【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(shí)目的端 D解碼的誤符號(hào)率可表示為： () 對(duì) 上式括號(hào)中的部分進(jìn)行泰勒展開，并忽略泰勒展開式的最高次項(xiàng)（高性噪比近似），然后對(duì)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(jì)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(hào)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(jì)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(shí)，存在一些小的誤差。這主要是因?yàn)樵谕茖?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(jì)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(shí)， 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(gè)中繼的無線網(wǎng)絡(luò)，其中一個(gè)源要發(fā)送信息給一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)。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(gè)節(jié)點(diǎn)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(jì)獨(dú)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(jī)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(gè)中繼合并來自之前 m個(gè)中繼的信號(hào)及來自源的信號(hào)，如圖 38所示。 圖 38 C(1)協(xié)作場景描述 對(duì)于一個(gè)一般化的方案 C(m),( ),每個(gè)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(jì)論文 34 的信號(hào)和之前 m個(gè)中繼的信號(hào)并譯碼。該協(xié)作協(xié)議有 (N+1)個(gè)階段。階段 1，源發(fā)送消息，目的和第 i個(gè)中繼接收到的信號(hào)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(hào)， 、 分別是源到目的與源到第 i個(gè)中繼的信道衰落系數(shù)， CN（ ） 表示一個(gè)循環(huán)對(duì)稱復(fù)高斯隨機(jī)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(gè)中繼譯碼正確，則以功率 向目的轉(zhuǎn)發(fā)譯 碼后的符號(hào)，否則保持空閑。 下面介紹一些分析中常用到的術(shù)語對(duì)給定一次的傳輸，每個(gè)中繼有兩種狀態(tài)。定義 1*n（ ）維的向量 來表示前面 N個(gè)中繼在某次傳輸中的譯碼狀態(tài)。向量 的第 k個(gè)元素表示第 k個(gè)中繼的狀態(tài)，表示為 () 其中， 分別表示第 k個(gè)中繼譯碼正確及錯(cuò)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(gè)中繼 的狀態(tài)是 。 考慮一個(gè)一般化的協(xié)作策略 ,其中第 k個(gè)中繼相干合并來自源和前面 個(gè)中繼的信號(hào)。該方案中每個(gè)中繼的狀態(tài)依賴于前面m個(gè)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(cuò)誤概率可根據(jù)全概率公式計(jì)算西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 為 () 其中， e表示目的譯碼錯(cuò)誤。等式中的和式是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有可能的狀態(tài)進(jìn)行的。 將之前各個(gè)階段接收到的信號(hào)用 MRC合并，則目的端產(chǎn)生的信噪比可以計(jì)算為 () 在 MPSK調(diào)制下，由式（ ），對(duì)給定的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) ，目的端的條件 SER計(jì)算如下： () 給定前面 m個(gè)中繼狀態(tài)下，第 k個(gè)中繼的狀態(tài)為 的條件概率為 此概率可以計(jì)算為 () 為了計(jì)算平均 SER，我們需要將式中的概率進(jìn)行平均，由因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的信道衰落是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，即不同節(jié)點(diǎn)是分散的，利用式（ ）（ ）（ ） 可以展開為 () 因?yàn)楣?jié)點(diǎn)之間信道是瑞利衰落信道， 可以表示為 () 其中， 是隨機(jī)變量 的概率密度函數(shù)，且 q=1時(shí)對(duì)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(jì)論文 36 指數(shù)分布隨機(jī)變量，則 () 其中， () 若在所有瑞利衰落信道實(shí)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(gè)中繼的狀態(tài)，第 k個(gè)中繼狀態(tài)為 的概率為 () 其中， 定義如下： () 一個(gè)具有 N個(gè)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(duì) SER中 SNR的階數(shù)達(dá)到 N+1的項(xiàng)有貢獻(xiàn)，而網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) 則對(duì) SER中 SNR的指數(shù)大于 N+1的項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)就是高性噪比下影響 SER表達(dá)式的主要項(xiàng)。 在高性噪比下，采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作分集的 N個(gè)中繼網(wǎng)絡(luò)中，采用協(xié)作策略 C(m)及 MPSK調(diào)制時(shí)，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(jì)論文 37 () 上式值得注意的很重要的一點(diǎn)是，近似 SER表達(dá)式并不依賴于分 類參數(shù) m。