【文章內(nèi)容簡介】 方案是必要的。伙伴選擇與“協(xié)同時機”的問題有些類似，而中繼的移動性也加劇了伙伴選擇的難度；（5）與其它技術(shù)的結(jié)合。前面已經(jīng)簡單介紹了協(xié)同通信技術(shù)與編碼、空時編碼的結(jié)合?，F(xiàn)在研究的一個熱點是與 OFDM 技術(shù)的結(jié)合問題 [4546]，可以同時發(fā)揮協(xié)同通信與 OFDM 的優(yōu)勢，既可以得到分集增益，又能夠抵抗頻率選擇性衰落。而協(xié)同通信與認知無線電技術(shù)的結(jié)合僅處于起步階段，在國內(nèi)未見相關(guān)文獻發(fā)表，本文將其作為一個研究方向，在第六章中進行了詳細的分析。因此，針對以上關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合本文所關(guān)注的方向，下面對協(xié)同通信系統(tǒng)中的功率分配、伙伴選擇以及信道估計等關(guān)鍵技術(shù)進行較為系統(tǒng)的描述。第三章 伙伴選擇算法概述在實際的移動通信系統(tǒng)中，同時存在著很多個可供選擇的協(xié)同用戶。中繼選擇就是在這些用戶中選擇最合適的參與協(xié)同，獲得最大的協(xié)同增益。目前中繼選擇策略主要有：基于協(xié)作區(qū)域的中繼選擇策略和基于即時信道狀況和計時策略的中繼選擇策略。 基于協(xié)作區(qū)域的中繼選擇策略如圖31所示，協(xié)同區(qū)域就是：在用戶 和 采用編碼協(xié)作的條件下，如1S2果用戶 和目的節(jié)點之間的距離 已經(jīng)確定，那么 的協(xié)同區(qū)域(協(xié)同增益1S1D1大于1的區(qū)域)是以目的節(jié)點為圓心， 為半徑的一個圓。 由路徑損失系r r數(shù) ，每比特發(fā)送能量 ，信道編碼碼字和 決定。??1山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）12圖31：圖片說明用戶協(xié)作區(qū)域的位置和大小與源節(jié)點和目的節(jié)點有關(guān)，具體地說是以目的節(jié)點為圓心的一個圓，半徑由源節(jié)點與目的節(jié)點的距離決定。如果協(xié)同用戶位于這個圓內(nèi)則可以通過采用協(xié)同的方法獲得增益，反之則不能。編碼協(xié)作理論指出，如果協(xié)同用戶能夠正確地對源用戶解碼，則向基站傳送源用戶的碼字，如果不能正確解碼則向基站傳送協(xié)同用戶自己的碼字。結(jié)合協(xié)同區(qū)域的分析，可以得出：當源節(jié)點和目的節(jié)點的距離已經(jīng)確定時，協(xié)同策略是否奏效由協(xié)同用戶和目的節(jié)點之間的距離決定。如果在協(xié)同區(qū)域內(nèi)有大于一個的用戶可供選擇，則需要根據(jù)用戶間信道的性能來決定到底選擇哪一個作為協(xié)同用戶。文獻[5]給出了一種選擇中繼的方法。由其中一個用戶與目的節(jié)點的距離以及信道的參數(shù)可以求得一個門限值 ，*D如果第二個用戶與目的節(jié)點的距離大于門限值則選取第一個用戶作為協(xié)同對象，反之則選取第二個 。[2] 基于即時信道狀況和計時策略的中繼選擇策略然而在實際應(yīng)用中，各個用戶是不斷運動的，所以及時地確定用戶之間的距離是一件很困難的事情。正因為如此基于協(xié)作區(qū)域的中繼選擇策略只適合于靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。對于動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)需要采用基于即時信道狀況和計時策略的中繼選擇方法。按照機會中繼的理論，根據(jù)各個中繼提供的源節(jié)點和目的節(jié)點之間的路徑選擇性能最好的那個。從源節(jié)點到中繼i之間的信道參數(shù)為 ， 從中繼i到目sa山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）13的節(jié)點之間的信道參數(shù)為 。這些參數(shù)體現(xiàn)的是信道的傳播環(huán)境的模型并隨ida著時間而改變。所以機會選擇的過程必須在信道參數(shù)改變之前迅速地完成。在這樣的情況下，中繼節(jié)點沒有必要知道整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息。選擇的過程完全基于無線信道的物理特性。更加具體地說，中繼會收到RTS(ready to send)和CTS(clear to send)兩個包。各個中繼一旦收到CTS包，就會根據(jù)瞬間估計的 ， ，啟動參數(shù)為siaidh的定時器。擁有最好的端到端信道特性的那個中繼的定時器首先到時。在到時后該中繼會廣播發(fā)送一個短時長的標志包。在中繼節(jié)點之間相互可見的情況下，定時器還沒有到時的中繼節(jié)點在收到這個包后把各自的定時器置為初始值。在各個中繼可以與源節(jié)點和目的節(jié)點通信但是中繼節(jié)點相互不可見的情況下，中繼將會向目的節(jié)點發(fā)送一個定時器到時的信號，然后由目的節(jié)點向其它各個中繼廣播這個消息。 信道會在每個中繼對 sia， d進行估計來評價源——中繼——目的地之間的無線信道的質(zhì)量。因為兩跳都對信道的端對端特性有著很大的影響，所以每個中繼都會估計本身是否適合作為被使用的那個，可以利用一個包含兩跳性能的函數(shù)來衡量。