【正文】 總地來(lái)說(shuō)，等功率分配不。另一方面，從最優(yōu)功率分配不依賴(lài)于源到目的的信道而依賴(lài)于源到中繼及中繼到目的的這一角度來(lái)講，AF協(xié)作系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配類(lèi)似于DF協(xié)作系統(tǒng)的情況。這是因?yàn)樵贏F協(xié)作系統(tǒng)中，中繼放大接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給目的端而不管接收到是何種信號(hào)。其等效于最小化為 （449）通過(guò)對(duì)求導(dǎo)，我們有 （450） 令上式的偏導(dǎo)數(shù)等于0，得到 （451）結(jié)合功率限制,可以解上面的等式并得到如下結(jié)果。 漸進(jìn)緊的近似解若所有的信道鏈路已知，及，則當(dāng)趨近無(wú)窮大時(shí),采用MPSK或MQAM調(diào)制的AF協(xié)議系統(tǒng)的SER可以很緊的近似為 （446）其中，當(dāng)MPSK調(diào)制時(shí)，且 （447） 當(dāng)MQAM調(diào)制時(shí)，且 （448） 基于式（446）中的緊的SER近似為AF協(xié)作系統(tǒng)的漸進(jìn)最優(yōu)的功率分配。假設(shè)分別是兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)為的指數(shù)隨機(jī)變量，即 （438） (439) 調(diào)和平均值的pdf為 （440）計(jì)算兩個(gè)獨(dú)立的指數(shù)隨機(jī)變量的調(diào)和平均值的MGF表示如下： （441）可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為 （442）令為兩個(gè)獨(dú)立的指數(shù)隨機(jī)變量，參數(shù)分別為,則對(duì)任意的，的MGF為 （443）其中 進(jìn)一步，若趨于0，Z的MGF近似為 （444）可見(jiàn)（443）的閉式表達(dá)中沒(méi)有積分。假設(shè)是兩個(gè)獨(dú)立隨機(jī)變量，其pdf分別是 及。若我們將SNR近似為，則采用MPSK和MQAM調(diào)制AF協(xié)作系統(tǒng)的條件SER如下 （433） （434）其中， 對(duì)任意實(shí)數(shù)S，將一個(gè)隨機(jī)變量Z的矩生成函數(shù)（MGF）表示為 （435）通過(guò)推到的MGF可以簡(jiǎn)單給出為 (436) 本節(jié)，我們首先得到一個(gè)具有兩個(gè)獨(dú)立隨機(jī)變量的調(diào)和平均值的概念密度函數(shù)（pdf）的一般解。次中斷概率計(jì)算和一次從個(gè)值選取最大值的運(yùn)算. 利用MGF方法的SER分析 在AF協(xié)作系統(tǒng)中，中繼不僅放大了接收到的信號(hào)，同時(shí)也放大了噪聲。對(duì)于一個(gè)協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò),按照以下步驟選擇節(jié)點(diǎn)：對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)按上面的公式 計(jì)算其最優(yōu)功率分配因子按式（6）計(jì)算其近似中斷概率選擇最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)將功率分配因子通知給源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)考慮到中繼可能移動(dòng), 可以以一定時(shí)間為周期重復(fù)（1）到（4）選擇最佳的中繼節(jié)點(diǎn)。本問(wèn)題的最優(yōu)化目標(biāo)為 （424） 假設(shè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的功率之和為進(jìn)一步假設(shè)在源節(jié)點(diǎn)分配因子為功率的,則源節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率為, 中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率則最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為 （425）在選定某個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)后,最優(yōu)功率分配因子為， 其它 （426)下面結(jié)合功率分配給出一種最優(yōu)的中繼選擇方法。 SAF系統(tǒng)模型對(duì)于SAF模型，其互信息量為 (422)吞吐率中斷概率可近似表達(dá)為 (423) 最優(yōu)中繼選擇協(xié)作通信方法在選定了中繼節(jié)點(diǎn)之后，可以通過(guò)在源節(jié)點(diǎn)與選擇的中繼節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行功率分配進(jìn)一步提高性能。在第二個(gè)時(shí)隙中只有中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)收到的信號(hào)。 表示的是第個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道的加性高斯白噪聲, 服從零均值、方差為的復(fù)高斯分布，假設(shè)同時(shí)定義 對(duì)于AAF模型, 其互信息量為 (419)式中， (420)吞吐率中斷概率可近似表達(dá)為 (421)式中，R為信息速率。是第個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率。在隨后的個(gè)時(shí)隙中, 每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)分別轉(zhuǎn)發(fā)自己在第一個(gè)時(shí)隙收到的信號(hào), 如圖1（a）所示。 