【正文】 MRC合并得到： () 其中， , 。 可得目的端 D的接收信噪比 為： () 從而，此時目的端 D解碼的誤符號率可表示為： () 對 上式括號中的部分進(jìn)行泰勒展開，并忽略泰勒展開式的最高次項（高性噪比近似），然后對等式兩邊求均值，可得： 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 32 () 其中， 。 由式（ ）和式（ ）可以得到，在高信噪比的條件下， DF的近似誤符號率： () 圖 37 DF的近似 SER與仿真結(jié)果的比較 為了說明 DF的近似 SER表達(dá)式的正確性，將它與 DF的系統(tǒng)仿真結(jié)果進(jìn)行比較，如圖 37所示。仿真參數(shù)設(shè)置如下：所有信道均為 Rayleigh衰落信道，且，調(diào)制方式為 QPSK，端源與中繼端之間采用等功率分配（即），橫坐標(biāo)表示目的端 D的平均接收信噪比 。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 33 由圖 37可以看到，在高信噪比區(qū)域， DF的 SER近似表達(dá)式和仿真結(jié)果是非常吻合的。但是，在低信噪比很低時，存在一些小的誤差。這主要是因為在推導(dǎo)DF的 SER近似表達(dá)式 的過程中，使用了高信噪比近似的計算方法。另外， DF的仿真結(jié)果和 SER近似表達(dá)式都再一次的證明了，在兩用戶相互協(xié)作時， DF沒有提供分集度的增益。 多跳協(xié)作通信協(xié)議分析 多跳譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議 考慮有任意 N個中繼的無線網(wǎng)絡(luò)，其中一個源要發(fā)送信息給一個目的節(jié)點。由于無線信道的廣播特性，一些中繼能夠監(jiān)聽到發(fā)送的信息，從而能夠協(xié)助源來發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間的鏈路建模為瑞利衰落窄帶信道，噪聲為加性高斯白噪聲。假設(shè)不同的鏈路的信道衰落是統(tǒng)計獨立的。所有接收端的加性噪聲建模為零均值且方差為 N0復(fù)高斯隨機變量。假設(shè)各中繼在正交信道上發(fā)送，因此沒有中繼間的干擾。 中繼間的協(xié)作可以有各種情況，一種普遍的協(xié)作場景是，將該場景表示為 C（ m） ,( ),每個中繼合并來自之前 m個中繼的信號及來自源的信號，如圖 38所示。 圖 38 C(1)協(xié)作場景描述 對于一個一般化的方案 C(m),( ),每個中繼先合并接收到的源西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 34 的信號和之前 m個中繼的信號并譯碼。該協(xié)作協(xié)議有 (N+1)個階段。階段 1，源發(fā)送消息，目的和第 i個中繼接收到的信號分別是 ： () 其中， 是源的發(fā)射功率， x是 單位功率的發(fā)送符號， 、 分別是源到目的與源到第 i個中繼的信道衰落系數(shù)， CN（ ） 表示一個循環(huán)對稱復(fù)高斯隨機變量，均值為 且方差為 。 ， 表示加性高斯白噪聲（ AWGN）。階段 2，若第一個中繼譯碼正確，則以功率 向目的轉(zhuǎn)發(fā)譯 碼后的符號，否則保持空閑。 下面介紹一些分析中常用到的術(shù)語對給定一次的傳輸，每個中繼有兩種狀態(tài)。定義 1*n（ ）維的向量 來表示前面 N個中繼在某次傳輸中的譯碼狀態(tài)。向量 的第 k個元素表示第 k個中繼的狀態(tài)，表示為 () 其中， 分別表示第 k個中繼譯碼正確及錯誤 。令 () 是十進(jìn)制數(shù) x的 1*n維的二進(jìn)制表達(dá)，其中用 表示最重要的比特。則表明第 k個中繼 的狀態(tài)是 。 考慮一個一般化的協(xié)作策略 ,其中第 k個中繼相干合并來自源和前面 個中繼的信號。該方案中每個中繼的狀態(tài)依賴于前面m個中繼的狀態(tài)，即這些中繼譯碼正確與否。以網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為條件，該狀態(tài)有 2N種可能取值，給定信道狀態(tài)信息（ CSI） ,目的端的錯誤概率可根據(jù)全概率公式計算西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 35 為 () 其中， e表示目的譯碼錯誤。等式中的和式是針對網(wǎng)絡(luò)中所有可能的狀態(tài)進(jìn)行的。 將之前各個階段接收到的信號用 MRC合并，則目的端產(chǎn)生的信噪比可以計算為 () 在 MPSK調(diào)制下，由式（ ），對給定的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) ，目的端的條件 SER計算如下： () 給定前面 m個中繼狀態(tài)下，第 k個中繼的狀態(tài)為 的條件概率為 此概率可以計算為 () 為了計算平均 SER，我們需要將式中的概率進(jìn)行平均，由因為網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點對之間的信道衰落是統(tǒng)計獨立的，即不同節(jié)點是分散的，利用式（ ）（ ）（ ） 可以展開為 () 因為節(jié)點之間信道是瑞利衰落信道， 可以表示為 () 其中， 是隨機變量 的概率密度函數(shù)，且 q=1時對應(yīng) MPSK。