這個函數(shù)有兩種表達形式，一種是選取兩者中比較小的一個，另一種是取兩者的調(diào)和平均。形式1： 式（31）??2min,isidha?形式2： 式（32）2221i sidsidaa????研究表明，基于即使信道狀況和計時策略的中繼選擇方法不但能獲得一定的協(xié)同增益而且能簡化協(xié)同過程中空時編碼的使用。山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）14第四章 協(xié)同通信系統(tǒng)中伙伴選擇算法的仿真實現(xiàn) 引言：在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，往往要進行大量的數(shù)學(xué)計算，其中包括矩陣運算。這些運算一般來說難以用手工精確和快捷地進行，而要借助計算機編制相應(yīng)的程序做近似計算。目前流行用Basic、Fortran和c語言編制計算程序,既需要對有關(guān)算法有深刻的了解，還需要熟練地掌握所用語言的語法及編程技巧。對多數(shù)科學(xué)工作者而言，同時具備這兩方面技能有一定困難。通常，編制程序也是繁雜的，不僅消耗人力與物力,而且影響工作進程和效率。為克服上述困難，美國Mathwork公司于1967年推出了“Matrix Laboratory” （縮寫為Matlab）軟件包，并不斷更新和擴充。目前最新的7版本（windows環(huán)境）是一種功能強、效率高便于進行科學(xué)和工程計算的交互式軟件包。其中包括：一般數(shù)值分析、矩陣運算、數(shù)字信號處理、建模和系統(tǒng)控制和優(yōu)化等應(yīng)用程序，并集應(yīng)用程序和圖形于一便于使用的集成環(huán)境中。在此環(huán)境下所解問題的Matlab語言表述形式和其數(shù)學(xué)表達形式相同，不需要按傳統(tǒng)的方法編程。不過，Matlab作為一種新的計算機語言，要想運用自如，充分發(fā)揮它的威力，也需先系統(tǒng)地學(xué)習(xí)它。但由于使用Matlab編程運算與人進行科學(xué)計算的思路和表達方式完全一致，所以不像學(xué)習(xí)其它高級語言如Basic、Fortran和C等那樣難于掌握。實踐證明，你可在幾十分鐘的時間內(nèi)學(xué)會Matlab的基礎(chǔ)知識，在短短幾個小時的使用中就。Matlab大大降低了對使用者的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計算機語言知識的要求，而且編程效率和計算效率極高，還可在計算機上直接輸出結(jié)果和精美的圖形拷貝，所以它的確為一高效的科研助手。自推出后即風行美國，流傳世界。 MATLAB語言的特點：它是一種面向科學(xué)與工程計算的高級語言，允許用數(shù)學(xué)形式的語言編寫程序，且比 Basic、Fortran 和 C 等語言更加接近我們書寫計算公式的思維方式，用 Matlab 編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。因此，Matlab 語言也可通俗地稱為演算紙式科學(xué)算法語言由于它編寫簡單，所以編程效率高，易學(xué)易懂。山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）15Matlab 語言是一種解釋執(zhí)行的語言（在沒被專門的工具編譯之前） ，它靈活、方便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)時間少。人們用任何一種語言編寫程序和調(diào)試程序一般都要經(jīng)過四個步驟：編輯、編譯、連接以及執(zhí)行和調(diào)試。各個步驟之間是順序關(guān)系，編程的過程就是在它們之間作瀑布型的循環(huán)。Matlab 語言與其它語言相比，較好地解決了上述問題，把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。它能在同一畫面上進行靈活操作快速排除輸入程序中的書寫錯誤、語法錯誤以至語意錯誤，從而加快了用戶編寫、修改和調(diào)試程序的速度，可以說在編程和調(diào)試過程中它是一種比 VB 還要簡單的語言。具體地說，Matlab 運行時，如直接在命令行輸入 Matlab 語句（命令） ，包括調(diào)用 M 文件的語句，每輸入一條語句，就立即對其進行處理，完成編譯、連接和運行的全過程。又如，將 Matlab 源程序編輯為 M 文件，由于 Mat1ab 磁盤文件也是 M 文件，所以編輯后的源文件就可直接運行，而不需進行編譯和連接。在運行 M 文件時，如果有錯，計算機屏幕上會給出詳細的出鍺信息，用戶經(jīng)修改后再執(zhí)行，直到正確為止。所以可以說，Mat1ab 語言不僅是一種語言，廣義上講是一種該語言開發(fā)系統(tǒng)，即語言調(diào)試系統(tǒng)。高版本的 Matlab 語言有豐富的庫函數(shù)，在進行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算時可以直接調(diào)用，而且 Matlab 的庫函數(shù)同用戶文件在形成上一樣，所以用戶文件也可作為Matlab 的庫函數(shù)來調(diào)用。因而，用戶可以根據(jù)自己的需要方便地建立和擴充新的庫函數(shù)，以便提高 Matlab 使用效率和擴充它的功能。