分別表示源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)和第個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道, 分別服從零均值、方差的復(fù)高斯分布。 分別為目的節(jié)點(diǎn)和第個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)收到的信號(hào)。首先考慮傳統(tǒng)的AAF協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型。放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型如圖所示，假設(shè)系統(tǒng)中存在一個(gè)源節(jié)點(diǎn)一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)和個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸一次需要一個(gè)時(shí)隙。 中繼選擇協(xié)作通信方法研究 系統(tǒng)模型階段1，源發(fā)送信息到目的，同時(shí)，中繼也接收到源發(fā)送的信息。因此，為 (49)通過(guò)假設(shè)式（41）發(fā)送的符號(hào)X的平均能量為1，MRC輸出的瞬時(shí)信噪比為 （410）其中 及 (411)由上式看出，放大轉(zhuǎn)發(fā)下順時(shí)互信息量是衰落系數(shù)的函數(shù)，為 (412)將兩條鏈路的信噪比代入，則互信息量可以寫(xiě)成 (413)其中 (414)中斷概率可以通過(guò)對(duì)指數(shù)分布的信道增益進(jìn)行平均后獲得：計(jì)算上式的積分，可得到高信噪比下的中斷概率如下 (415)其中，2R中的因子2是因?yàn)閰f(xié)作將一半的寬帶分給了中繼，因而喪失了一半的寬帶。高斯白噪聲存在所有的空間，為了最小化噪聲的影響，檢測(cè)器應(yīng)該將接收信號(hào)映射到目的信號(hào)空間。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)構(gòu)成一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題并選擇相應(yīng)的因子來(lái)解決。MRC輸出的信噪比等于所有分支信噪比之和。最大化總信噪比的最優(yōu)方法是最大比合并（MRC）。根據(jù)式（45），目的在階段2接收到的信號(hào)為 （44）其中，是中繼到目的信道系數(shù)，是加性噪聲。源到目的信噪比為 （43）其中 . 下面我們計(jì)算估計(jì)中繼到目的的接收信噪比。中繼只是簡(jiǎn)單地將接收信號(hào)用一個(gè)因子量化，該因子與接收功率成反比，可表示為 （42） 因此，中繼發(fā)送的信號(hào)為，發(fā)射功率P與源的發(fā)射功率相同。,表示零均值且方差為的加性高斯白噪聲。放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼信道可以建模如下。這種情況下，一個(gè)從目的到源的反饋信道是有必要的。在選擇中繼方案中，如果中繼接收到的信噪比超過(guò)了某個(gè)門(mén)限，則中繼對(duì)信號(hào)進(jìn)行譯碼轉(zhuǎn)發(fā)。尤其當(dāng)源到目的的信道不是很差的時(shí)候，因?yàn)樵谶@樣的場(chǎng)景下，源發(fā)送到目的大部分信息可以被目的正確接收，則中繼的轉(zhuǎn)發(fā)就浪費(fèi)了。中繼具有便于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是低的頻譜效率。另一種處理方式是中繼將接收到的信號(hào)量化并重新編碼后發(fā)送給接收機(jī)。中繼的處理根據(jù)所采用的協(xié)議而有所不同。中繼信道可以說(shuō)是源與目的之間直接信道的一個(gè)輔助信道。在一些系統(tǒng)中，可能用排隊(duì)的方法來(lái)保存正在請(qǐng)求通話(huà)的用戶(hù)信息，直到有信道為止。當(dāng)電話(huà)線(xiàn)路減少時(shí)，對(duì)于一個(gè)特定的用戶(hù)，所有線(xiàn)路都忙的可能性變大。電話(huà)公司根據(jù)中繼理論來(lái)決定那些有成百上千臺(tái)電話(huà)的辦公大樓所需分配的線(xiàn)路數(shù)目。 中繼信道的原理在中繼的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中，每個(gè)用戶(hù)只是在有呼叫時(shí)才分配一個(gè)信道，一旦通話(huà)終止，原先占用的信道就立即回到可用信道庫(kù)中。中繼線(xiàn)是承載多條邏輯鏈路的一條物理連接。綜合考慮多種因素，AF與DF兩種方式更實(shí)用一些。因此，網(wǎng)絡(luò)編碼和協(xié)同通信技術(shù)相結(jié)合可有效提高無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的性能。網(wǎng)絡(luò)編碼的核心思想：中間節(jié)點(diǎn)不再是簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，而是將接收信息進(jìn)行編碼后再發(fā)送，從而可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量和健壯性。研究表明，空時(shí)編碼協(xié)作方式在快衰落環(huán)境下也可以獲得滿(mǎn)分集增益，并且不會(huì)犧牲信道質(zhì)量相對(duì)較好的移動(dòng)終端的性能。STCC（空時(shí)編碼協(xié)作）將空時(shí)編碼思想應(yīng)用到編碼協(xié)作方式中；與一般編碼協(xié)作方式最大的不同：每個(gè)移動(dòng)終端可在自己和其協(xié)作伙伴的多址信道上同時(shí)發(fā)送信息；而在一般編碼協(xié)作方式中，移動(dòng)終端只能在自己的多址信道發(fā)送協(xié)作信息。