无线协作通信的仿真与性能分析(协作策略)毕业设计说明书(编辑修改稿)

无线协作通信的仿真与性能分析(协作策略)毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

理，然后再送入检测机制中进行 相干 检测。 在进行合并的时候可以假设第 i个支路的可变增益加权系数由该分集之路的信号幅度与 噪声 功率的比值计算得到。 最大比合并方案在接收端完成的工作主要是对接收到的信号进行线性处理，然后再利用最大似然检测技术就可以对发端的发送出来的信息进行还原。 其译码过程简便并且易于实现。 合并增益正比于分集支路数 N。 (2)选择合并（ SC） 采用选择合并技术时，N个接收机的输出信号先送入选择逻辑器，选择逻辑器再从接收到的所有信号中选取其中具有最高基带信噪比的基带信号作为输出的信号。 并且每多加上一支分集的支路，对选择式分集输出信噪比只能贡献其总分集支路数的倒数倍。 (3)等增益合并（ EGC） 等增益合并也可被称为相位均衡，它仅仅是对信道的相位偏移进行校正，而对幅度不做校正。 等增益合并不是任何意义上的最佳合并方式，只有假设每一路信号的信噪比相同时，在信噪比理想最大化的基础上，它才是最佳的。 它输出的结果是各路信号幅值的叠加。 对于 CDMA 等系统， 它很好的维持了接收信号中各个用户信号间的正交状态，此时就可认可衰落在各个通道间造成的差异，也不影响系统的信噪比。 当在某些系统中对接收信号的幅度测量不便时就可选用 EGC。 南京工程学院毕业设计（论文） 11 当分集重数较大时，等增益合并与最大比合并后相差不躲，在 1dB 左右。 等增益合并实现比较简单，设备也很简单。 分集性能指把不采用分集技术和采用分集技术的两种情况进行对比，从而得以减轻深衰落影响。 为了给分集改善程度提供一个定性的指标，常用分集改善度和分集增益这两个指标来进行衡量。 本文中，主要采用的是分集增益来体现协作分集的 性能好坏。 分集增益（ diversity gain），在所给的参考文献中，只是对分集增益进行了模糊的解释，有的说是分集增益就是等同于于分集阶数（ diversity order），也就是说在传输过程中提供的同一信号独立副本的最大数目；有的则认为分集增益的本质就是为了提高 SINR，提高几个 db的量化，可以说分集增益与分集阶数有关；还有很多其他的概念如自由度增益、阵列增益、功率增益、复用增益等其他的增益方式。 本文的理解，增益，就是增加收获和益处，通常用两个给定的参量（其数值可以对行为的一 图 传统分集 技术直观理解图 组物理性质中的任何一个性质或者一个系统的特征进行描述）的比较来表征。 可见，分集增益通过利用发射分集和接收分集来增加 SNR 曲线的斜率。 分集阶数也就是收发天线数增加，斜率就会增加，分集增益就会越大。 在高信噪比下分集增益对系统性能的提高显得尤为重要。 因为在信噪比较高时分集增益近似可以看做误码率曲线的斜率。 所以，本文中，分析系统的性能的主要方法就是观察误码率曲线的斜率，从而可以定性的对实际分集增益进行分析 那么，分集是通过什么样的方法获得增益的呢。 举例来讲，从两个天线分别发送出去同一个信号，这个 时候，如果把两条链路信道状态看做是独立同分布的，那么其各链路接收的也就是近似相同的 SINR。 这样，经过接收然后合并，其 SINR 值约等于单链路的 2 倍。 直观上的来说，在接收端接收到单链路南京工程学院毕业设计（论文） 12 时的 2 倍的信号强度，但噪声却不一定是 2 倍的原先噪，根据噪声分布情况的不同将会有一定程度的抵消作用，只会小于 2 倍，那么此时合并后的信噪比就会比单链路时的信噪比大了。 分集得到的增益就是这个打出来的部分。 南京工程学院毕业设计（论文） 13 第三章 主要程序及流程图 本文对 AF和 DF 的仿真采用 MATLAB 实现 ，系统采用 BPSK 调制、无信道编码、蒙特卡洛循环 仿真方法，信道的状态 信息对接收节点是已知的， 而 对发送节点是未知的。 接收节点对接收到的信号采用相关检测。 源节点与中继节点之间以及二者和目的节点之间的信道是相互独立的，服从瑞利慢衰落。 主要参数说明 在进行 MATLAB 仿真前首先要对程序中的几个主要参数进行定义，如下图所示： 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 图 程序中各参数说明 程序流程图 MTALAB 的主要仿真过程流程图如下图所示： 南京工程学院毕业设计（论文） 14 生 成 比 特 信 息B P S K 调 制中 继 方 式中 继 放 大 转 发目 的 节 点 M R CB P S K 解 调B E R 分 析中 继 解 码 重 传B P S K 解 调结 束信 号 直 发B P S K 解 调B E R 分 析B E R 分 析目 的 节 点 M R CA F D F中继不使用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 图 程序流程图 程序的结构 程序的主体结构及循环模式 如下图所示： 南京工程学院毕业设计（论文） 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 传 形 式A F 模 式D F 模 式画 出 各 自 的 B E R生 成 信 号 ， B P S K 调 制 ， 生 成 信 道蒙 特 卡 罗 循 环 ： f o r t r i e s = 0 : M o n t e _ M A X 图 程序的整体结构图 主程序及调用的函数可见附录 A，下面对主程序中部分功能和用途进行进一步分析。 