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1、协同通信系统中伙伴选择算法比较协同通信系统中伙伴选择算法比较 作 者 姓 名 汪扬 专 业 通信工程 指导教师姓名 林霏 专业技术职务 讲师 目目 录录 摘摘 要要 1 1 第一章第一章 绪论绪论 3 1 1 选题意义 3 1 2 本论文的主要内容 4 第二章第二章 协同通信技术概述协同通信技术概述 5 2 1 研究背景 5 2 2 协同通信系统模型 6 2 3 协同通信中的协作方式 8 2 3 1 检测转发机制 8 2 3 2 放大转发机制 9 2 3 3 编码协作机制 9 2 4 协同通信中的关键技术 10 第三章第三章 伙伴选择算法概述伙伴选择算法概述 11 3 1 基于协作区域的中继选
2、择策略 11 3 2 基于即时信道状况和计时策略的中继选择策略 12 第四章第四章 协同通信系统中伙伴选择算法的仿真实现协同通信系统中伙伴选择算法的仿真实现 13 4 1MATLAB 简介 13 4 1 1 引言 13 4 1 2 MATLAB 语言的特点 14 4 2 几种伙伴选择算法 15 4 3 仿真操作步骤 16 第五章第五章 总结总结 27 参考文参考文献献 27 致谢致谢 29 附录附录 30 摘摘 要要 无线通信采用电磁波传递信息是至今主要的通信方式 但无线信道的衰落 特性是制约其发展的主要瓶颈 协同通信技术作为一种虚拟的多天线技术 融 合了分集技术与中继传输的优势 为多天线技术
3、的实用化提供了一种有效途径 已引起业界广泛关注 在实际的多用户协同通信系统中 同时存在着多个可供选择的潜在协作中 继端 伙伴选择或称作中继选择就是在这些用户中选择最合适的参与协同通信 过程 以此获得最大的协同增益 伙伴选择的最佳方案应根据信道状态信息 适时调整协作伙伴集合的组成 进行最优组合 而不是令所有的空闲用户全部 参与协同通信 这样会造成巨大的资源浪费 因此 伙伴选择是协同通信系统 中的一个重要问题 应该确定哪些用户进行协作 多长时间对协作用户进行重 新分配等 本论文从协同通信系统的基本概念入手 首先介绍了协同通信系统的基本 模型及其发展 然后针对现有伙伴选择算法进行分类 最后根据三种选
4、择算法 最大 最小算法 平滑算法 随机算法 的基本原理 利用 MATLAB 软件对 不同信道参数 不同算法 不同信噪比下的系统误码率性能进行计算机仿真 得出结论 最大 最小算法最优 其次是平滑算法 随机算法最差 关键词 关键词 无线通信 协同通信系统 中继 伙伴选择算法 ABSTRACT Wireless communication using Electromagnetic waves to transmit information is by far the main way of communicating but the fading characteristics of wirele
5、ss channel have a serious impact on the use of the communicating way Collaborative communication technology as a virtual multiple antenna technology integrate advantages of diversity techniques and the relay transmit Moreover this technology provides an effective way for the application of multi ant
6、enna and has attracted industries attention In practical multi user cooperative communication system there are various choices of potential collaboration relay side at the same time Partner selection or relay selection is to choose the most suitable of these users for participating in collaborative
7、communication process in order to maximize the synergy gain According to the channel state information the best program of partner selection should timely adjust to the composition of a collection of collaborative partners to reach the optimal combination and not make all the free users participate
8、in collaborative communications which will cause great waste of resources Thus partner selection is an important issue of collaborative communication system We should determine which users collaborate how long re distribution the collaborative users This thesis begins with the basic concept of the c
