【正文】 、DF的理論誤碼率曲線 AF、DF的實(shí)際與理論誤碼率比較同時(shí)可以看出，DF中繼能要略優(yōu)于AF中繼。 AF、DF與非協(xié)作系統(tǒng)的比較，采用AF中繼和DF中繼的協(xié)作通信系統(tǒng)，其誤碼率比非協(xié)作系統(tǒng)低很多。第四章 仿真結(jié)果與分析 AF與DF的理論和實(shí)際誤碼率比較（源和中繼之間的信道）比較良好的并且假定DF解碼正確的情況下的直連以及AF、DF的實(shí)際誤碼率曲線和理論誤碼率曲線圖，、DF的實(shí)際與理論誤碼率比較圖。 theo_ber_AF(snrcount)=Theo_ber(H_sd,H_sr,H_rd,POW_S,POW_N,POW_S,POW_N)。 ber_DF(snrcount) = err_num_DF/(N*Monte_MAX)。 （4）不同信噪比下的理論誤比特率ber_SD(snrcount) = err_num_SD/(N*Monte_MAX)。 y_DF = demodulate((M),y_bine_DF)。)。 y_rd = awgn( sqrt(POW_DIV)*H_rd * x_DF, SNR_dB, 39。 err_num_AF = err_num_AF + Act_ber(x,y_AF)。)。y_rd = awgn( sqrt(POW_S)*H_rd * x_AF, SNR_dB, 39。 err_num_SD = err_num_SD + Act_ber(x,y_SD)。 主程序中的幾個(gè)重要計(jì)算函數(shù)（1）直連的誤比特?cái)?shù)計(jì)算 y_SD=demodulate((M),H_sd39。為體現(xiàn)DF協(xié)議的過程，其函數(shù)實(shí)現(xiàn)編寫為：function signal_DF = DF(M, signal_x)；signal_DF = modulate((M), signal_x)。為了使程序簡(jiǎn)化，程序中省略了信道編碼的過程，中繼時(shí)采用與源節(jié)點(diǎn)相同的調(diào)制方式，并假定中繼節(jié)點(diǎn)能正確解碼，強(qiáng)制校驗(yàn)標(biāo)志tx_coop為1。函數(shù)通過輸入S和R之間的信道衰落系數(shù)、信號(hào)與噪聲的功率和需要轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)s_r等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)中繼的放大轉(zhuǎn)發(fā)過程，返回值為：經(jīng)放大處理后的信號(hào)，它將被發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)；以及放大系數(shù)β，以供目的節(jié)點(diǎn)MRC使用。 % Actual value 計(jì)算系統(tǒng)的誤碼率 AF仿真過程的實(shí)現(xiàn) 如圖所示是AF策略的流程圖：圖 AF協(xié)作策略流程圖在中繼節(jié)點(diǎn)處，對(duì)接收到的來自源節(jié)點(diǎn)的信號(hào)s_r放大，并向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，其函數(shù)實(shí)現(xiàn)：function [beta,r_d_AF] = AF(CH_sr,POW_S,POW_N,signal_sr)；beta = sqrt( POW_S) / ( (abs(CH_sr))^2 * POW_S + POW_N )。 計(jì)算系統(tǒng)的信噪比theoretical_BER = 1 / ( 2 * sqrt(pi*gamma) * exp(gamma) )。gamma_rd = numerator / denominator。numerator = (POW_S_rd)^2 * (abs(CH_sr))^2 * (abs(CH_rd))^2。gamma_rd = ( POW_S_rd * (abs(CH_rd))^2 ) / POW_N_rd。gamma_rd = 0。POW_N_sd = POW_S_sd / sig。POW_S_sd = 1。 最后返回合并信號(hào)對(duì)于實(shí)際的BER，通過統(tǒng)計(jì)蒙特卡羅的誤碼數(shù)，與全部比特?cái)?shù)目相除得到。) / ( (beta^2*(abs(CH_rd))^2+1) * POW_N_rd )。a_rd = (beta * sqrt(POW_S_rd) * CH_sr39。elseif nargin = 10 輸入?yún)?shù)數(shù)目是10為AF模式a_sd = CH_sd39。 加權(quán)系數(shù)a_rd = CH_rd39。因此在目的端進(jìn)行合并時(shí)的過程由下面的程序?qū)崿F(xiàn)：首先輸入的參數(shù)有一下幾個(gè)：中繼放大系數(shù)、信道系數(shù)、信號(hào)功率、噪聲功率、需要合并的兩路信號(hào)；然后判斷輸入?yún)?shù)數(shù)目narginif nargin = 8 輸入?yún)?shù)數(shù)目是8為DF模式a_sd = CH_sd39。