【正文】 點(diǎn)之間產(chǎn)生能夠相互輔助的一種新的結(jié)構(gòu)，可以用分布式的方法來(lái)進(jìn)行通信處理，并且能夠獲得與 MIMO 系統(tǒng)相仿的優(yōu)勢(shì)，這種方法可以產(chǎn)生新的通信技術(shù)從而使信道容量以及其性能得到提高，并且降低了電池的損耗從而延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命，而且還提高了吞吐量以及多接入方案的穩(wěn)定域，擴(kuò)展傳輸范圍，提供多媒體通信中源 信道編碼方式的折中 協(xié)作通信主要是考慮協(xié)作通信中大多數(shù)的物理層問(wèn)題并闡述在寫(xiě)作框架下的不同和提升之處。 協(xié)作網(wǎng)絡(luò) 這一階段主要研究協(xié)作通信物理層上的影響，包括 MAC 層網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，主要考慮多接入情況下協(xié)作通信在容量和穩(wěn)定域提高方面的效果，研究語(yǔ)音內(nèi)容的特殊屬性如何能夠通過(guò)有效的資源分配來(lái)進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的性能，對(duì)信道編碼和多媒體內(nèi)容之間的折中效應(yīng)要有一定的了解。 針對(duì)傳統(tǒng)用戶(hù)，協(xié)作策略要求用戶(hù)在正交子信道上進(jìn)行中繼傳輸，導(dǎo)致系統(tǒng)頻譜利用率效率低的問(wèn)題，分別提出了單天線(xiàn)和多天線(xiàn)目的端場(chǎng)景下的結(jié)合分布式空空編碼 DSTC 和分布式預(yù)編碼 DP 方案。 論文主要研究?jī)?nèi)容 近年來(lái) ， 隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速 發(fā)展 ， 人們對(duì)于無(wú)線(xiàn)通信的質(zhì)量及性能南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 提出了 很 高的要求。無(wú)線(xiàn)信道衰落極大地限制了無(wú)線(xiàn)通信的性能 ， 而分集技術(shù)則能很好地對(duì)抗無(wú)線(xiàn)信道衰落 ， 基于分集技術(shù)出現(xiàn)了 MIMO、協(xié)同通信等技術(shù) [5]。相對(duì)而言 ， 協(xié)同通信能以較低的硬件復(fù)雜度獲得分集增益 ,相關(guān)技術(shù)尚在快速發(fā)展中。 在 AF 中繼策略的基礎(chǔ)上對(duì)單源單宿多中繼半雙工兩跳 MIMO 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的分布式中繼策略進(jìn)行了研究和分析。本文首先對(duì) QRPQR、 QRPZF 和ZFPQR 三種方案進(jìn)行研究和分析 [7]。協(xié)作通信策略根據(jù)通信伙伴節(jié)點(diǎn)的方式不同，可分為 FIXEDRELAYING,SELESTIONRelaying， IncrementalRelaying 等幾種協(xié)作通信策略 [9]。目前，無(wú)線(xiàn)通信中的移動(dòng)電話(huà)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)正在迅速發(fā)展，未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將承擔(dān)更多的高質(zhì)量的業(yè)務(wù)，因此對(duì)信息速率等系統(tǒng)性能提出了相當(dāng)高的要求。利用空間其他的一些節(jié) 點(diǎn)，然后采用協(xié)作的方式來(lái)構(gòu)成分布式 MIMO 系統(tǒng)，從而獲取 MIMO 系統(tǒng)所具有的系統(tǒng)性能 和直連不同，協(xié)作通信中用戶(hù)和基站是通過(guò)如圖 所示的中繼信道來(lái)產(chǎn)生的。因此協(xié)作通信中最關(guān)鍵的一個(gè)過(guò)程就是對(duì)來(lái)自中繼的源節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行處理。廣義上，協(xié)作通信可以分成固定中繼方案和自適應(yīng)中繼方案這兩種。根據(jù)所采用的協(xié)議不同而產(chǎn)生不同的中繼處理信息的方法。 SRD 圖 協(xié)作通信的模型 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 該系統(tǒng)中，一方面信源節(jié)點(diǎn)會(huì)浪費(fèi)一部分的資源 (包括帶寬、發(fā)射功率等 )來(lái)用于節(jié)點(diǎn)之間相互轉(zhuǎn)發(fā)信息，因而造成有效通信數(shù)據(jù)流量的下降；另一方面協(xié)作通信系統(tǒng)產(chǎn)生的協(xié)作通信增益會(huì)使系統(tǒng)中的有效通信數(shù)據(jù)流量增加，當(dāng)協(xié)作通信產(chǎn)生的正面效應(yīng)比負(fù)面效應(yīng)大時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)相應(yīng)得到性能 上的增益。