9、ooperative communication system Firstly we introduced the collaborative communication system basic model and development Secondly we classified existing partners selection algorithm Lastly according to three kinds of basic principles of selection algorithm Max Min algorithm smoothing algorithm rando
10、mized algorithm we make a computer simulation for different channel parameters different algorithms and the system bit error rate performance under different SNR by MATLAB software It concluded Max Min algorithm optimal followed by smoothing algorithm random algorithm the worst Key words Wireless co
11、mmunication Collaborative communication systems Relay Partner selection algorithm 第一章第一章 绪论绪论 1 1 选题意义 1832年莫尔斯发明了电报 它传送的信息是由众所周知的点划码组成的 以后贝尔又发明了电话 一个多世纪以来 以电话服务为主的电信业走了一条 成功之路 取得了极大的发展 然而随着人类社会的发展 电信业务也从早期 的电报 电话发展到今天多种业务并存的局面 通信的规模也发生了翻天覆地 的变化 随着科学技术的发展 现代通信又进入了数字时代 20世纪90年代信 息和知识爆炸式的增长 特别是因特网商用化后
12、的迅猛发展 使传统的电信业 受到巨大的震动和冲击 在信息和知识已成为社会和经济发展的战略资源和基 本要素的时代中 人们更加需要随时随地获取信息 原来点对点的固定电话通 信方式已远不能满足需求了 人类需要宽带的无线通信技术 来满足多媒体化 普及化 多样化 全球化和个性化的信息交流 无线通信是指采用电磁波进行信息传递的通信方式 无线通信发展至今 人们对无线传输的数据速率和服务质量的要求不断提高 与主要传送语音业务 的第1代 第2代无线通信系统不同 第3代及第4代无线通信系统还将支持速率 高达100Mb s 1Gb s的多媒体宽带数据业务 因此寻求进一步扩大信道容量 改善通信质量的新技术是国内外学术
13、界 产业界普遍关注的问题 然而无线通信利用无线电波进行信息传输 无线电波会随着传播距离的增 加而发生弥散损耗 受到地形 地物的遮蔽发生 阴影效应 而且信号经过 多点反射 会从多条路径到达接收点 这种多径信号的幅度 相位和到达时间 都不一样 它们相互叠加会产生电平衰落和时延扩展 无线信道的衰落特性是 Comment lf1 误码率是 symbol error rate SER BER 是误比特率 阻碍信道容量增加和服务质量改善的主要原因之一 分集是抵抗多径衰落的有效方式 有时间分集 频率分集 空间分集多种 方式 其中空间分集从不同的位置 天线 发送信号 从而在接收端得到经历 独立衰落的多个信号副
14、本 可以有效地消除多径衰落的影响 并且由于不需要 占用额外的时间和频带资源 并且可以和其他信号处理方式相结合 因此得到 了广泛的关注 多发送多接收天线 Multiple Input Multiple Output MIMO 技术在通信链路的发送端与接收端均使用多个天线 它能够将传统通信系统中 存在的多径因素变成对用户通信性能有利的因素 在对抗多径衰落 提高通信 链路的通信速率和质量方面有着明显的优势 它的空域发射分集技术已经成为 3GPP的WCDMA标准协议 但应当指出 虽然发射分集技术可使系统性能得到多方 面的提升 但是在实际的蜂窝通信系统它还只能应用于基站端 以此提高下行 链路的通信质量
15、而对于上行链路或传感器网 自组网 Ad hoc 移动终端由 于受到体积 功耗 工艺等多方面的限制 使在其上安装多个天线有很大的困 难 因此也极大地限制了MIMO 技术的应用 为了解决这个问题 一种全新的空域分集技术 协作分集应运而生 在一个 多用户的环境中 每个单天线的移动终端都有自己的合作伙伴 每个终端在发 送自己信息的同时也帮助其他终端发送信息 也就是说他们可以共享彼此之间 的天线从而形成虚拟的MIMO子信道 以此来模拟MIMO系统通信 众多研究表明 这种协作通信方式可以像MIMO系统一样增加系统的信息传输速率 改善系统性 能 提高通信质量 更为重要的是这种技术将MIMO技术的实用化推进了
16、一大步 协作通信使得用户可以利用协作伙伴的天线 产生空域分集效果 来对抗 信道的衰落 然而 现有大多数研究工作都在假定协作伙伴已经选定 在此基 础上研究具体的协作方案如何实现空域分集 提高系统性能 研究重点放在以 中断概率和误码率 BER 等性能参数的分析和系统性能方面 事实上 协作关系 的形成也是一个很重要的问题 例如 对于协作分集 在多个中继节点可用的情况下 可进行如下的协作 第一步 源节点向中继节点和目的节点广播其信息 此时候选中继节点试图解 码源节点的信息 第二步 正确解码的中继节点 转发源节点的信息到目的节点 目 的节点根据两步接收到的信号进行合并 第二步中正确解码的候选中继节点作 为源节点的中继来工作 这本身就是一种协作伙伴形成的过程 然而 因为所 有中继节点只有在接收了源节点第一步传输的信息且进行相应解码处理后 才 能决定自己是否适合作为协作伙伴为源节点中继信息 这对网络资源是一种浪 费 在实际的多用户协同通信系统中 同时存在着多个可供选择的潜在协作中 继端 伙伴选择就是在这些用户中选择最合适的参与协同通信过程 获得最大 的协同增益 伙伴选择的最佳方案应根据信道状态信息