本課題主要采用的是最大比合并（MRC），由于AF與DF模式的最大比合并加權(quán)系數(shù)的決定因素不同，AF模式與中繼節(jié)點(diǎn)的放大系數(shù)β有關(guān)，所以自定義函數(shù)，通過輸入?yún)?shù)的數(shù)目不同以區(qū)分AF與DF。measured39。則函數(shù)將在加入噪聲之前測(cè)定信號(hào)強(qiáng)度。仿真過程中的高斯白噪聲（加性噪聲）是通過函數(shù)y = awgn(x,SNR,SIGPOWER)來實(shí)現(xiàn)的，如果SIGPOWER是一個(gè)數(shù)值，則其代表以dB為單位的信號(hào)強(qiáng)度；如果SIGPOWER為39。 % Standard deviation(σ) H = normrnd(mu,sigma)+j*normrnd(mu,sigma)。為了簡(jiǎn)化程序，所有信道都是采用恒參的瑞利衰落信道，即在一次蒙特卡洛循環(huán)中，衰落系數(shù)是一個(gè)恒定的復(fù)數(shù)，在程序中由以下語句體現(xiàn)： function H = RayleighCH(sigma2) % average value(0) mu = 0。源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)之間以及二者和目的節(jié)點(diǎn)之間的信道是相互獨(dú)立的，服從瑞利慢衰落。第3章 主要程序及流程圖本文對(duì)AF和DF的仿真采用MATLAB實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)采用BPSK調(diào)制、無信道編碼、蒙特卡洛循環(huán)仿真方法，信道的狀態(tài)信息對(duì)接收節(jié)點(diǎn)是已知的，而對(duì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)是未知的。直觀上的來說，在接收端接收到單鏈路時(shí)的2倍的信號(hào)強(qiáng)度，但噪聲卻不一定是2倍的原先噪，根據(jù)噪聲分布情況的不同將會(huì)有一定程度的抵消作用，只會(huì)小于2倍，那么此時(shí)合并后的信噪比就會(huì)比單鏈路時(shí)的信噪比大了。所以，本文中，分析系統(tǒng)的性能的主要方法就是觀察誤碼率曲線的斜率，從而可以定性的對(duì)實(shí)際分集增益進(jìn)行分析那么，分集是通過什么樣的方法獲得增益的呢？舉例來講，從兩個(gè)天線分別發(fā)送出去同一個(gè)信號(hào)，這個(gè)時(shí)候，如果把兩條鏈路信道狀態(tài)看做是獨(dú)立同分布的，那么其各鏈路接收的也就是近似相同的SINR。在高信噪比下分集增益對(duì)系統(tǒng)性能的提高顯得尤為重要。可見，分集增益通過利用發(fā)射分集和接收分集來增加SNR曲線的斜率。分集增益（diversity gain），在所給的參考文獻(xiàn)中，只是對(duì)分集增益進(jìn)行了模糊的解釋，有的說是分集增益就是等同于于分集階數(shù)（diversity order），也就是說在傳輸過程中提供的同一信號(hào)獨(dú)立副本的最大數(shù)目；有的則認(rèn)為分集增益的本質(zhì)就是為了提高SINR，提高幾個(gè)db的量化，可以說分集增益與分集階數(shù)有關(guān)；還有很多其他的概念如自由度增益、陣列增益、功率增益、復(fù)用增益等其他的增益方式。為了給分集改善程度提供一個(gè)定性的指標(biāo)，常用分集改善度和分集增益這兩個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行衡量。等增益合并實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備也很簡(jiǎn)單。當(dāng)在某些系統(tǒng)中對(duì)接收信號(hào)的幅度測(cè)量不便時(shí)就可選用EGC。它輸出的結(jié)果是各路信號(hào)幅值的疊加。(3)等增益合并（EGC）等增益合并也可被稱為相位均衡，它僅僅是對(duì)信道的相位偏移進(jìn)行校正，而對(duì)幅度不做校正。(2)選擇合并（SC） 采用選擇合并技術(shù)時(shí)，個(gè)接收機(jī)的輸出信號(hào)先送入選擇邏輯器，選擇邏輯器再?gòu)慕邮盏降乃行盘?hào)中選取其中具有最高基帶信噪比的基帶信號(hào)作為輸出的信號(hào)。其譯碼過程簡(jiǎn)便并且易于實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行合并的時(shí)候可以假設(shè)第i個(gè)支路的可變?cè)鲆婕訖?quán)系數(shù)由該分集之路的信號(hào)幅度與噪聲功率的比值計(jì)算得到。目前比較常見的合并方式主要有以下三種： 合并方式比較(1)最大比合并（MRC）最大比合并的基本原理是在接收端增加多個(gè)分集支路，經(jīng)過相位調(diào)整后，按照一定的增益系數(shù)，同相相加，再進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。