因此，協(xié)作通信不僅僅能夠在蜂窩系統(tǒng)中應(yīng)用，在一些應(yīng)用環(huán)境諸如無(wú)線(xiàn) Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)以及無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)等也同樣適用，今后還有可能將這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)，形成一種全新的智能網(wǎng)絡(luò)，引起移動(dòng)通信領(lǐng)域的重大變革。進(jìn)一步，若源知道目的譯碼錯(cuò)誤，則源可以重復(fù)發(fā)送或者由中繼協(xié)助發(fā)送，這種方法稱(chēng)為增量中繼，這種情況下，就需要一個(gè)從目的到源的反饋新到了。 幾種中繼方式簡(jiǎn)介 中繼方式，也就是協(xié)作策略，簡(jiǎn)單來(lái)講就是指在協(xié)作通信過(guò)程中對(duì)傳輸信號(hào)的處理方式，按照處理方式不同來(lái)區(qū)分，主要分為固定中繼模式、選擇中繼模式和增量中繼模式。目前，已經(jīng)有許多協(xié)作傳輸協(xié)議被相繼提出。在此基礎(chǔ)上，還優(yōu)化了這兩類(lèi)協(xié)作傳輸協(xié)議，提出了可以進(jìn)行協(xié)作中繼節(jié)點(diǎn)選擇的協(xié)作傳輸協(xié)議、應(yīng)用有效編碼技術(shù)（如協(xié)作編碼、空時(shí)編碼等）的新的協(xié)作傳南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 輸協(xié)議和增加了有限反饋（增量中繼等）的協(xié)作傳輸協(xié)議。 在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了兩種自適應(yīng)的選擇中繼（ SelectionRelaying， SR）和增強(qiáng)中繼（ Incremental Relay， IR）。當(dāng)系統(tǒng)處于增強(qiáng)中繼模式時(shí)，類(lèi)似于 ARQ 協(xié)議，中繼節(jié)點(diǎn)解碼源信號(hào)，并將解碼判決信息反 饋給源節(jié)點(diǎn)，告知源節(jié)點(diǎn)是否正確譯碼，然后由源節(jié)點(diǎn)決定是否繼續(xù)進(jìn)行協(xié)作。 隨著對(duì)協(xié)作通信研究的深入，各種新的中繼協(xié)議不斷被提出，而本文主要旨在采用 AF 和 DF 來(lái)論證協(xié)作通信的性能，對(duì)其他的中繼協(xié)議不再做深入討論了 固定放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議簡(jiǎn)介 固定放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議通常被簡(jiǎn)稱(chēng)為其英文縮寫(xiě) — AF 協(xié)議。放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼信道可建模如下。 sdn和 sr表示零均值切方差為0N的加性高斯白 噪聲。中繼則只是簡(jiǎn)易地將接收到的信號(hào)用一個(gè)因子進(jìn)行量化，該因子與接收功率成反比，可表示為： 2 0()r srpp hN? ? ? （ 22） 因此，中繼最后發(fā)送的信號(hào)是srry?，發(fā)射功率 P與源的發(fā)射功率相同，而目的端最后接收到的信噪比是源和中繼這兩個(gè)鏈路的信噪比之和。它可以對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行譯碼然后重新編碼再發(fā)送給接 收端。需要注意的是，中繼譯碼不一定都是正確的，如果譯碼錯(cuò)誤了還將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到目的端，這樣的話(huà)在目的端進(jìn)行譯碼就沒(méi)有意義了。 盡管固定 DF中繼比 AF 的加性噪聲少了很多，但是它可能會(huì)向目的端發(fā)送錯(cuò)誤信號(hào)，這就樣就導(dǎo)致了錯(cuò)誤傳播，從而降低了系統(tǒng)性能。 因此，固定中繼盡管具有易 于實(shí)施的優(yōu)勢(shì)，但是其頻譜效率卻很低，這是因?yàn)橛幸话氲男诺蕾Y源被分配給中繼進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，這就降低了整個(gè)信道的速率，特別是當(dāng)源到目的的信道并不是特別差的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候源發(fā)給目的的數(shù)據(jù)大部分都可以被正確譯碼，這樣中繼的轉(zhuǎn)發(fā)就浪費(fèi)了。