协作通信系统中的选择df中继协议研究本科毕业设计论文(编辑修改稿)

协作通信系统中的选择df中继协议研究本科毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

生高数据速率的第四代无线系统而言，协作通信是一种新的手段，它将会成为第五代无线网络的关键技术。 现状 协作通信是一种新的 通信方式，它把 MIMO 通信技术推广到更多的应用场西北工业大学明德学院 本科毕业设计论文 7 景中。 在这种新的通信方式中，分散在无线网络中的终端可以看做分布式天线。 通过这些节点的协作，增加了 系统的分级增益从而获得了类似 MIMO 系统中的增益。 在文献 [1]和 [2]中， Laneman 等提出了不同的协作分集协议并分析了他们的中断性能。 译码转发和放大转发的概念就出自这两篇文章。 当采用译码转发，每个中继接收源发送的信号并进行译码，然后将译码后的信号转发给目的，目的将接受到的所有副本进行合理的合并。 放大转发是个更加简单的技术，中继放大接收到的信号并向目的转发。 这种技术下，尽管噪声随着信号一起被放大，但仍然能够从来自空间独立的两个信道的信号中获得空间分集。 Sendonaris 等在文献 [3]提出了用户 协作分集的概念。 另一种获得分集的技术是 Hunter 等在文献 [4]中介绍的将纠错码引入协作的编码协作。 近年来一些研究者研究了无线网络的容量度量问题。 Gupta 和 Kumar 的原创工作激发了很多人对这个问题的思考。 他们所建模型的局限在与不允许网络之间的协作，因此，如果节点接收到的信号不是自己需要的信号，则将其作为干扰。 而协作则受益于信道的广播特性，利用这个优势，它将不再把监听到的信号当做干扰。 在另外一篇论文所总结的最近的工作中， Aeron 和 Saligrama 提出了分布式合作方案，该方案带来了比传统多跳方 案更高的吞吐量。 任何一种新技术的出现，必然会带来一些新的问题，协作通信业不例外。 虽然协作通信的研究已取得很多的突破，但仍有不少问题需要进一步探讨和改进，以达到更好的性能。 第一，同步问题。 目前大多数协作通信的文献都假定系统能够实现精确同步，即协作者之间、协作者和目的端之间都是同步的，但这在实际中是难以做到的。 与有线同步网络不通，协作通信中同一信息是由多个协作者发往目的端的。 如果多个协作者到目的端的时延不同，则协作者之间的同步问题与协作者和目的端的同步问题是相互矛盾的。 以现有额同步机制，如果 做到了多个协作者间的同步，就很难做到目的端与协作者间的同步，反之亦然。 第二，功率分配问题。 现在的研究大多数采用等功率分配法，认为各个移动终端有着相同的发射功率。 如果使移动终端根据上行信道或者协作伙伴的信道状态自适应地调整发送功率，从而更好地提升性能呢。 更进一步，如何在已有基础西北工业大学明德学院 本科毕业设计论文 8 的协作网络中进行功率控制，使干扰最小化这些问题仍未有令人满意的解决方案。 第三，频率选择性衰落信道下的协作通信问题。 到目前为止，绝大多数的协作通信研究工作都假设信道是平坦衰落的。 然而，在实际的通信系统中，特别是对于搞数 据率和高移动性的通信系统，信道是频率选择性衰落的。 能否将现有研究成果移植到频率选择性衰落信道中，频率选择性信道中的协作通信有什么特殊的研究内容，这些问题都急待解决。 第四，基站的改进。 协作通信技术的引入会导致基站的接收复杂度提升，因此开展关于协作方案中的信道估计和先好检测等方面的研究很有必要。 第五，伙伴选择问题。 在一个多用户的环境中怎样划分各个终端的协作伙伴，既然是移动终端，当它们的相对位置改变时又 该如何或者说应该隔多久的时间重新划分一次协作伙伴这方面虽然已经有 了一些相关的解决方案，但选用 的网络模型相对比较简单，有待补充和扩展。 第六，协作的时机问题。 现在的文献往往只关注协作带来的增益，极少有考虑协作通信的必要性，似乎协作在任何场景下都能带来好处。 事实上，无论什么技术都有它难以克服的缺陷，只有使用得当才能充分发挥其积极作用。 第七，协作通信的推广和应用。 今后协作通信还可用于异构融合的无线网络，形成一种全新的智能化的网络，这其中存在多用户、多网络之间的协作问题，问题的关键在于采用什么样的策略尽可能公平地对待所有用户和网络，如何尽量减少系统开销，以及如何更灵活地去适应各类网络的接入协议等。 