瑞利衰落信道模型 为了简化程序，所有信道都是采用恒参的瑞利衰落信道，即在一次蒙特卡洛循环中，衰落系数是一个恒定的复数，在程序中由以下语句体现： function H = RayleighCH(sigma2) % average value(0) mu = 0。 sigma = sqrt(sigma2)。 % Standard deviation(σ) H = normrnd(mu,sigma)+j*normrnd(mu,sigma)。 其中方差是信道正态分布的均值，所以只需要输入方差就可以得到信道系数 ， 函数SIG MA ),normrnd(MU R 的功能是生成 均值为 MU、标准差为 SIGMA的正态分布的随机数据。 加性噪声模型 仿 真 过 程 中 的 高 斯 白 噪 声 （ 加 性 噪 声 ） 是 通 过 函 数 y = awgn(x,SNR,SIGPOWER)来实现的，如果 SIGPOWER 是一个数值，则其代表以 dB为单位的信号强度；如果 SIGPOWER 为 39。 measured39。 ，则函数将在加入噪声之前测定信号强度。 本程序以 39。 measured39。 参数自动检测信号强度。 南京工程学院毕业设计（论文） 16 本课题主要采用的是最大比合并（ MRC）， 由于 AF与 DF模式的最大比合并加权系数的决定因素不同， AF模式与中继节点的放大系数β有关，所以自定义函数) varargin Mrc( y_c ombine ，通过输入参数的数目不同以区分 AF与 DF。 但是，β也由信道的参数决定，而 AF与 DF模式的 MRC加权系数的本质区别在于： AF由于是对接收信号的放大，所以对于源到目的端的信号的加权系数还与源到中继的信道的参数、源到中继信道的信号和噪声功率相关。 因此在目的端进行合并时的过程由下面的程序实现： 首先输入的参数有一下几个： 中继放大系数、信道系数、信号功率、噪声功率、需要合并的两路信号； 然后判断输入参数数目 nargin if nargin = 8 输入参数数目是 8为 DF模式 a_sd = CH_sd39。 * sqrt(POW_S_sd) / POW_N_sd。 加权系数 a_rd = CH_rd39。 * sqrt(POW_S_rd) / POW_N_rd。 elseif nargin = 10 输入参数数目是 10 为 AF 模式 a_sd = CH_sd39。 * sqrt(POW_S_sd) / POW_N_sd。 a_rd = (beta * sqrt(POW_S_rd) * CH_sr39。 * CH_rd39。 ) / ( (beta^2*(abs(CH_rd))^2+1) * POW_N_rd )。 y_bine = a_sd*signal_sd + a_rd*signal_rd。 最后返回合并信号 误比特率的计算 对于实际 的 BER，通过统计蒙特卡罗的误码数，与全部比特数目 相除 得到。 而 对于理论 BER，通过调用自定义函数得到，其代码 如下 ： 输入参数 非协作的信噪比、信道系数、信号功率、噪声功率 if nargin = 1 直连模式 SNR_SD = varargin{1}。 POW_S_sd = 1。 sig = 10^(SNR_SD/10)。 POW_N_sd = POW_S_sd / sig。 gamma_sd = ( POW_S_sd * (abs(SNR_SD))^2 ) / POW_N_sd。 南京工程学院毕业设计（论文） 17 gamma_rd = 0。 elseif nargin = 6 DF模式 gamma_sd = ( POW_S_sd * (abs(CH_sd))^2 ) / POW_N_sd。 gamma_rd = ( POW_S_rd * (abs(CH_rd))^2 ) / POW_N_rd。 elseif nargin = 7 AF模式 gamma_sd = ( POW_S_sd * (abs(CH_sd))^2 ) / POW_N_sd。 numerator = (POW_S_rd)^2 * (abs(CH_sr))^2 * (abs(CH_rd))^2。 denominator=(POW_S_rd*(abs(CH_sr))^2+POW_S_rd*(abs(CH_rd))^2+POW_N_rd)* POW_N_rd。 gamma_rd = numerator / denominator。 gamma = gamma_sd + gamma_rd。 计算系统的信噪比 theoretical_BER = 1 / ( 2 * sqrt(pi*gamma) * exp(gamma) )。 % Approximation% theoretical_BER = erfc( sqrt(gamma) ) / 2。 % Actual value 计算系统的误码率 AF仿真过程的实现 如图所示是 AF策略的流程图 ： 源 发 送x _ s瑞 利 衰 落 H _ s r和 白 噪 声中 继 以 系 数 β进 行 放 大 转 发目 的 端 M R C瑞 利 衰 落 H _ r d和 白 噪 声瑞 利 衰 落 H _ s d和 白 噪 声B P S K 解 调信 道 s _ r信 道 s _ d信 道 r _ dS i g n a l ： y _ s rS i g n a l ： x _ A FS i g n a l ： x _。