发布时间 : 星期三 文章协作通信的中继选择算法研究学士学位论文更新完毕开始阅读
第二章协作通信与中继选择概述
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1：阶段hs,r阶段源S中继R阶段1：hs,dBS/AP源传统的服务边界hr,2：d传统的直接传输指定一个选择的中继中继2中继1服务覆盖范围的扩大源
图2.3直接传输与协作传输的差别，以及协作传输可能带来的覆盖范围的增大
在这一部分，我们将介绍中继信道模型。为叙述的方便，这里仅考虑一个中继协助源节点的发送，这个中继可以是网络中众多中继中的任何一个。同时假设中继为半双工模式，即中继不能同时进行发送和接收。通常一个中继策略可以分为两个正交的阶段：阶段1，源节点发送信息到目的节点，同时中继节点也接收到源节点发送的信息；阶段2，中继节点通过转发或者重新发送源节点的信息来帮助源节点。信息传送过程中通常采用TDMA或FDMA，以避免两阶段之间产生干扰。
图2.4描述了一个简化的协作模型。源的发射功率为P1,而中继发射功率为P2。为简单起见，这里假设源和目的采用相同的发射功率P。阶段1，源节点向目的节点和中继节点广播信息。目的节点和中继节点接收到的信号分别为ys,d和ys,r。
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协作通信的中继选择算法研究
中继P2hs,rhr,dP1源hs,d图2.4 简化协作模型
目的
ys,d?Phs,dx?ns,d ys,r?Phs,rx?ns,r
(2-1) (2-2)
其中，N0P是源的发射功率，x是发送的信息符号，ns,d，ns,r是加性噪声。hs,d
和hs,r分别是源到目的和源到中继的信道系数。它们分别为零均值且方差为?s,d和
2?s2,r的复高斯随机变量。噪声ns,d和ns,r为零均值且方差为N0的复高斯随机变量。
阶段2，中继将处理后的源信号向目的转发，目的接收到的信号为：
yr,d?hr,df(ys,r)?nr,d
(2-3)
其中，函数f(?)取决于中继节点所采用的处理方式。
2.4 中继节点的转发策略
2.4.1 固定中继转发策略
文献[7]根据协作伙伴节点转发信号方式的不同，提出了Fixed-Relaying、Selection-Relaying、Incremental-Relaying等几种中继转发策略。在本论文中介绍的所有算法中，都是基于固定中继的。固定中继技术有着相对简单的网络结构和路由及切换算法，安全性也较高，关键是，固定中继的引入无需对整个网络的主要技术、协议以及整体布局作太大的变化，尤其在现有的蜂窝网中，引入固定中继节点是一种低成本实现网络性能优化的方案，具有很高的可行性。这里重点介绍固定中继（Fixed-Relaying）中的几个协作策略。
（1）放大转发AF
放大转发[8][9](Amplify and Forward，AF)，是指中继节点直接将接收到的来自源节点的加有噪声的信号进行放大，然后将这个信号重新发送给目的节点，过程
第二章协作通信与中继选择概述
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中中继节点不进行解调和解码。图2.5是AF协作的原理图，中继节点R直接对来自源节点的S进行幅度放大，然后传送给目的节点D。
RDS
图2.5放大转发原理图
（2）解码转发
解码转发[10][11]（Decode and Forward，DF），指中继节点要首先对接收的源节点信号进行解调和解码，进行再调制和编码后将处理过的信号发送给目的端。这时采用的解码和重新编码处理往往是接收信号的非线性变换。虽然目的是为了避免AF过程中噪声过大时的影响，但是往往也会因为引入了衰落而使系统性能受到局限。图2.6是DF协作的原理图。
RDS
图2.6解码转发原理图
（3）编码协作
编码协作[12][13](Coded Cooperation，CC)是协作技术和信道编码技术相结合的产物，由校验DF衍生而出。其基本思想是：每个用户都试图为自己的伙伴传输冗
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余的信息。编码协作有效性的关键是：所有操作都在编码设计下自动实现，中继节点间无需传送反馈信息，即无需知道用户间的信道状态信息。当他们之间的信道质量非常恶劣时，该机制自动恢复到非编码协作模式，继续传递自己的后续信息。CC的原理图如图2.7所示。
RDS
图2.7编码协作模式原理图
固定中继各种协作转发策略的比较：
A.放大转发（AF）是最简单的一种方式。优缺点明显，优点是中继节点简单，主要缺点是放大了自己接收的噪声，协作分集的效果不明显。
B.解码转发（DF）是AF模式的一个改进，较为复杂，它首先在转发之前除去了噪声的影响。但当信道质量比较恶劣时容易出现差错，导致错误的传播。
C.编码协作分集（CC），前面两种情况的发生是以双方都知道彼此信道情况为前提的，这样采用一定的信道估计方案就必不可少。而CC则无需知道双方用户间的信道状况，通过编码来控制第二步协作，这在性能上有很大的优势。同时CC也有很大的缺点，那就是由于中继节点要先编码再解码，导致了较高的复杂度，中继节点处理信号的过程也必然会导致时延增大。 2.4.2 自适应中继转发策略
固定中继转发策略在传输速率上遭受着确定性的损失，例如，在两个阶段的传输中，频谱效率存在50%的损失。而且固定DF转发策略的性能受限于源节点到中继节点及中继节点到目的节点间信道的较差者，这就导致它能获得的分集为1。为了克服这些问题，可研究自适应的中继转发策略以提高中继转发的有效性。通常主要考虑两种策略：选择性DF转发策略和增量中继转发策略。