这些 相关的研究目前仍然处在初级阶段，有很多的工作等待开展和讨论。 本论文所做的工作 本文主要研究协作通信系统中选择 DF 中继协议。 分析在不同的协作协议下，通信系统的性能状况。 本文所做的工作分为以下几个方面： 、背景、现状。 西北工业大学明德学院 本科毕业设计论文 9 MIMO 的基础知识。 ,主要研究选择 DF 中继协议。 西北工业大学明德学院 本科毕业设计论文 10 第二章 MIMO 技术以及协作分集 分集技术提供多个理想独立的信号路径，通过在源和目的端提供多个信号路径可减轻衰 落影响的一种技术。 分集技术已广泛应用无线通信网络中。 本章主要对空间分集、频率分集、 时间分集这三种典型的分集技术进行分析。 MIMO 技术的提出与发展 无线通信 已经经历了飞速的发展演进，其发展离不开众多基础技术。 近几年，被公认为对通信技术有巨大推动作用的是 MIMO 技术。 MIMO 技术在接收端和发射端使用多根天线，从而形成多条路径，通过数字信号处理技术对多条路径传送的信号进行形成和合并，提高了接收信号的质量和数据传输速率。 由于传播媒介带来的有害因素，无线通信成为一种极具挑战性的工作。 无线衰落信 道所呈现的挑战随着时间的推移不断发生变化。 在通信系统的设计中，源和目的端之间的单一信号路径可能出现严重衰落，因此需要通过增加信道编码部分的纠错能力、降低传输速率、使用更精密的探测器等技术进行解决。 然而，这些解决办法对于许多实际路径的实现来讲远远不够。 协作分集技术 无线通信发展至今 ,随着人们对高速率数据业务和服务质量的需求不断提高要求下一代 的无线通信系统能够提供更高的传输效率和质量更高的无线覆盖。 然而 无线信道固有的衰落特性会导致信号 传输质量严重下降。 为了对抗无线信道的衰落 ,提高系统的传输可靠性 ,在无线 通信系统中广泛使用分集技术。 分集的基本原理是发送端通过多个信道 ,如时间、频 率或者空间 发送 信息和接收端接收到承载相同信息且在统计上相互独立或近似独立的多个副本 ,对多个副本加以有效且可靠的利用从而对抗信道衰落。 多输入多输出 MIMO 系统通过发送端和 /或接收西北工业大学明德学院 本科毕业设计论文 11 端配置的多根天线，可以实现空间分集， 并且可以有效地提高系统 的频谱效率和数据 传输速率 ,已经被认为是新一代无线通信系统的关键技术之一。 然而令人遗憾的是 ,在实际 无线通信系统中 ,通常只在基站端配置多根天线 ,而对于移动终端 ,由于体积、重量以及功耗等方面的限制 ,在其上配置多 根天线难以实现。 为了解决这个问题 实现 移动终端的发送分集 ,产生了一种新的空间分集形式— 协作 分集。 分集增益通过网内移动终端的相互协作获得网内多个移动终端组成协作伙伴 ,协作 伙伴之间对数据进行中继转发 ,即每个移动终端都不仅发送自己的信息 ,还要发送协作“伙 伴”的信息。 通过使用“伙伴”的天线来发送经历独立衰落的副本 ,从而使单天线的移动终端也可以实现空间分集。 对于协作“伙伴”之间如何相互处理自己和“伙伴”的信息问题 ,需要设计具体的协作 协议 ,以尽可能地利用有用信息 ,消除干扰 ,在处理复杂度较低的情况下有效提高 系统的可靠性。 然而 ,由于不同的协作协议具有不同的差错性能 ,且侧重点以及适合的场景不同 ,有必要对各种协作协议进行具体的分析研究。 无线信道的分集 空间分集 我们知道在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的 场强变化 .当使用两个接收信道是 ,它们受到的衰落影响是不相关的 ,因此这一设想引出了利用两幅接收天线的方案 ,独立接收同一信号 ,再合并输出 ,衰落的程度能被大大地减少 ,这就是空间分集 . 空间分集分为空间分集发送和空间分集接收两个系统 .其中空间分集接收时在空间不同的垂直高度上设置几幅天线 ,同 时接收一个发射天线的微波信号 ,然后合成或选择其中一个强信号 ,这种方式称为空间分集接收 . 空间分集接收时利用多幅接收天线来实现的。 在发射端采用一副天线发射，而在接收端采用多幅天线接收。 接收端天线之间的距离 d ， 以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一幅接收天线的输出信号很低西北工业大学明德学院 本科毕业设计论文 12 时，其它接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号。 