲得全分集，其分集數(shù)為所有參加協(xié)作的節(jié)點(diǎn)數(shù)，而不是最終參與第二階段轉(zhuǎn)發(fā)過程的中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)。若使用重復(fù)編碼方式進(jìn)行編碼，中繼節(jié)點(diǎn)Tr在n=N/4+l，…，N/2時(shí)刻向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信號為： 式（）在該協(xié)議中，中繼節(jié)點(diǎn)可以對整個(gè)碼字進(jìn)行完全譯碼，也可以對逐個(gè)符號進(jìn)行譯碼。本節(jié)主要是對基于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)的多中繼協(xié)作分集的信道容量的分析。這里要注意的是：每一個(gè)用戶接收到的信號其實(shí)都是兩個(gè)用戶信號的混合。本設(shè)計(jì)中使用TDMA，所以用戶的傳輸信道為正交信道，這就使得目的端和協(xié)作用戶都能獨(dú)立的進(jìn)行譯碼。通常情況下，用戶l和用戶2可以統(tǒng)一分配系統(tǒng)功率和帶寬資源，相互幫助，以實(shí)現(xiàn)協(xié)作通信。文章的最后介紹了增強(qiáng)中繼技術(shù)，這是一種提高信道利用率的中繼選擇方法，是對原來中繼選擇方案的改良。這種形式的協(xié)議更充分的利用了信道的自由度，因?yàn)樗鼈冎辉谛枰獣r(shí)重傳，即只在目的端無法正確接收信息時(shí)發(fā)生。增強(qiáng)中繼協(xié)作分集可以認(rèn)為是對中繼方法增加了冗余或者混合自動(dòng)檢測重傳(ARQ)。中繼節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的即時(shí)信道狀況，并且在信道狀況改變之前以一種分布式的方式，決定哪一個(gè)中繼具有最好的進(jìn)行信息中繼的路徑。具體實(shí)現(xiàn)為：潛在中繼節(jié)點(diǎn)測量其與目的節(jié)點(diǎn)之間的即時(shí)信噪比，當(dāng)該信噪比大于指定門限時(shí)，他就屬于候選中繼節(jié)點(diǎn)。對于算法的法則和具體實(shí)現(xiàn)過程，我們在這里就不做詳細(xì)的介紹了。，分析給出了協(xié)作使用戶受益的區(qū)域——用戶協(xié)作區(qū)域的概念。進(jìn)一步改進(jìn)的解碼中繼模式是由Aazrain及Mrtina等提出的動(dòng)態(tài)解碼中繼模式。并且，因?yàn)檫@兩種協(xié)作方式的中繼節(jié)點(diǎn)都工作在半雙工模式，信道或帶寬利用率不高。然而，因?yàn)樗兄欣^節(jié)點(diǎn)只有在接收了源節(jié)點(diǎn)第一步傳輸?shù)男畔⑶疫M(jìn)行相應(yīng)解碼處理后，才能決定自己是否適合作為協(xié)作伙伴為源節(jié)點(diǎn)中繼信息，這對網(wǎng)絡(luò)資源是一種浪費(fèi)。分集協(xié)議按照信號處理的方式分為放大中繼協(xié)議、譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)議和編碼協(xié)作協(xié)議。協(xié)作分集就是在多用戶環(huán)境中的單天線用戶在傳輸自己的信息時(shí)，也能傳送所接收和檢測到的臨近用戶（即伙伴）的信息。 本章小結(jié)分集技術(shù)是用來補(bǔ)償衰落信道損耗的，它通過多個(gè)信道（時(shí)間、頻率或者空間）接收到承載相同信息的多個(gè)副本，由于多個(gè)信道的傳輸特性不同，信號多個(gè)副本的衰落就不會(huì)相同。以穿孔卷積碼為例，進(jìn)行協(xié)作時(shí)，第1個(gè)N/4時(shí)隙，用戶1傳送打孔過的信息位到目的端和用戶2，用戶2解調(diào)譯碼并通過CRC校驗(yàn)判斷接收到的信息是否正確，如果正確則在第2個(gè)N/4時(shí)隙對信息重新編碼，并發(fā)送相應(yīng)的校驗(yàn)位信息到目的端。由此， 進(jìn)一步提出了選擇解碼中繼協(xié)議，也就是根據(jù)用戶間信道的信噪比條件決定是否轉(zhuǎn)發(fā)伙伴的信息，其中選擇中繼( Selection Relay)和增強(qiáng)中繼( Incremental Relay)均是解碼中繼的改進(jìn)方案。目的端將用戶和其伙伴所發(fā)送的信號以一定的準(zhǔn)則合并，并進(jìn)行判決。在PHASE I，源節(jié)點(diǎn)S使用不同的頻段向中繼節(jié)點(diǎn)s（s屬于M）傳送信息，其中，D(s)為充當(dāng)源節(jié)點(diǎn)中繼的集合。與兩個(gè)用戶的協(xié)作技術(shù)相比較，在多用戶情況下，協(xié)作方案的設(shè)計(jì)、信號檢測以及多址問題等會(huì)更加復(fù)雜，當(dāng)然它提供的增益也更加高。為了方便起見，令L=T=M。當(dāng)然，協(xié)作分集不局限于兩個(gè)用戶之間的協(xié)作，它可以是多用戶之間的相互協(xié)作，即就是一個(gè)用戶可以同時(shí)擁有多個(gè)合作伙伴。與Laneman等工作時(shí)間上幾乎同時(shí)進(jìn)行的是Hunter和Nosratinia提出的編碼協(xié)作(coded cooperation)研究，即將信道編碼技術(shù)應(yīng)用到協(xié)作分集中。 協(xié)作分集技術(shù)隨著日益增長的多媒體業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，大容量和高速率的移動(dòng)通信系統(tǒng)越來越受到人們的關(guān)注，但是由于移動(dòng)信道具有的多徑衰落和多普勒頻移等特性，這嚴(yán)重阻礙了信道容量的增加和服務(wù)質(zhì)量的改善，因此如何有效地對抗移動(dòng)信道中的多徑衰落一直都是廣大研究工作者的熱點(diǎn)討論問題。