相應(yīng)的,為了減輕衰落的影響,還需要使用分集接收技術(shù)，以獲得分集增益，從而提高接收靈敏度，這種技術(shù)在包括移動(dòng)通信，短波通信等隨參信道中得到了廣泛的應(yīng)用。而其中的快衰落深度甚至可以達(dá)到30~40dB，如果想通過增加天線尺寸、加大發(fā)射功率和高度之類的方法來克服這種深衰落其實(shí)是不可能實(shí)現(xiàn)的，而且還會(huì)干擾其它的電臺(tái)。編碼協(xié)作中，一個(gè)碼字被分成了兩個(gè)部分發(fā)送，每一部分是經(jīng)過不同的路徑或者信道，其主要步驟是編號(hào)排序，編碼協(xié)作的一次信息輸出循環(huán)是這樣的：循環(huán)開始于源節(jié)點(diǎn)的一個(gè)包含個(gè)信息符號(hào)的符號(hào)塊松緊尋壞冗余校驗(yàn)編碼器（CRC）；然后將CRC編碼的結(jié)果送入一個(gè)前向糾錯(cuò)碼（FEC）編碼器，從而產(chǎn)生出一個(gè)包含個(gè)符號(hào)的碼字，因此，它的傳送速率為；之后，將該碼字向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送，同時(shí)源節(jié)點(diǎn)的協(xié)作伙伴對(duì)其進(jìn)行監(jiān)聽；接收到源發(fā)送的信息之后，其伙伴節(jié)點(diǎn)將FEC和CRC碼解碼；CRC編碼器的輸出再進(jìn)入一個(gè)FEC編碼器，然后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)符號(hào)長(zhǎng)度為的碼字；這時(shí)就可以計(jì)算出伙伴節(jié)點(diǎn)的信道編碼速率為 (3)其他 除了上述的幾種協(xié)作策略之外，還有著其他許多種的協(xié)作策略，其中比較重要的是自適應(yīng)協(xié)作策略，他可以顯著提高中繼協(xié)議的有效性，自適應(yīng)協(xié)作策略主要包括選擇性DF中繼和增量中繼，這里就不做贅述了。(2)編碼協(xié)作編碼協(xié)作不同之處在于之前所講的方案之處在于這種協(xié)作主要是在信道編碼這個(gè)層面上應(yīng)用。但是這個(gè)譯碼操作只是很簡(jiǎn)單地接收到的比特映射為一系列的值，從而估計(jì)出發(fā)送的信息。進(jìn)行信源編碼的過程就是中繼節(jié)點(diǎn)的量化壓縮過程，即，用一系列符號(hào)來表示每個(gè)可能接收到的信息。(1)壓縮轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作 壓縮轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作和譯碼/放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作最主要的區(qū)別在于后者的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的是接收信號(hào)的副本，而壓縮轉(zhuǎn)發(fā)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)是將接收到的信號(hào)量化及壓縮后的新的信號(hào)。這種對(duì)是否協(xié)作的選擇，就形成了自適應(yīng)中繼。選擇中繼模式時(shí)，當(dāng)信源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)間的信道條件較好的時(shí)候，中繼節(jié)點(diǎn)便將其從信源節(jié)點(diǎn)所接收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)給接收端；否則，中繼節(jié)點(diǎn)就不對(duì)其從信源節(jié)點(diǎn)所接收到的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，此時(shí)系統(tǒng)等同于非協(xié)作通信系統(tǒng)。 圖 單中繼DF協(xié)作通信原理 幾種其他的協(xié)作策略固定中繼有著便于實(shí)施的優(yōu)勢(shì)，但是它的缺點(diǎn)在于其較低的頻譜效率。源到目的端之間的互信息量受到原道中繼的鏈路及源到目的、中繼到目的的聯(lián)合鏈路中的較小互信息量所限制。因此，DF方案的分集增益為1，因?yàn)橄到y(tǒng)的性能被源到中繼以及源和目的節(jié)點(diǎn)之間的最差鏈路所限制。通常情況下只有在不會(huì)與選擇性譯碼轉(zhuǎn)發(fā)混淆的情況下采用。源到目的端的信噪比可以表示為： （23） 單中繼AF協(xié)作通信原理 固定解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議簡(jiǎn)介固定中繼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議還有著另一種中繼方式，叫做固定解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，簡(jiǎn)稱DF。在這個(gè)協(xié)議下，中繼將源的信息放大后轉(zhuǎn)發(fā)給目的端，目的端則對(duì)中的信道衰落進(jìn)行理想均衡。