造成這種現(xiàn)象的主要原因是一半的信道資源都被用來(lái)中繼轉(zhuǎn)發(fā)，這樣就反而降低了整個(gè)系統(tǒng)的速率，而且當(dāng)源和目的的信道不是很 差的時(shí)候，這樣的影響更加嚴(yán)重，因此，想要解決這種問(wèn)題，就必須要有一種新的中繼策略來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題 ， 這 時(shí) 就 產(chǎn) 生 了 兩 種 新 的 中 繼 方 式 分 別 是 自 適 應(yīng) 的 選 擇 中 繼（ SelectionRelaying， SR）和增強(qiáng)中繼（ Incremental Relay， IR）。 當(dāng) 增強(qiáng)中繼模式時(shí)，類(lèi)似于 ARQ協(xié)議，中繼節(jié)點(diǎn) 就 對(duì)源信號(hào) 進(jìn)行 解碼，并 反饋解碼判決信息給源節(jié)點(diǎn)， 然后 告知源節(jié)點(diǎn)譯碼 的正確與否 ，然后由源節(jié)點(diǎn)決定是否繼續(xù)進(jìn)行協(xié)作。 下面就對(duì)幾種新的中繼策略略作介紹。因此，目的節(jié)點(diǎn)將由中繼發(fā)送的量化壓縮后的信息和源發(fā)送的信息進(jìn)行聯(lián)合操作。在目的節(jié)點(diǎn) ，通過(guò)解碼接收到的一系列比特來(lái)得南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 到量化壓縮后的信息的估計(jì)值。映射過(guò)程一般情況下會(huì)產(chǎn)生失真，且失真也可以看做是一種噪聲。而之前的方案諸如放大轉(zhuǎn)發(fā)和譯碼轉(zhuǎn)發(fā)基本上都是中繼對(duì)源比特進(jìn)行重復(fù)，而在編碼協(xié)作上，中繼卻是發(fā)送了增量冗余，源發(fā)送的碼字在接收端與之結(jié)合之后，這樣反而產(chǎn)生了比較多冗余。 幾種合并方式概述 影響 無(wú)線(xiàn)通信 質(zhì)量的主要因素之一是 衰落 效應(yīng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題可以使用 分集 增益的方法，即在若干個(gè)支路上同時(shí)接收相互間 相關(guān)性 不大的但卻載有同一信息的信號(hào)，然后通過(guò)合并的方法再將各個(gè)支路信號(hào)合并然后輸出，這樣接收終端上的深衰落概率就會(huì)大大降低。這些分集接收技術(shù)在第二和第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中都已得到了廣泛 應(yīng)用。在接受端對(duì)各個(gè)不相關(guān)的分集支路進(jìn)行了相位校正，并先按照適當(dāng)?shù)目勺冊(cè)鲆孢M(jìn)行 加權(quán) 再相加處理，然后再送入檢測(cè)機(jī)制中進(jìn)行 相干 檢測(cè) 。 最大比合并方案在接收端完成的工作主要是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性處理，然后再利用最大似然檢測(cè)技術(shù)就可以對(duì)發(fā)端的發(fā)送出來(lái)的信息進(jìn)行還原。合并增益正比于分集支路數(shù) N 。并且每多加上一支分集的支路，對(duì)選擇式分集輸出信噪比只能貢獻(xiàn)其總分集支路數(shù)的倒數(shù)倍。等增益合并不是任何意義上的最佳合并方式，只有假設(shè)每一路信號(hào)的信噪比相同時(shí)，在信噪比理想最大化的基礎(chǔ)上，它才是最佳的。對(duì)于 CDMA 等系統(tǒng)， 它很好的維持了接收信號(hào)中各個(gè)用戶(hù)信號(hào)間的正交狀態(tài)，此時(shí)就可認(rèn)可衰落在各個(gè)通道間造成的差異，也不影響系統(tǒng)的信噪比。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 當(dāng)分集重?cái)?shù)較大時(shí)，等增益合并與最大比合并后相差不躲，在 1dB 左右。 分集性能指把不采用分集技術(shù)和采用分集技術(shù)的兩種情況進(jìn)行對(duì)比，從而得以減輕深衰落影響。本文中，主要采用的是分集增益來(lái)體現(xiàn)協(xié)作分集的 性能好壞。本文的理解，增益，就是增加收獲和益處，通常用兩個(gè)給定的參量（其數(shù)值可以對(duì)行為的一 圖 傳統(tǒng)分集 技術(shù)直觀理解圖 組物理性質(zhì)中的任何一個(gè)性質(zhì)或者一個(gè)系統(tǒng)的特征進(jìn)行描述）的比較來(lái)表征。分集階數(shù)也就是收發(fā)天線(xiàn)數(shù)增加，斜率就會(huì)增加，分集增益就會(huì)越大。