1、放大转发协议下的通信系统的性能分析以及中继选择方案的分析1. 引言在无线通信技术中，为了降低中断概率，传统的中继选择方案一般都需要引入更多的中继节点参与协作传输，但这样会导致系统平均吞吐量得下降。如何解决这样的问题，就要选择一个合适的中继方案，由于用户终端受到体积，功率等各种条件的约束，给多天线技术的实施带来一定的困难。因而协作分集技术作为一种虚拟的多天线技术，可以通过中继节点的协作，对传输的信息进行转发处理，以使网络用户的能耗得到显著的降低，保证终端的数据接收，优化了网络的性能。2. 系统模型设协作传输系统的系统模型如图一所示，它是一个两跳的网络，其中S 表示源端，中继端 R 与目的端 D
2、组成的三点模型。协同通信过程分为两阶段，SR11111RRFFFF22TTT他额2222RD图 一所有用户通过正交信道发送信息。第一阶段源端广播信息给中继与目的端，第二阶段中继端将接收到的源端信息放大后转发给目的端，目的端将来自直接链路与中断链路信息进行最大比合并。假设源端的发送功率为 Ps，中继端的发送功率为 Pr。第一阶段，源端广播信息给基站与中继端，它们接收到的信号 Ys,d 与 Ys,r分别为：，zhpydsdsdsx, zhpyrsrsrsx, 式中，Ps 为源端发送功率，x 为源端的发送信号，Zs.d 和 Zs.r 均为加性高斯噪声.第二阶段，中继端将接收到的源端信号放大 倍后转发
3、给目的端，则目的端的接收信号为：式中，放大倍数 ，Z为两信道的等效噪声Nphsr02,假设所有的信道均遭受窄带频率非选择性慢衰落，令由源端 S 到目的端 D 的链路为直接链路，由 S 到 R 的链路为用户间链路，由 R 到 D 的链路为中继链路，信道衰落系数 (is,r,jr,d)为零均值，独立循环一对称ji,复高斯随机变量，方差为 ，其包络满足瑞利分布，Zs,d，Zs,r 和 Zr,d 均为2,ji加性高斯白噪声，方差为 No。3. SNR 的分析当采用 MRC 时的瞬时 SNR，在目的端，在直接链路的信号 Ys,d 和来自中继链路的信号 Yr,d 采用 MRC 合并，接收端的 SNR 为
4、，其中21为直接链路的信噪比， 为中继链路的信噪比12由上式很容易看出， 是指数分布的随机变量，参数 ，于是 的1 2,01dsPN1概率密度函数为： ， 是两个指数随机变量的调和平均，efxrx1)(2，其中参数 。这是在高 SNR 下的frx22)( 2,0,02 drrsS渐进表达式4. 组选择放大转发系统假设在目的节点配置多个天线，提出了一种组选择放大转发（G-AF）系统，假设中继节点 1，2，u 在第二个时隙被选中。第一个时隙接到到的信号跟 一样，在第二个时隙，目的节点接收到的信号是：zhpydsdsdsx, 式中： 是天线 1，2，,1dkdukd yydndTd ,2,1.的接收
5、信号，若是单个天线，则 ； 是加性d,1 zzT,.复高斯白噪声，其中元素均值为 0，方差为 Nd式 写为矩阵形式：,1zxhpydkdukd是 u1 的向量，每个元素都为 x；,2drsdHxTs.H= ; ;dud,2,1. zusr ,2,1和 是对角矩阵，包括了源节点到目的节点的信道衰落，发射功率和归一12化因子等。在 G-AF 系统中，目的节点采取迫零接收区分来自不同中继节点的信号，处理之后的信号为：。式中 是,21zHxydinvrsdinvd Hinv)(1H 的伪逆。令 vks 是 Hinv 第 k 行， ,2,.vnTinv， 式中 是 的第 k 个元素， 和 分别是zydk
6、skkkx,2,1ykdk,1k,和 的第 k 个对角元素：k=1，2，u。可以看出所有的 u 个分支都包含发射信息12x，目的节点可以采用最大比合并算法提高接收 SNR，第 k 个分支接收的 SNR 为：所以 G-AF 系统的接收 SNR 是： ,1ukGr因而，G-AF 的系统容量是 ),(2b5. 仿真结果和分析仿真中系统除了源节点和目的节点外还包括了 10 个中继节点。令 Ns ,k=Nd=1, ,k=1,2,.,m、源节点的发射功率固定为系统总发射功率的12k0.5，发射信号采用 BPSK 调制。从图二中可以看出，G-AF 系统比 S-AF 系统有更好的 SER 性能。图 二 不同发
7、射 SNR 下的 SER 比较设定速率为 R=2（bit/s ）/HZ.从图三可以看出，为了获得 0.00001 的中断性能，G-AF 比 S-AF 的系统少要发射功率 2.3db，G-AF 的曲线和 S-AF 的曲线的斜率基本相等，这可以说明两个系统是有相同的分集性能的图 三 不同发射 SNR 的中断概率的比较参考文献1 Andera Goldsmith.Wireless CommunicationJ.人民邮电出版社.07-62 李建新 刘乃安.现代通信系统分析与仿真J.西安电子科技大学出版社.20003 陈慧娟 梁晓雯.基于协作通信系统的中继选择方案的研究J. 电子技术，2001，(04)4 曾媛媛 .AF 协作分集中的功率优化分配方案J.电子设计工程,2009,(10)5 李赞，刘增基.瑞利信道中存在干扰时的机会中继性能分析J. 北京邮电大学学报，2010，(04)