中繼和目的端接收到的源發(fā)送的信號(hào)為： （21） 其中，分別是源到目的節(jié)點(diǎn)和源到中繼端的信道衰落系數(shù)，并且還被建模成瑞麗衰落信道。當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用此協(xié)議時(shí)，中繼先將接收到的信號(hào)進(jìn)行量化放大，然后后轉(zhuǎn)發(fā)給目的端。這種對(duì)是否協(xié)作的選擇，從而形成了自適應(yīng)中繼。選擇中繼模式時(shí)，當(dāng)信源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)間的信道條件較好時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)將其從信源節(jié)點(diǎn)所接收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)給接收端；否則，中繼節(jié)點(diǎn)將不轉(zhuǎn)發(fā)它從信源節(jié)點(diǎn)接收到的信息，此時(shí)系統(tǒng)等同于非協(xié)作通信系統(tǒng)。本文旨在驗(yàn)證協(xié)作通信理論對(duì)系統(tǒng)性能的改善，故僅對(duì)最基礎(chǔ)的AF與DF模式進(jìn)行分析、仿真，對(duì)于其他協(xié)作協(xié)議，不作深入討論。其中，按不同的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式區(qū)分，主要可以分為兩大類：放大轉(zhuǎn)發(fā)（AmplifyandForward，AF）和譯碼轉(zhuǎn)發(fā)（DecodeandForward，DF）。無線通信系統(tǒng)利用協(xié)作傳輸技術(shù)，在接收節(jié)點(diǎn)通過合并來自多條獨(dú)立衰落信道的數(shù)據(jù)樣本，可以有效地解決信道衰落的影響，從而獲取分集增益，以此來提高系統(tǒng)的傳輸可靠性。下面幾個(gè)章節(jié)，就分別對(duì)集中協(xié)作策略進(jìn)行分析和比較。在選擇中繼方案中，當(dāng)中繼接收到的信噪比大過一定門限值的時(shí)候，則中繼就會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)發(fā)，如若不然，則源到中繼的信道經(jīng)歷嚴(yán)重的衰落以至于信噪比低于該門限值，則中繼就不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)然，協(xié)作通信并不只限于兩個(gè)用戶之間，也可以是多用戶的相互協(xié)作，即一個(gè)用戶可以同時(shí)擁有很多的合作伙伴，協(xié)作分集以多個(gè)用戶共享天線或其他網(wǎng)絡(luò)資源的形式構(gòu)造出虛擬陣列，利用信號(hào)處理和分布式傳輸?shù)确椒ǐ@得分集增益。當(dāng)采用固定放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)議時(shí)，中繼簡(jiǎn)單地將接收到的信號(hào)量化然后放大，這種中繼方法被稱為固定譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)議（DF）。在固定中繼方案中，源和目的節(jié)點(diǎn)之間以固定的方式進(jìn)行劃分信道資源。而不同的處理方法也就產(chǎn)生了不同的協(xié)作通信協(xié)議。中繼信道可看做是源和目的節(jié)點(diǎn)之間添加的一個(gè)輔助信道。因?yàn)镸IMO系統(tǒng)能較大的提高系統(tǒng)容量，所以提出了虛擬MIMO系統(tǒng)（分布式MIMO系統(tǒng)），也就是我們所說的協(xié)作通信技術(shù)，MIMO系統(tǒng)的收發(fā)兩端有多個(gè)獨(dú)立天線，而協(xié)作通信技術(shù)則是單天線的收發(fā)節(jié)點(diǎn)。第二章 協(xié)作通信概述 協(xié)作通信系統(tǒng)模型協(xié)作通信可以有效的解決無線通信中的低信噪比信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)編碼和斷續(xù)通信等難題，協(xié)作通信的目的就是充分利用網(wǎng)絡(luò)中的空余節(jié)點(diǎn)資源來幫助有通信需求的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可靠、高速地?zé)o線通信。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要研究對(duì)象就是對(duì)協(xié)作策略，協(xié)作通信技術(shù)可以提高無線通信鏈路的可靠性，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)之一，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠更好地了解信道條件，多用戶通信環(huán)境等，就能夠充分利用這些因素來提高