根據(jù)所涉及資源的不同，分集技術(shù)可分為如下幾個(gè)大類：有空間分集、頻率分集、角度分集、極化分集、時(shí)間分集等。為了定量的衡量分集的改善程度，常用標(biāo)稱改善效果，即用分集增益和分集改善度這兩個(gè)指標(biāo)來描述。這種通過提供傳送信號多個(gè)副本來提高接收信號正確判決率的方法被稱為分集。當(dāng)信號受到高大建筑物（例如移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)到背離基站的大樓面前）或地形起伏等的阻擋，接收到的信號幅度將降低。首先建立了系統(tǒng)信道模型，然后，從信噪比入手，根據(jù)信息論原理推出了信道容量計(jì)算式，最后，介紹了中斷概率的計(jì)算方法，并分析了影響中斷概率的因素。協(xié)作分集的思想具有非常廣闊的應(yīng)用前景，可應(yīng)用于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等多種場合。對于目前處于火熱研究的第四代(4G)移動(dòng)通信，如何進(jìn)一步擴(kuò)大信道容量、改善通信質(zhì)量成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界普遍關(guān)注的問題。赫茲）用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在；1900年，意大利電氣工程師和發(fā)明家馬可尼（伽利爾摩在現(xiàn)代社會(huì)中，交通警的指揮手語、航海中的旗語等不過是古老通信方式進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果。 forward cooperative relay is based on decoding options。雖然近幾年提出的多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)在抵抗信道衰落方面有重大突破，但其受天線尺寸、功耗和硬件復(fù)雜度影響，很難應(yīng)用在實(shí)際無線通信終端。 decoding forward。從此，人類的信息傳遞可以脫離常規(guī)的視聽覺方式，用電信號作為新的載體，同時(shí)帶來了一系列的技術(shù)革新，開始了人類通信的新時(shí)代。尤其是最近幾十年來，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和軟件工程的發(fā)展，移動(dòng)通信設(shè)備在質(zhì)量、使用方便和可靠性等方面的發(fā)展日新月異。SendonariS等人最早在1998年提出了一種使單天線的移動(dòng)終端也可以實(shí)現(xiàn)空域分集新技術(shù)—協(xié)作分集。主要內(nèi)容安排如下：第一章介紹了本課題的研究背景，概括介紹了通信的發(fā)展史，無線通信的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及存在的問題，從而引出了分集技術(shù)，最后給出了本文的主要結(jié)構(gòu)安排。在通信過程中，發(fā)送的信號經(jīng)過反射、散射等的傳播路徑后，到達(dá)接收端的信號往往是多個(gè)幅度和相位各不相同的信號的疊加，這就使的接收到的信號幅度出現(xiàn)隨機(jī)起伏性的變化，這就形成了多徑衰落。為了提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能，可以采用分集編碼，均衡編碼和信道編碼這3種技術(shù)來改進(jìn)接收信號質(zhì)量，它們既可以單獨(dú)使用，也可以組合使用。分集的基本原理是通過多個(gè)信道（時(shí)間、頻率或者空間）接收到承載相同信息的多個(gè)副本，由于多個(gè)信道的傳輸特性不同，信號多個(gè)副本的衰落就不會(huì)相同。 分集技術(shù)分類及合并方法發(fā)射分集作為抗衰落的主要方法，已成為近年來討論的技術(shù)熱點(diǎn)，并在一些移動(dòng)通信中得到了很好的應(yīng)用。當(dāng)N較大時(shí)，等增益合并的合并增益接近于最大比值合并的合并增益。具體地講，現(xiàn)有的多天線都設(shè)置在基站端，而移動(dòng)終端則很難安置多天線。此時(shí)，中繼結(jié)點(diǎn)的作用是協(xié)助、增強(qiáng)主信道等功能。 協(xié)作分集系統(tǒng)模型協(xié)作分集的過程可以分為兩步：第1 步，源節(jié)點(diǎn)以廣播方式發(fā)送信號，目的節(jié)點(diǎn)和所有的中繼節(jié)點(diǎn)接收信號，中繼節(jié)點(diǎn)對接收到的信號進(jìn)行處理，為第2 步做準(zhǔn)備；第2步，中繼節(jié)點(diǎn)將處理后的信號發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)，此時(shí)源節(jié)點(diǎn)也可以向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送重復(fù)的信息或者新的信息，最后目的節(jié)點(diǎn)按照某種規(guī)則合并兩步接收到的信號。在廣播信道中，信源首先通過編碼、調(diào)制，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)同時(shí)向L個(gè)中繼傳輸，L個(gè)中繼占用相同的頻率和時(shí)間資源同時(shí)接收由信源發(fā)送的信號。1.