无线协作通信的仿真与性能分析(协作策略)

南京工程学院毕业设计说明书(论文)作者：林森学号：240092414系部：康尼学院专业：通信工程（计算机通信）题目：无线协作系统的仿真与性能分析（协作策略）指导者：杨洁讲师评阅者：2013年6月南京WirelessCooperativeCommunicationsystemsimulationandperformanceanalysisADissertationSubmittedtoNanjingInstituteofTechnologyFortheAcademicDegreeofBachelorofScienceBySenLinSupervisedbyLecturerJieYangCollegeofCommunicationEngineeringNanjingInstituteofTechnologyJune2013摘要为了满足人们对无线多媒体通信业务不断增长的需要，协作通信技术应运而生。本文研究了无线协作通信中的部分协作策略。其中比较主流的是放大转发（AF）和解码转发（DF）。本文首先分析了不同协作策略的工作原理，然后利用MATLAB来仿真了不同信噪比下AF和DF协作通信系统的误码率性能。从仿真结果可以对以下一些问题进行判断：在不同信道条件下，AF、DF和传统的直连方式相比优势在哪里，缺点在哪里。通过比较相同的信噪比条件下不同传输方式的误比特率以及功耗等参数可以判断一种无线通信方式的优劣，而这次研究，就是要运用MATLAB软件，来完成对不同协作策略以及不使用协作情况下的通信效果的仿真，从而得以判断不同通信方式的好坏，加深对自身专业的了解。本文的研究成果，可以为无线通信系统的建模和设计提供理论依据。本论文的主要内容包括：无线协作通信原理；协作通信中不同协作策略；MATLAB仿真流程，用MATLLAB编程实现无线协作通信系统仿真。关键词：协作通信；放大转发；解码重传；误码率AbstractInordertosatisfypeople'sgrowingwirelessmultimediacommunicationserviceneeds,collaboration,communicationtechnologyemerged.Thispaperstudiesthewirelesscooperativecommunicationscollaborationstrategy.Whichisamplifiedmoremainstreamforwarding(AF)anddecodeforward(DF).Thispaperanalyzesthedifferentcollaborationstrategyworks,thenuseMATLABtosimulatetheamountofdifferentSNRAFandDFcooperativecommunicationsystemBERperformance.Fromthesimulationresultscanbeseen:istocomparedifferentchannelconditions,AF,DF,andcomparedtothetraditionalstraightedgewhereshortcomingswherethesameSNRdifferenttransmissionbiterrorrateandpowerconsumptionandotherparameterstojudgethemeritsofawirelesscommunicationsystemthemajorparametersofthisstudyistouseMATLABsoftwaretocompletecollaborativestrategiesfordifferentcircumstancesandwithoutthecollaborationofthecommunicationresultsofthesimulation,sothatitcandeterminethedifferentcommunicationgoodorbadwaytodeepentheirprofessionalknowledge.Theresearchresultscanprovideawirelesscommunicationsystemmodelinganddesignprovideatheoreticalbasis.Themaincontentsofthispaperinclude:wirelesscooperativecommunicationtheory;collaborativecommunicationindifferentcollaborationstrategy;MATLABsimulationprocesses,McollaborationwithMATLLABprogrammingwirelesscommunicationsystemsimulation.Keywords:CooperativeCommunicationAFDFBER目录第一章绪论........................................................11.1选题背景与意义..............................................11.2研究现状...................................................11.3论文主要研究内容..........................................2第二章协作通信概述...............................................42.1协作通信系统模型...........................................42.2几种中继方式简介...........................................