【正文】 的主流協(xié)議所采納，如3G蜂窩系統(tǒng)和802．1ln等。這是因為MIM0技術需要天線陣列和豐富的散射環(huán)境這兩個前提條件，兩者缺一不可。未來，無線通信系統(tǒng)將使用更高的頻率，移動終端可以安裝多個天線，但由于高頻率電波傳輸以視距傳輸為主，散射不夠豐富，因而仍然不能很好的應用MIMO技術。具體地講，協(xié)作通信在豐富的散射環(huán)境下，通過借助協(xié)作伙伴的天線形成虛擬天線陣列，而在散射不豐富的環(huán)境下，可以將協(xié)作伙伴作為主動散射物，從而形成多徑傳輸環(huán)境。協(xié)作通信是一種新型的空間分集技術，它的思想雖然來源于中繼通信，但有別于中繼通信。此外，傳統(tǒng)的中繼通信沒有分集的功能，而協(xié)作通信通過協(xié)作可以使單天線用戶也獲得分集增益。協(xié)作通信的基本思想是為系統(tǒng)中的每個用戶分配一個或多個協(xié)作伙伴，協(xié)作伙伴之間有責任在傳輸自己信息的同時幫助其伙伴傳輸信息，這樣，每個用戶在傳輸信息的過程巾既利用了自己的空間信道又利用了協(xié)作伙伴的空間信道，因而能獲取一定的空間分集增益，從而可以抵抗陰影衰落和多徑衰落，擴大系統(tǒng)容量，提高網(wǎng)絡服務質量，節(jié)約網(wǎng)絡功率消耗，并增大網(wǎng)絡的覆蓋范圍。第一章 簡述論文的結構和論文研究的背景及意義。第三章 介紹研究發(fā)展協(xié)作通信的意義和前景，比較說明幾種不同的中繼轉發(fā)操作，并引出AF放大轉發(fā)協(xié)議。通過研究得出自己的見解。第五章 結論與展望，重要分析一下本文所得出的結果，以及協(xié)作通信在未來發(fā)展中的重要性。在移動中實現(xiàn)的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。而且，實踐已經(jīng)證明，無線通信對抗震救災等突發(fā)重大事件，其高度安全可靠、靈活機動體現(xiàn)了其卓越的應變能力；另外，其前期投資較少，以及衛(wèi)星通信對區(qū)域及國際通信等長途通信距離均不敏感等等，這一系列優(yōu)點，對未來信息社會的全球個人通信的無縫隙覆蓋、多媒體運行而言，無線通信——尤其是地面移動通信和衛(wèi)星通信，將扮演一種獨具魅力的角色，而且會顯得愈來愈重要。盡管經(jīng)歷了幾代不同發(fā)展階段，每一代無線設備的更新都帶來了無限連路通信速度、設備尺寸、電池壽命，以及應用等方面的顯著改變。典型的例子如adhoc網(wǎng)絡和無線傳感器網(wǎng)絡，由于摒棄了傳統(tǒng)網(wǎng)絡分層的概念而允許任何節(jié)點幫助其他節(jié)點轉發(fā)信息，因此建立了包含多天的無線通信路徑。這種特性導致了用戶終端發(fā)送的信息，可以通過其他節(jié)點獲得性能增益，而不是被當做干擾。無線通信技術的發(fā)展離不開眾多基礎知識，如集成電路能量儲存以及天線技術的發(fā)展。近幾年來，被認為對通信技術有巨大推動作用的是MIMO(MultipleInput MultipleOutput)技術。隨著高速無線通信應用需求的增長，未來無線通信網(wǎng)絡被要求能夠提供更高數(shù)據(jù)速率和更可靠的業(yè)務。在無線通信系統(tǒng)中，無線信道的衰落特性是制約無線通信提高信號質量和傳輸速度的主要原因。無線通信系統(tǒng)中存在三類不同層次的衰落，分別是路徑損耗、陰影衰落和多徑衰落。路徑損耗在有線通信中也存在，但比無線空間中的損耗要小一些。在多用戶網(wǎng)絡中，中繼傳輸也可以通過用戶之間的相互協(xié)作來實現(xiàn)。在蜂窩系統(tǒng)中，陰影衰落可以通過采用宏分集技術和功率控制來改善。由于多徑衰落變化速度快，因而對系統(tǒng)的影響最大且最難克服。在實際無線信道中這三種選擇性衰落往同時存在，因而需要采用多種分集技術。近幾年來，全球通信技術的發(fā)展日新月異，尤其是近兩三年來，無線通信技術的發(fā)展速度與應用領域已經(jīng)超過了固定通信技術，呈現(xiàn)出如火如荼的發(fā)展態(tài)勢。蜂窩移動通信從上世紀80年代出現(xiàn)到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展到了第三代移動通信技術，目前業(yè)界正在研究面向未來第四代移動通信的技術。