因此整個(gè)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(gè)結(jié)果描述了采用最簡單的策略，及 C(1)，將會(huì)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(lì)我們在譯碼轉(zhuǎn)發(fā)的多節(jié)點(diǎn)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?yàn)樗恍枰? C(N1)那樣對(duì)每個(gè)中繼都估計(jì)前面所有中繼的 CSI。它只需要每個(gè)中繼知道前面中繼和到目的地的 CSI，因此簡化了信道估計(jì)的計(jì)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(gè)中繼只轉(zhuǎn)發(fā)源的信號(hào)給目的；第二種情況下每個(gè)中繼將源和前面中繼的信號(hào)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(gè)中繼只轉(zhuǎn)發(fā)源的信號(hào)給目的，其中的協(xié)作分兩個(gè)階段來完成。階段 1，源廣播自己的信息給目的好 N個(gè)中繼。目的和第 i個(gè)中繼， i=1,2,… ,N,接收到的信號(hào)分別為 () 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 38 () 在階段 2，目的接收到的第 i個(gè)中繼的信 號(hào)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(hào)與階段 2接收到的中繼信號(hào)，目的端可以應(yīng)用最大比合并檢測出發(fā)送符號(hào)。 下面來推導(dǎo)放大轉(zhuǎn)達(dá)源信號(hào)的協(xié)作協(xié)議，采用 MPSK信號(hào)。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(hào) x的平均能量為 1，則 MRC檢測器的輸出 SNR為 () 其中， ,及 () 瞬時(shí) 的緊的上界為 () 由于 是個(gè)指數(shù)隨機(jī)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(jì)論文 39 () 當(dāng) SNR足夠高時(shí)，采用 MPSK調(diào)制的 N各中繼節(jié)點(diǎn)放大轉(zhuǎn)發(fā) 源信號(hào)的 SER可以近似為 () 其中，當(dāng) MPSK調(diào)制時(shí)， b= ,且 () 顯然，只將原信號(hào)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(jì)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(gè)以上單天線移動(dòng)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(duì)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(duì)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(jì)問題。安全性問題。五項(xiàng)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(gè)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(duì)現(xiàn)有的協(xié)作分集協(xié)議進(jìn)行分類描述，從而對(duì)它們的特點(diǎn)有了更全面的認(rèn)識(shí)。 （ 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(gè)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(hào)率性能兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)地分析和比較，從而對(duì)他們的特點(diǎn)有個(gè)跟深刻的認(rèn)識(shí)。 （ 5） 在 AF和 DF的基礎(chǔ)上，對(duì)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(duì)于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 41 性較高的無線網(wǎng)絡(luò)，信道是時(shí)間選擇性衰落的?，F(xiàn)有的各種協(xié)作通信機(jī)制，在時(shí)間選擇性衰落信道中的效果都不理想。時(shí)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(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)，而是由多個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)作進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，這顯然需要對(duì)傳統(tǒng)的鏈路層概念進(jìn)行重新評(píng)估。同時(shí)基于傳統(tǒng)鏈路概念所得出的路由機(jī)制也可能不再適用。更為重要的是，有必要對(duì)調(diào)度方法進(jìn)行重新評(píng)估，因?yàn)槟承┰炔槐徽{(diào)度的傳輸節(jié)點(diǎn)由于有了條件更好的中繼節(jié)點(diǎn)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(huì)是今后研究的主要方向。 ，而對(duì)節(jié) 點(diǎn)的移動(dòng)性對(duì)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(diǎn)是會(huì)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(shí)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(gè)懸而未決的問題。相信隨著時(shí)間的推移和研究的深入這些問題都會(huì)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(jì)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(shí)，是我學(xué)習(xí)的無限知識(shí)寶庫；縝密的邏輯、活躍的思維，對(duì)研究方向敏銳的洞察力、對(duì)問題實(shí)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(cái)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(shí)光里， 你們給予我的真誠的鼓勵(lì)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(gè)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(duì)我默默的支持和鼓勵(lì)。 謝謝你們 !