因?yàn)樵谛旁氡容^高時(shí)分集增益近似可以看做誤碼率曲線(xiàn)的斜率。這樣，經(jīng)過(guò)接收然后合并，其 SINR 值約等于單鏈路的 2 倍。分集得到的增益就是這個(gè)打出來(lái)的部分。接收節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信號(hào)采用相關(guān)檢測(cè)。 主要參數(shù)說(shuō)明 在進(jìn)行 MATLAB 仿真前首先要對(duì)程序中的幾個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行定義，如下圖所示： RRayleigh Channel：H_rdR a y l e i g h C h a n n e l ： H _ s dRayleigh Channel：H_srDSAF:x_AFDF:x_DFy _ s dx _ sx_sy_sry_rdM R C :y _ c o m b i n e _ A Fy _ c o m b i n e _ D Fy _ S Dy _ A Fy _ D Fd e m o d u l a t eb e r _ S Db e r _ A Fb e r _ D Fxm o d u l a t eB E R 圖 程序中各參數(shù)說(shuō)明 程序流程圖 MTALAB 的主要仿真過(guò)程流程圖如下圖所示： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 生 成 比 特 信 息B P S K 調(diào) 制中 繼 方 式中 繼 放 大 轉(zhuǎn) 發(fā)目 的 節(jié) 點(diǎn) M R CB P S K 解 調(diào)B E R 分 析中 繼 解 碼 重 傳B P S K 解 調(diào)結(jié) 束信 號(hào) 直 發(fā)B P S K 解 調(diào)B E R 分 析B E R 分 析目 的 節(jié) 點(diǎn) M R CA F D F中繼不使用S i g n a l ：y _ c o m b i n e _ A FS i g n a l ： x _ sS i g n a l ： xS i g n a l ：y _ c o m b i n e _ D FS i g n a l ： y _ s dS i g n a l ： y _ A F S i g n a l ： y _ S D S i g n a l ： y _ D F生 成 信 道S i g n a l ： y _ s d S i g n a l ： y _ s dS i g n a l ： y _ s rS i g n a l ： y _ s r 圖 程序流程圖 程序的結(jié)構(gòu) 程序的主體結(jié)構(gòu)及循環(huán)模式 如下圖所示： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 不 同 信 噪 比 ： f o r S N R _ d B = M I N _ S N R _ d B : I N T E R V A L : M A X _ S N R _ d B直 傳 形 式A F 模 式D F 模 式畫(huà) 出 各 自 的 B E R生 成 信 號(hào) ， B P S K 調(diào) 制 ， 生 成 信 道蒙 特 卡 羅 循 環(huán) ： f o r t r i e s = 0 : M o n t e _ M A X 圖 程序的整體結(jié)構(gòu)圖 主程序及調(diào)用的函數(shù)可見(jiàn)附錄 A，下面對(duì)主程序中部分功能和用途進(jìn)行進(jìn)一步分析。 sigma = sqrt(sigma2)。 其中方差是信道正態(tài)分布的均值，所以只需要輸入方差就可以得到信道系數(shù) ， 函數(shù)SIG MA ),normrnd(MU R ?的功能是生成 均值為 MU、標(biāo)準(zhǔn)差為 SIGMA的正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)據(jù)。measured39。本程序以 39。參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度。但是，β也由信道的參數(shù)決定，而 AF與 DF模式的 MRC加權(quán)系數(shù)的本質(zhì)區(qū)別在于： AF由于是對(duì)接收信號(hào)的放大，所以對(duì)于源到目的端的信號(hào)的加權(quán)系數(shù)還與源到中繼的信道的參數(shù)、源到中繼信道的信號(hào)和噪聲功率相關(guān)。 * sqrt(POW_S_sd) / POW_N_sd。 * sqrt(POW_S_rd) / POW_N_rd。 * sqrt(POW_S_sd) / POW_N_sd。 * CH_rd39。 y_bine = a_sd*signal_sd + a_rd*signal_rd。而 對(duì)于理論 BER，通過(guò)調(diào)用自定義函數(shù)得到，其代碼 如下 ： 輸入?yún)?shù) 非協(xié)作的信噪比