放大协议下的通信系统的性能分析以及中继选择方案的分析的性能分析以及中继选择方案的分析

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组成的三点模型。协同通信过程分为两阶段，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：zhpydsdssdsx,,,，zhpyrsrssrsx,,,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倍后转发给目的端，则目的端的接收信号为：SR11111RRFFFF22TTT他额2222RD式中，放大倍数Nphpsrrs02,，Z’为两信道的等效噪声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hji,(i∈{s,r},j∈{r,d})为零均值，独立循环一对称复高斯随机变量，方差为2,ji，其包络满足瑞利分布，Zs,d，Zs,,r和Zr,d均为加性高斯白噪声，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21，其中1为直接链路的信噪比，2为中继链路的信噪比由上式很容易看出，1是指数分布的随机变量，参数2,01dssPN，于是1的概率密度函数为：efxrx111)(，2是两个指数随机变量的调和平均，efxrx222)(，其中参数2,02,02drrrsSPNPN。这是在高SNR下的渐进表达式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zhpydsdssdsx,,,一样，在第二个时隙，目的节点接收到的信号是：,,1zxhpydkdkukkd式中：yyyydnddTd,,2,1,...,,是天线1，2，…,的接收信号，若是单个天线，则yydd,1；zzzzdnddTd,,2,1,...,,是加性复高斯白噪声，其中元素均值为0，方差为Nd式,,1zxhpydkdkukkd写为矩阵形式：,21zzxydrsdHHxxxTs....是u×1的向量，每个元素都为x；H=hhhdudd,,2,1,....,,;zzzzusssTr,2,1,,...,,;1和2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：,~21zHzxyHydinvrsdinvd。式中HHHHHinvH)(1是H的伪逆。令vks是Hinv第k行，,21],...,,[vvvHnTinvzvzydkkskkkx,,2,1~，式中~yk是~yd的第k个元素，k,1和k,2分别是1和2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x，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：,1ukkGr因而，G-AF的系统容量是),1(21rrGGb5.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=1,122kk,k=1,2,….,m、源节点的发射功率固定为系统总发射功率的0.5，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]AnderaGoldsmith.WirelessCommunication[J].人民邮电出版社.07-6[2]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.2000[3]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)