寬帶無線接入研究重點主要包括無線城域網(wǎng)（WMAN）、無線局域網(wǎng)(WLAN)和無線個域網(wǎng)(WPAN)技術。衛(wèi)星通信以其特殊的技術特性，已經(jīng)成為無線通信技術中不可忽視的一個領域。蜂窩通信的發(fā)展方向,蜂窩通信技術從1G、2G向3G、4G發(fā)展。這些技術都朝向移動的、寬帶的、高速的方向發(fā)展。首先，每10年出現(xiàn)一代新技術，每15～20年退出一代。其次，技術在平穩(wěn)中演進。第二代GSM/CDMA數(shù)字系統(tǒng)處于主導地位，占據(jù)約95%的市場。超3G正處在初期研究階段，將在10年后進入實質商用階段。（3）在IEEE802涉及的無線領域中，目前主要分為四類無線接入技術，分別是個域網(wǎng)（PAN:）、局域網(wǎng)WiFi（LAN:）、城域網(wǎng)WiMAX（MAN:)、廣域網(wǎng)（WAN:）。，支持車速移動(120km/h)，可以提供寬帶接入（幾十Mbit/s），覆蓋范圍一般在幾公里之內。目前只對無線接口物理層和MAC層進行標準化，預計明年中完成。其頻譜可能包括現(xiàn)有的固定無線接入頻段、WLAN頻段或新劃分許可頻段。它與3G、B3G的不同在于:3G及其增強型技術強調無處不在(連續(xù)覆蓋)、移動性和全業(yè)務(話音和數(shù)據(jù))，數(shù)據(jù)速率較高；WiMAX提供的是熱點覆蓋、游牧式移動或有限移動，以數(shù)據(jù)業(yè)務為主，數(shù)據(jù)速率高。、3G增強型及B3G有交疊，并在動態(tài)地變化，采用的關鍵技術也較接近?？傮w上來講，3G、WiMAX和B3G是滿足不同速率和不同需求，在不同時間推出的技術，是互補和共存的。RFID（無線射頻識別技術）的理念是實現(xiàn)物與物的通信，它的發(fā)展經(jīng)過了物品識別、跟蹤記錄、環(huán)境感知階段，正向著物物通信和實時控制方向演進。它采用PTT方式，呼叫接續(xù)快，被叫不需摘機，適合調度類業(yè)務和專用系統(tǒng)。(2) 采用數(shù)字信令方式、語音編碼、調制解調；頻譜利用率高、抗無線信道衰落能力強。數(shù)字集群的基礎技術包括:TDMA（GT800）、FDMA/CDMA（GoTa）和FHMA（跳頻）等。共網(wǎng)運營將是數(shù)字集群的發(fā)展方向。包括了TDSCDMA、WCDMA、cdma2000系列標準。（2）寬帶無線接入:SCDMA系列標準、WLAN系列標準（包括與蜂窩移動通信的互通、互操作標準）、WiMAX的行業(yè)標準正在制訂中。（4）短距離通信:UWB、RFID等技術標準正在研究中。（1）異構化異構無線網(wǎng)絡融合是移動通信系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。一方面，3G技術擁有強大的網(wǎng)絡管理和業(yè)務提供能力；另一方面，IEEE 802系列的技術研發(fā)和商業(yè)應用的速度非常迅速，并且其鮮明的技術特征、清晰的市場定位成為這些技術快速占領市場的關鍵。因此，異構性更強、多樣化更明顯成為今后無線通信發(fā)展的主旋律。層次復雜的網(wǎng)絡結構，會造成一些嚴重的問題：首先，全網(wǎng)多級投資計劃建設，建設模式不盡相同，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和管理，難以達到全網(wǎng)最優(yōu)化設計；其次，網(wǎng)絡結構層次和網(wǎng)絡管理層次增多，會造成網(wǎng)絡的性能指標下降，同時加大了建設和維護成本；第三，較多的網(wǎng)絡層次，會使業(yè)務開展成本和業(yè)務維護成本增加，尤其是給全網(wǎng)性增值業(yè)務的開放帶來困難。（3）IP化隨著IP技術的發(fā)展，移動網(wǎng)絡逐漸面向全IP網(wǎng)絡的趨勢發(fā)展。未來要實現(xiàn)不同無線技術共用同一個核心網(wǎng)絡，就必須積極推動網(wǎng)絡融合工作，網(wǎng)絡的全IP化有助于無線技術和核心技術的緊密集成。未來網(wǎng)絡的全IP化將是一個漸進的過程，它會逐步從核心網(wǎng)到接入網(wǎng)再到移動臺。