52.2.1固定放大转发协议简介.................................62.2.2固定解码转发协议简介.................................72.2.3几种其他的协作策略...................................82.3几种合并方式概述...........................................92.4分集增益...................................................11第三章主要程序及流程图..........................................13第四章仿真结果与分析............................................214.1AF与DF的理论和实际误码率比较...............................21第五章总结与展望..................................................25致谢...............................................................28参考文献..........................................................29附录A主要程序...................................................30南京工程学院毕业设计（论文）1第一章绪论1.1选题背景与意义无线协作系统因为其在增加系统可靠性以及传输速率上的作用，近年来称为了研究的热点之一，在无线环境中，单天线便携式移动节点可以协调地共享其他节点的资源，在源节点与目的节点之间构建多条通信链路，形成一个MIMO系统，从而为小型移动设备的MIMO实用化提供了一条出路。在不久的将来，协作通信技术将会发展成为未来无线通信领域广泛采用的传输技术之一，因此本次毕业设计有着非常重要的实际意义，因为协作通信的策略研究是信息社会的主要支柱,是国家国民经济的神经系统和命脉,是现代高新技术的重要组成部分,作为学生，有必要对国内外关于无线协作通信理论的研究成果有一定的了解。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要求的不断提高，要求下一代无线通信系统能够提供更高的传输速率和质量更高的无线覆盖，然后无线信道固有的衰落特性会导致信号传输质量的下降，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，重量以及功耗方面的限制，在其上配置多跟天线的方法难以实现，为了解决这一问题，实现终端的分送分集，产生了一种新的空间分集方式，这种方式被称作协作分集，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，还要发送协作伙伴耳朵信息，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能实现空间分集。[1]1.2研究现状一个无线网络系统通常可以被看做一些试图相互通信的节点的集合，但是从一个角度而言因为无线通信广播的特性存在，我们可以把这些节点近似的看做是分布天线集合，利用这一理论依据，网络中的节点就可以利用相互协作来进行信息处理和分布式传输，可以吧一个协作节点看做源节点的中继节点，因南京工程学院毕业设计（论文）2为以上的原因，协作通信就可以在源目的节点之间构成类似于MIMO信道的独立传输链路。[2]从本质上来说，可以把协作通信看做一种广义的MIMO概念，它可以利用无线通信广播特性而在节点之间产生能够相互辅助的一种新的结构，可以用分布式的方法来进行通信处理，并且能够获得与MIMO系统相仿的优势，这种方法可以产生新的通信技术从而使信道容量以及其性能得到提高，并且降低了电池的损耗从而延长了网络寿命，而且还提高了吞吐量以及多接入方案的稳定域，扩展传输范围，提供多媒体通信中源-信道编码方式的折中协作通信主要是考虑协作通信中大多数的物理层问题并阐述在写作框架下的不同和提升之处。要求对分布式空时和空频编码方案有一定的了解，学会不同的协作通信方案来降低收发机的复杂度，研究写作时的能量效率问题，同时还要考虑到实际的传输，处理，接收和能量损耗。协作网络这一阶段主要研究协作通信物理层上的影响，包括MAC层网络层和应用层，主要考虑多接入情况下协作通信在容量和稳定域提高方面的效果，研究语音内容的特殊属性如何能够通过有效的资源分配来进行调整，并进一步提高网络的性能，对信道编码和多媒体内容之间的折中效应要有一定的了解。而为什么要研究和开发无线协作通信呢？无线信道的衰落特性是阻碍信道容量增加和服务质量改善的主要原因之一，而MIMO技术室应对衰落的有效方法，但是MIMO技术要求每个通信设备必须具有多根天线，往往不易实现，协作通信策略正式在这种背景下应运而生的，协作通信的概念是建立在中继信道模型的基础上，受MIMO技术的启发而提出的，在无线协作通信领域中等到广泛的应用，称为下一代无线通信技术的重要研究领域。针对传统用户，协作策略要求用户在正交子信道上进行中继传输，导致系统频谱利用率效率低的问题，分别提出了单天线和多天线目的端场景下的结合分布式空空编码DSTC和分布式预编码DP方案。[10],从而解决了上述的问题。1.3论文主要研究内容近年来，随着无线通信技术的快速发展，人们对于无线通信的质量及性能南京工程学院毕业设计（论文）3提出了很高的要求。下一代无线通信系统不仅需要提高数据传输速率,而且还要确保系统能够满足不同媒体所要求的服务质量。无线信道衰落极大地限制了无线通信的性能，而分集技术则能很好地对抗无线信道衰落，基于分集技术出现了MIMO、协同通信等技术[5]。MIMO技术是实现高数据速率、高传输质量和高系统容量的未来