當(dāng)這一操作無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，用戶(hù)就自動(dòng)返回到非編碼協(xié)同模式，傳輸自己后續(xù)的信息。然后再將其獲得的信息重新編碼，以一定功率發(fā)送給用戶(hù)端。這表明源中繼節(jié)點(diǎn)信道傳輸特性的好壞對(duì)DF方式協(xié)同通信系統(tǒng)的性能有很大影響。DF方式不會(huì)帶來(lái)噪聲傳播問(wèn)題，但受源中繼端信道傳輸性能影響較大，若編碼方式不采用CRC（Cyclical Redundancy Check)碼，得不到滿(mǎn)分集階數(shù)。如果數(shù)據(jù)不正確即將幀丟棄。由于中繼節(jié)點(diǎn)在放大信號(hào)的同時(shí)也放大了源中繼信道引入的噪聲，因此AF方式存在著噪聲傳播效應(yīng)。AF也被稱(chēng)作非再生中繼方式，其本質(zhì)是一種模擬信號(hào)的處理方式。 協(xié)作通信的協(xié)議根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)信息處理方式的不同可分為放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)、編碼協(xié)作(CC)、空時(shí)編碼協(xié)作(STCC)和網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作(NCC)等多種方式。另外，在多跳無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中，為提高傳輸速率，提出了多用戶(hù)協(xié)作分集即多個(gè)用戶(hù)相互協(xié)作從而實(shí)現(xiàn)類(lèi)似MIMO的傳輸方案以獲得分集增益。 協(xié)作通信在無(wú)信通信系統(tǒng)中有多種應(yīng)用，主要有固定中繼的協(xié)作通信（協(xié)作MIMO)和用戶(hù)終端間的協(xié)作通信（多用戶(hù)協(xié)作）兩種方式。而后對(duì)協(xié)作通信的研究基本都以此為基礎(chǔ)。1979年，Cover和Gamal在對(duì)中繼信道的研究中，首次提到了協(xié)作通信的模型。通過(guò)使用中間客戶(hù)機(jī)作為通信中介，可以在發(fā)起客戶(hù)機(jī)與移動(dòng)設(shè)備之間傳送至少一個(gè)協(xié)作消息。可以確定一個(gè)與指定用戶(hù)相關(guān)的移動(dòng)設(shè)備。 一種建立協(xié)作通信的方法包括接收來(lái)自發(fā)起客戶(hù)機(jī)的與指定用戶(hù)進(jìn)行協(xié)作通信的請(qǐng)求的步驟。與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的資源分配相比，協(xié)作通信系統(tǒng)的前途更加廣闊。協(xié)作通信具有非常廣闊的應(yīng)用前景，可應(yīng)用于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)Adhoc網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)Sensor網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等多種場(chǎng)合。首先，在傳統(tǒng)的中繼通信系統(tǒng)中，中繼節(jié)點(diǎn)的作用是形成主信道，它是單純作為中繼而存在的，本身沒(méi)有信息要傳送，而在協(xié)作通信中用戶(hù)既是信源又是中繼，因?yàn)槊總€(gè)用戶(hù)既要傳送自己的信息還要轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作伙伴的信息，中繼節(jié)點(diǎn)的作用是協(xié)助和增強(qiáng)主信道。但是，對(duì)于自組織網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，多個(gè)用戶(hù)間的同步就更為困難。以現(xiàn)有的同步機(jī)制，如果做到了多個(gè)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。但這在實(shí)際中是難以實(shí)現(xiàn)的。在簡(jiǎn)單的檢測(cè)中繼模式中，基站需要知道協(xié)作終端間的信道差錯(cuò)概率；在放大中繼模式中，基站要估計(jì)協(xié)作終端間信道的狀態(tài)信息；對(duì)編碼協(xié)作模式及選擇檢測(cè)中繼模式來(lái)說(shuō)，雖然基站不需要知道有關(guān)信道的信息，但它要知道移動(dòng)終端之間是否進(jìn)行了協(xié)作、跟誰(shuí)協(xié)作，或具體一點(diǎn)基站需要知道第二幀的信息到底是誰(shuí)的。而對(duì)于像Ad Hoc這樣的非集中控制網(wǎng)絡(luò)，它們需要一個(gè)分布式的協(xié)作協(xié)議，用戶(hù)可以在任意時(shí)間獨(dú)立的決定與哪一個(gè)用戶(hù)進(jìn)行協(xié)作該分布式協(xié)議的難點(diǎn)是在不增加額外系統(tǒng)資源的前提下，如何保證所有用戶(hù)的公平性。換句話(huà)說(shuō)，怎樣去確定與哪些用戶(hù)進(jìn)行協(xié)作，多長(zhǎng)時(shí)間對(duì)合作的用戶(hù)進(jìn)行重新分配。協(xié)作分集技術(shù)從另一個(gè)角度可以看作是根據(jù)一定的準(zhǔn)則（某種特定空跳圖案），用戶(hù)信息在空間方位上的跳變，其空跳增益可以根據(jù)跳頻、跳時(shí)的結(jié)論推出，隨著參與用戶(hù)數(shù)、空跳幅度以及跳速的提高，空跳增益將會(huì)越大。跳頻的工作原理是信號(hào)的載波頻率受偽隨機(jī)碼或某種特定跳頻圖案的控制而跳變。此外，協(xié)作分集的思想還可以應(yīng)用于抗干擾通信中。協(xié)作分集為MIMO技術(shù)在小型移動(dòng)終端的應(yīng)用找到了新的出路，是一種很有前途的空間分集技術(shù)。