網(wǎng)絡的泛在化使得任何人無論何時何地都可以通過合適的終端設備與網(wǎng)絡進行連接，獲取個性化的信息服務。相應地，終端設備也將具備智能型接口及環(huán)境感知能力，使用戶的使用更加簡單和方便，從而滿足我們對未來無線通信技術以用戶為中心、隨時隨地接入網(wǎng)絡的要求。由于無線信道的廣播特性使得節(jié)點間可以互相幫助，進行分布式的通信，并且可以獲得和固定MIMO系統(tǒng)相同的性能增益，所以出現(xiàn)了協(xié)作通信的思想。 影響無線信道的因素由于傳播媒介帶來的有害因素，無線通信成為一種極具挑戰(zhàn)性的工作。下面介紹幾種重要的干擾因素：AWGN（加性高斯白噪聲）從統(tǒng)計上而言是隨機無線噪聲，其特點是其通信信道上的信號分布在很寬的頻帶范圍內。高斯指幅度取各種值時的概率p (x)（即白噪聲），且幅度服從高斯分布的噪聲信號。該噪聲信號為一種便于分析的理想噪聲信號，實際的噪聲信號往往只在某一頻段內可以用高斯白噪聲的特性來進行近似處理。加性高斯白噪聲只是白噪聲的一種，另有泊松白噪聲等大尺度傳播效應，大尺度損耗傳播模型描述發(fā)射機和接收機之間長距離上平均場強的變化,反映由路徑損耗和陰影效應所引起的接收信號功率隨距離變化的規(guī)律。建立準確的無線信道大尺度傳播模型對于蜂窩設計至關重要,它可以確定小區(qū)的覆蓋大小、最佳位置,從而達到減少相鄰小區(qū)之間的干擾、優(yōu)化通信網(wǎng)絡的目的。路徑損耗導致了信號功率的降低，其產(chǎn)生于信號從發(fā)射機到接收機的衰減。接收機天線將它們合成一個幅度相位都極具變化的信號，其變化程度取決于多徑波的強度。在通信系統(tǒng)的設計中，源和目的之間的單一信號路徑可能出現(xiàn)嚴重衰落，因此需要通過增加信道編碼部分的糾錯能力、降低傳輸速率、使用更精密的探測器等技術進行解決。從不同的角度看待衰落信道的通信問題，整體鏈路的可靠性通過在源和目的端提出多個信號路徑可以得到明顯改善，每一個衰落過程盡可能獨立其他過程。這些旨在提供多個理想獨立的信號路徑的技術統(tǒng)稱為分集技術。通過一個犁耙式接收機，單個元素或手指，能夠偏移及時地說明多程信號的不同到達時間。信道相干時間等于或者超過幾個符號傳輸時間的通信環(huán)境相當普遍。獲得這種分集的最簡單的方法是使用重復編碼機制來形成兩個符號。頻率分集：將調制在不同載波頻率上的同一路信號進行合并，從而帶來信號增益的一種接收技術。頻率分集抗頻率選擇性衰落特別有效，但付出的代價是成倍地增加了收發(fā)信機，且需成倍地多占用頻帶，降低了頻譜利用率。是通信中使用較多的分集形式，簡單的說，就是采用多付接收天線來接收信號，然后進行合并。多徑衰落和陰影衰落產(chǎn)生原因是不相同的。這兩者是構成移動通信接收信號不穩(wěn)定的主要因素，使接收信號被大大地惡化，雖然通過增加發(fā)信功率、天線尺寸和高度等方法能取得改善，但采用這些方法在移動通信中比較昂貴，有時也顯得不切實際。在移動通信中，空間略有變動就可能出現(xiàn)較大的場強變化。這里所提相關性是個統(tǒng)計術語，表明信號間相似的程度，因此必須確定必要的空間距離。若減小天線間距，即使小到l/4，也能起到相當好的分集效果。其中空間分集接收是在空間不同的垂直高度上設置幾副天線，同時接收一個發(fā)射天線的微波信號，然后合成或選擇其中一個強信號，這種方式稱為空間分集接收。這樣就降低了信道衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃浴ｋS著現(xiàn)代社會對無線通信需求的擴大，人們不斷追求更高質量的無線傳輸速率和服務質量但無線通信中信號傳輸?shù)亩嘟?jīng)衰落效應始終是困擾無線傳輸速率和服務質量提高的最大問題，因此，人們采用了多種抗多經(jīng)衰落的技術這些技術包括分集、自適應均衡、擴頻通信、交織以及糾錯編碼技術等，其中分集是抵抗多經(jīng)衰落最主要且行之有效的技術之一，它的發(fā)展經(jīng)歷了從最初的時間分集，頻率分集，編碼分集，到最近的空間分集的過程尤其是空間分集，由于不需要占用額外的時間和頻帶資源，并且可以和其他信號處理方式相結合，因此得到了廣泛的關注其中最典型的就是多入多出Multiple InputMultiple