若 是均值為 的西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 36 指數(shù)分布隨機變量，則 () 其中， () 若在所有瑞利衰落信道實現(xiàn)上平均，給定網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) 下，目的端的 SER為 () 類似地，給定前面 m個中繼的狀態(tài)，第 k個中繼狀態(tài)為 的概率為 () 其中， 定義如下： () 一個具有 N個中繼的譯碼轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)協(xié)作分集網(wǎng)絡(luò)采用協(xié)議 C(m) 及MPSK調(diào)制的 SER為 () 其中，函數(shù) 分別在式（ ）和式（ ）中已經(jīng)給出。 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) 對 SER中 SNR的階數(shù)達(dá)到 N+1的項有貢獻(xiàn)，而網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) 則對 SER中 SNR的指數(shù)大于 N+1的項有貢獻(xiàn)，這依賴于 m。因此，只有 N+1種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的 SER項隨著 1/SNRN+1衰減，剩下的網(wǎng)絡(luò)，其狀態(tài)衰減速度更快，因此這 N+1項就是高性噪比下影響 SER表達(dá)式的主要項。 在高性噪比下，采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作分集的 N個中繼網(wǎng)絡(luò)中，采用協(xié)作策略 C(m)及 MPSK調(diào)制時，其 SER可以近似為： 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 37 () 上式值得注意的很重要的一點是，近似 SER表達(dá)式并不依賴于分 類參數(shù) m。因此整個協(xié)作分集協(xié)議在足夠高的信噪比下具有相同的漸進(jìn)性能 。這個結(jié)果描述了采用最簡單的策略，及 C(1)，將會和最復(fù)雜的策略，即 C(N1),具有相同的漸進(jìn)SER性能。這是鼓勵我們在譯碼轉(zhuǎn)發(fā)的多節(jié)點無線網(wǎng)絡(luò)中使用 C(1)協(xié)作協(xié)議。 C(1)協(xié)作協(xié)議的簡單性是因為它不需要像 C(N1)那樣對每個中繼都估計前面所有中繼的 CSI。它只需要每個中繼知道前面中繼和到目的地的 CSI，因此簡化了信道估計的計算。 多跳放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議 圖 39給出了多跳轉(zhuǎn)發(fā)放大系統(tǒng)模型。有兩種中繼策略。第一種情況下每個中繼只轉(zhuǎn)發(fā)源的信號給目的；第二種情況下每個中繼將源和前面中繼的信號合并并轉(zhuǎn)發(fā)給目的。 圖 39 多跳放大轉(zhuǎn)發(fā)模型 我們只考慮轉(zhuǎn)發(fā)源信息的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼策略，即每個中繼只轉(zhuǎn)發(fā)源的信號給目的，其中的協(xié)作分兩個階段來完成。階段 1，源廣播自己的信息給目的好 N個中繼。目的和第 i個中繼， i=1,2,… ,N,接收到的信號分別為 () 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 38 () 在階段 2，目的接收到的第 i個中繼的信 號為 () 信道在接收端已知而在發(fā)射端未知。合并階段 1接收到的源的信號與階段 2接收到的中繼信號，目的端可以應(yīng)用最大比合并檢測出發(fā)送符號。 下面來推導(dǎo)放大轉(zhuǎn)達(dá)源信號的協(xié)作協(xié)議，采用 MPSK信號。在已知信道狀態(tài)信息的情況下，目的端 MRC檢測器的輸出為 () 其中， 及 若假設(shè)發(fā)送符號 x的平均能量為 1，則 MRC檢測器的輸出 SNR為 () 其中， ,及 () 瞬時 的緊的上界為 () 由于 是個指數(shù)隨機變量，可以簡單的寫成 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 39 () 當(dāng) SNR足夠高時，采用 MPSK調(diào)制的 N各中繼節(jié)點放大轉(zhuǎn)發(fā) 源信號的 SER可以近似為 () 其中，當(dāng) MPSK調(diào)制時， b= ,且 () 顯然，只將原信號進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)議能夠獲得滿分集，階數(shù)為 N+1。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 40 第四章 總結(jié)和展望 全文總結(jié) 協(xié)作分集是一種新的空域分集，兩個以上單天線移動終端通過中繼彼此的信息，共享彼此的天線形成虛擬天線陣列，獲得傳輸分集。研究結(jié)果表明，協(xié)作分集可以像 MIMO系統(tǒng)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 。 目前，對協(xié)作通信技術(shù)的研究，主要集中在協(xié)作分集協(xié)議的設(shè)計問題。安全性問題。五項資源管理以及合作伙伴的選擇等方面。本文主要研究協(xié)作分集協(xié)議的性能問題。具體包括以下幾個方面的內(nèi)容： （ 1） 回顧了協(xié)作通信的基本概念、發(fā)展?fàn)顩r以及研究意義。 （ 2） 介紹了 MIMO技術(shù)，無線信道的傳輸特性，并簡單介紹了常用的分集合并技術(shù)。 （ 3） 詳細(xì)介紹了習(xí)作通信的系統(tǒng)模型，并對現(xiàn)有的協(xié)作分集協(xié)議進(jìn)行分類描述，從而對它們的特點有了更全面的認(rèn)識。 （ 4） 著重介紹了放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議（ AF）和 譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議（ DF）兩個協(xié)作分集協(xié)議的工作原理，并在中斷概率性能和誤符號率性能兩個方面對其進(jìn)行詳細(xì)地分析和比較，從而對他們的特點有個跟深刻的認(rèn)識。 （ 5） 在 AF和 DF的基礎(chǔ)上，對多跳協(xié)作中的放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議進(jìn)行分析和研究。 展望 協(xié)作無線通信所涉及的研究范圍非常廣泛，本文只是研究了基于放大前傳協(xié)議下，一種改進(jìn)的放大前傳協(xié)議，即自適應(yīng)協(xié)作方案?；诒疚难芯康幕A(chǔ)，作者認(rèn)為還有以下方面可以作進(jìn)一步深入研究： 1．目前的協(xié)作通信研究工作一般都假設(shè)信道是慢衰落的，本論文第五章提出的方案也是在慢衰落環(huán)境下 完成的，所以該假設(shè)是成立的。然而，對于節(jié)點移動西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 41 性較高的無線網(wǎng)絡(luò)，信道是時間選擇性衰落的?，F(xiàn)有的各種協(xié)作通信機制，在時間選擇性衰落信道中的效果都不理想。時間選擇性衰落信道中的協(xié)作通信有什么特殊的研究內(nèi)容、如何將己有的研究成果移植到時間選擇性衰落信道中這些都是今后需要進(jìn)一步研究的課題。 2．協(xié)作分集雖可以有效地克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，但并不能解決網(wǎng)絡(luò)所固有的多址干擾問題，下一步工作可將協(xié)作分集技術(shù)與功率控制、多用戶檢測等技術(shù)聯(lián)合在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，并分析網(wǎng)絡(luò)性能的改變。 拓?fù)浒l(fā)生很大的變化，發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源可能不再是單個節(jié)點，而是由多個節(jié)點協(xié)作進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，這顯然需要對傳統(tǒng)的鏈路層概念進(jìn)行重新評估。同時基于傳統(tǒng)鏈路概念所得出的路由機制也可能不再適用。更為重要的是，有必要對調(diào)度方法進(jìn)行重新評估，因為某些原先不被調(diào)度的傳輸節(jié)點由于有了條件更好的中繼節(jié)點的幫助，反而更有資格獲得被調(diào)度的權(quán)利。所以，在考慮協(xié)作通信的前提下，聯(lián)合考慮物理層的協(xié)作通信， MAC 層的干擾避免，網(wǎng)絡(luò)層的路由問題和傳輸層的調(diào)度問題會是今后研究的主要方向。 ，而對節(jié) 點的移動性對協(xié)作通信帶來的影響并未過多關(guān)注。而在大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點是會經(jīng)常變化的，所以這一部分的工作值得深入研究 總之，目前雖然在無線協(xié)作通信領(lǐng)域取得了不少成果，但已提出的方案都有較大的局限性，很多理論問題和關(guān)鍵技術(shù)還有待進(jìn)一步探索。協(xié)作通信的實際應(yīng)用還存在很多困難，例如安全性隱患等。多輸入多輸出系統(tǒng)、分布式天線系統(tǒng)和協(xié)作通信系統(tǒng)三者究竟誰是最后的贏家這仍是一個懸而未決的問題。相信隨著時間的推移和研究的深入這些問題都會得到解決。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 42 致 謝 在本課題告一段落之際，謹(jǐn)向所有給予我指導(dǎo)、關(guān)心、支持和幫 助的老 師、同學(xué)致以衷心的感謝！ 首先感謝我的導(dǎo)師李冬老師。本文是在李老師的關(guān)懷和指導(dǎo)下完成的，論 文的選題、構(gòu)思、框架安排及撰寫都傾注了李老師的心血。李老師高尚的風(fēng)范、淵博的學(xué)識，是我學(xué)習(xí)的無限知識寶庫；縝密的邏輯、活躍的思維，對研究方向敏銳的洞察力、對問題實質(zhì)的準(zhǔn)確把握，使我頓開茅塞，掌握了課題研究的思路和方法；嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度及忘我的工作精神，是我學(xué)習(xí)的楷模，使我終生受益。 感謝所有教育過我和幫助過我的老師們，你們的諄諄教導(dǎo)是我一生中最寶貴的財富。感謝我所有的同學(xué)和朋友，一起生活和工作學(xué)習(xí)的美好時光里， 你們給予我的真誠的鼓勵和無私的幫助是終身難忘的。 最后要感謝我的家人。在我成長的每一個足印里，都傾注了你們的心血和汗水。正是你們的無私奉獻(xiàn)和默默支持，才使我能夠順利完成學(xué)業(yè)！最后感謝我的父母以及朋友對我默默的支持和鼓勵。 謝謝你們 !