这样就降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。 空间分集接收的优点是 分集增益高，缺点是还需要另外单独的接收天线。 为了克服这个缺点，近年来又生产出定向双极化天线。 时间分集 信道想干时间等于或者超过几个符号传输时间的通信环境相当普遍。 这意味着在远大于相干时间的独立时间内，两个符号将经历高度相关的信道实现，因此可以用来获得分集。 时间分集就是将同一信号在不同的时间区间多次重发，只要歌词发送的时间间隔足够大，则各次发送信号所出现的衰落将是相互独立的，接收端可以收到不相干的衰落信号。 时间分集正是利用这些衰落在统计上互不相关的特点。 频率分集 类似于时间分集，在那些 可用带宽超过相干带宽的宽带系统中个，通过使用被分割为可用带宽，而且在信道带宽一致性基础上相互分开的信道可以实现频率分集。 在频率分集中，使用许多不同的频率发射相同的信息。 实现可以将待发送的信息分别调制在频率不相关的载波上发射， 所谓频率不相关的载波是指当不同的载波之间的间隔大于频率相干区间，即载波频率的间隔应满足 1cfB     () 式中 ， f 为载波频率间隔， cB 为相关带宽 ，  为最大多径时延差。 如果发射频率的间隔是信道相干宽带的几倍以上，这样就能保证不同频率的衰落统计特性是互不相关的，不同传播环境的相干带宽不同。 当信道的相干带宽较小时，频率分集效果明显。 西北工业大学明德学院 本科毕业设计论文 13 协作分集技术之间的比较 时间分集与空间分集相比较，优点是减少接收天线及相应设备的数目，缺点是占用时隙资源增大了开销，降低了传输效率。 频率分集与空间分集相比较，其优点是在接收端可以减少接收天线及相应设备 的数量，缺点是要占用更多的频带资源。 频率分集和时间分集技术虽然可以对抗无线信道的衰落，提高系统的性能，但并不是在任何情况下，这两种分集方式都是有效的。 如对于时延敏感的慢衰落系统，时间交织会引入较大的信号处理时延，所以对时延敏感的业务不适合采用时间分集。 当信道的相干带宽大于传输信号的带宽或信道的多径时延扩展远小于信号周期时，频率分集又显得无能为力。 虽然空间分集具有优良的性能，但也有它的缺点，需要在分集端假设多跟天线，并且对天线之间的距离有一定的限制，这对体积较小的移动终端来讲是一个难题。 协作通信 近 几年无线通信业务的激增是前所未有的 ,为了满足高速率多媒体通信的需求 ,不仅要提高数据的传输速率 ,还有调高系统的稳定性 ,避免衰落 .其中 ,无线通信中的环境的特殊性决定了协作分集的重要性 .其中空间分集技术由于无需占用额外的时间和频率资源的特性 ,而受到广泛的关注 ,使用空间分集技术的 MIMO系统的优点已经被广泛的应用。 协作通信的产生 ,它把 MIMO通信技术推广到更多的应用场景中 .在这种新的通信方式中 ,分散在无线网络中的终端可以看做分布式天线 .通过这些节点的协作 ,增加了系统的分集增益从而获得了类似 MIMO 系统中的增益。 西北工业大学明德学院 本科毕业设计论文 14 第三章 协作通信中各协作协议 协作分集技术不仅可以克服移动终端配置单天线无法实现空间分集的限制 ,还可以有效地增大系统容量、扩大无线通信的覆盖范围。 对于无线通信系统中的通信终端，存在两种基本的工作模式，即半双工模式和全双工模式。 在半双工模式下，节点通过不同的时隙或频率接收和发送数据，但节点不能同时接收和发送数据；而在全双工模式下，节点可以同时接收和发送数据。 在实际的协作通信系统中，工作在半双工模式下 节点相对于公仔全双工模式下的节点实现更简单，相应的协作协议实现更容易，复杂度也比较低，但全双工通信 系统比半双工通信系统有更大的系统容量。 协作通信过程中一个很关键的方面就是对来自中继的源节点的信息处理 .不同的处理方案导致了不同的协作通信协议。 协作协议 在本章，我们仅考虑网络中只存在一个中继协助源节点的发送。 多中继情形将在后面的章节中进行讨论。 通常一个中继策略可以被建模成啷个正交的阶段，或者通过 TDMA，或者通过 FDMA，以避免两阶段之间产生干扰。 阶段 1，源发送信息到目的，同时，中继也接收到源发送的信息。 阶段 2，中继 2 通过转发或者重新发送 源的信息来帮助源。 西北工业大学明德学院 本科毕业设计论文 15 源。