Output，MIMO技術，它能夠將傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中存在的多徑因素變成對用戶通信性能有利的因素，在抗多徑衰落，提高通信鏈路的通信速率和質量方面有著明顯的優(yōu)勢，它的空域發(fā)射分集技術已經(jīng)成為3GPP的WCDMA標準協(xié)議但在實際應用中，由于移動終端物理條件的制約，如終端的體積，功耗，多天線的位置設置等，限制了空間分集技術的應用由此人們從中繼信道得到啟發(fā)，由Sendonaris提出了協(xié)作分集的概念 本文首先對移動通信系統(tǒng)中應用比較廣泛的分集技術作了詳細的介紹并重點介紹了本課題主要相關的分集技術并對分集與非分集方式所得到的效果改善和衡量指標進行了介紹 其次，本文提出了協(xié)作分集的概念協(xié)作分集這種新的空域分集技術是為了解決蜂窩移動通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)空域分集技術在移動終端的多天線設置制約而生的與傳統(tǒng)的空域多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)相比，協(xié)作分集使得在多用戶環(huán)境下，具有單天線的多個終端可以共享彼此的天線，以形成一個虛擬的多天線結構，實現(xiàn)空域分集 本文討論了協(xié)作分集已取得的進展和性能改善，同時介紹了協(xié)作分集的三種常用方法放大－中繼法、解碼－中繼法、編碼協(xié)作法，然后對放大－中繼和編碼協(xié)作方案進行了簡要說明最后，本文討論了基于上述三種方法的協(xié)作分集模型分析同時設計了它的各個部分子模塊，包括卷積編碼和Vitcrbi軟譯碼、分集接收、幾種信道模型、最大比合并等并通過大量的計算機仿真分別實現(xiàn)了在加性高斯信噪聲信道AWGN、慢衰落信道、快衰落信道這幾種不同信道傳輸環(huán)境下，協(xié)作系統(tǒng)與非協(xié)作分集方式下的性能比較，充分驗證了協(xié)作系統(tǒng)性能的優(yōu)異性。在發(fā)射端采用一副天線發(fā)射，而在接收端采用多副天線接收。這樣就降低了信道衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃?。為了克服這個缺點，近來又生產(chǎn)出定向雙極化天線。利用這一特點，在發(fā)射端同一地點裝上垂直極化和水平極化兩副發(fā)射天線，在接收端同一地點裝上垂直極化和水平極化兩副接收天線，就可以得到兩路衰落特性互不相關的極化分量Ex和Ey。這種方法的優(yōu)點是它只需一根天線，結構緊湊，節(jié)省空間，缺點是它的分集接收效果低于空間分集接收天線，并且由于發(fā)射功率要分配到兩副天線上，將會造成3dB的信號功率損失?？臻g上的位置分離保證兩面接收天線分別接收不同路徑來的微波信號，同時也使兩面天線間滿足一定隔離度的要求。對于極化分集的雙極化天線來說，天線中兩個交叉極化輻射源的正交性是決定微波信號上行鏈路分集增益的主要因素。兩個交叉極化輻射源要求具有很好的正交特性，并且在整個120176。為了獲得好的覆蓋效果，要求天線在整個扇區(qū)范圍內均具有高的交叉極化分辨率。為了在雙極化天線的兩個分集接收端口獲得較好的信號不相關特性，兩個端口之間的隔離度通常要求達到30dB以上。常用的合并方法有選擇性合并、切換合并、最大比合并、等增益合并等。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的SISO(SingleInput SingleOutput)系統(tǒng)，MIMO還可以包括SIMO(SingleInput MultipleOutput)系統(tǒng)和MISO(MultipleInput SingleOutput)系統(tǒng)。同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。\a\g后全新的無線局域網(wǎng)技術，速度可達600Mbps。該技術最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。利用MIMO技術可以提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。實現(xiàn)空間復用增益