另外，為了充分利用Fortran、C 等語言的資源，包括用戶已編好的 Fortran，C 語言程序，通過建立 M 文件的形式，混合編程，方便地調(diào)用有關(guān)的 Fortran，C 語言的子程序。，內(nèi)涵豐富Mat1ab 語言中最基本最重要的成分是函數(shù)，其一般形式為「a，6，c……」 = fun（d，e，f，……） ，即一個函數(shù)由函數(shù)名，輸入變量d，e，f,……和輸出變量 a，b，c……組成，同一函數(shù)名 F，不同數(shù)目的輸入變量（包括無輸入變量）及不同數(shù)目的輸出變量，代表著不同的含義（有點像面向?qū)ο笾械亩鄳B(tài)性。這不僅使 Matlab 的庫函數(shù)功能更豐富，而大大減少了需要的磁盤空間，使得 Matlab 編寫的 M 文件簡單、短小而高效。Matlab 語言像 Basic、Fortran 和 C 語言一樣規(guī)定了矩陣的算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符、條件運算符及賦值運算符，而且這些運算符大部分可以毫無改變地照搬到數(shù)組間的運算，有些如算術(shù)運算符只要增加“”就可用于數(shù)組間的運算，另外，它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）16陣專門的庫函數(shù)，使之在求解諸如信號處理、建模、系統(tǒng)識別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問題時，顯得大為簡捷、高效、方便，這是其它高級語言所不能比擬的。在此基礎(chǔ)上，高版本的 Matlab 已逐步擴展到科學(xué)及工程計算的其它領(lǐng)域。因此，不久的將來，它一定能名符其實地成為“萬能演算紙式的”科學(xué)算法語言。Matlab的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令） ，例如線性坐標、對數(shù)坐標，半對數(shù)坐標及極坐標，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)（命令） ，在圖上標出圖題、XY軸標注，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡單易行。另外，在調(diào)用繪圖函數(shù)時調(diào)整自變量可繪出不變顏色的點、線、復(fù)線或多重線。這種為科學(xué)研究著想的設(shè)計是通用的編程語言所不及的?？傊琈atlab語言的設(shè)計思想可以說代表了當前計算機高級語言的發(fā)展方向。我們相信，在不斷使用中，讀者會發(fā)現(xiàn)它的巨大潛力。在本節(jié)中，各中繼不斷測量SRi和RiD端的瞬時信道狀態(tài)信息，并將此信息反饋給源端，由源端按不同的方案確定最佳的中繼。若源端和中繼平均分配功率，則SR和RD鏈路對總的接收SNR的影響等效，即這兩跳對端對端的性能影響一樣重要。下面給出考慮這兩跳的鏈路質(zhì)量的兩種伙伴選擇算法。方案一，選擇兩跳中瞬時鏈路質(zhì)量最小的；方案二，選擇兩跳的調(diào)和平均。而方案三則采用隨機選擇方式。方案一： 式（42,min{}iiisrdhh?1）取 （ ） ，即取使 最大的那個中繼作為SD間端到端的最佳ax()bi1,?ih中繼，將這種方案叫AF協(xié)同通信系統(tǒng)中的MaxMin方案。方案二： 式（42,22,1iiiiii srdisrrdhh????2）也取 （ ） ，即取使 最大的那個中繼作為SD間端到端的最max()bih?1,n?ih佳中繼，將這種方案叫AF協(xié)同通信系統(tǒng)中的平滑方案。方案三：隨機選擇，由源端隨機選擇一個中繼作為最佳中繼。山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）17 仿真操作步驟打開MATLAB ，在桌面會彈出一個命令窗口（如圖41）圖 41 File|New|Mfile(見圖 42)打開編輯窗口 山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）18圖 42 以下是主程序：clear all。close all。Numsymbols=input(39。輸入符號的個數(shù)：39。)。NumOfRelay=5。 %中繼個數(shù)Relay_Number=0。 %初始化所選中繼端的號碼SNR=0::30。 %以分貝表示的信噪比PN0=10.^(SNR/10)。 %轉(zhuǎn)換成十進制表示的信噪比N0=1。 %噪聲功率是 1Powertemp=N0.*PN0。 %信號功率sigmasquare=[1 10 10。1 10 1。1 1 1]。 %設(shè)置參數(shù)SymsErrorRatio=zeros(NumOfRelay,length(SNR))。 %初始化誤碼率BitsErrorRatio=zeros(NumOfRelay,length(SNR))。 %初始化誤比特率for k=1:length(SNR) Power=Powertemp(k)。 if(mod(Numsymbols,2)~=0) error(39。the num of bits for QPSK must be multiple of 239。)。 else山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）19 Bi