无线中继传输方案设计与仿真(附件)【字数：15134】
摘 要摘 要随着移动通信的普及，无线通信遇到了新的瓶颈，像传输速率、通信覆盖面积、成本等的高要求都极大地抑制了无线通信的进一步发展。而无线中继技术扩大了基站的覆盖范围，能够有效提高无线网络容量，协助信源节点传输，能够提高传输系统的可靠性。研究表明，与直接联通的链路相比，使用中继协议会得到更大的分集增益和中断增益。协作分集的提出进一步促进了无线中继技术的发展，不同的协作中继传输方式被提出以期获得更高的传输速率、更好的中断性能等。换言之，传输速率、中断概率等可以作为无线中继传输方案的设计标准。本文比较系统的阐述了无线中继传输提出的背景、发展、原理以及系统模型，并对协作中继传输进行了介绍和描述，了解了动态放大转发协议、量化-转发协议、动态解码转发协议、带时间分配策略的解码转发协议以及带时间分配策略的动态解码转发协议的分集复用折中性能，并着重认识了带时间分配策略的动态解码转发中继传输方式。本文对带有时间分配策略的动态解码转发中继协议和传统的动态解码转发中继协议的中断概率进行仿真，比较了不同中继传输方案的中断性能。实验结果表明，带有时间分配策略的动态解码转发协议的中断性能要明显优于其他中继传输方式。关键词无线中继；协议；分集复用折中；中断概率
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外发展及研究现状 2
1.3 本文的结构及主要内容 3
第二章 无线中继的理论基础 4
2.1无线中继技术概述 4
2.2 三节点中继信道模型 5
2.3全双工和半双工简介 5
2.4半双工单中继信道模型 6
2.5半双工多中继信道模型 7
第三章 协作中继传输方案及分集复用折中性能 8
3.1 分集度与复用度 8
3.2 分集复用折中 8
3.3 协作中继传输方案的分集复用折中性能 9
3.3.1 动态放大转发协议的DMT性能 9
3.3.2 量化转发协议的DMT性能 11
3.3.3 动态解码转发协议的DMT性能 11
3.3.4 带时间分配策略的解码转发协议的DMT 性能 12
3.3.5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
带时间分配策略的动态解码转发协议的DMT性能 13
第四章 两种中继传输协议的中断性能 17
4.1 带时间分配策略的动态解码转发协议中断概率仿真 17
4.2 动态解码转发协议的中断概率仿真 21
4.3 实验结果分析 24
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
附 录 32
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
最近几年随着无线通信技术的迅猛发展，全球无线通信产业规模不断扩大，呈现出了两个突出的特点：一是公众移动通信保持较快增长态势，一些国家和地区增势比较强劲，但存在发展不均衡的现象；二是宽带无线通信技术热点不断，研究和应用十分活跃[1]。
根据爱立信的研究显示，截止到2010年下半年，全球移动用户数量已突破50亿，并且仍在以每日约200万用户的数量增加。在国内方面，根据工业和信息化部在最近发布的中国通信业运行状况报告显示，首先是在用户规模上，截止到2011年4月份，全国移动电话用户数量已达到了8.9亿户，其中3G用户数量为6757.2万户；然后是业务收入方面，移动通信收入在电信主营业务收入中所占的比重为70.63%，而固定通信收入所占的比重仅为29.37%，并且在逐年下降[2]。
从以上数据可以看出，移动通信已经逐渐代替固定电话用户成为无论是国内还是国外使用范围最广的通信技术，成为了当今世界的主要通信手段，正是在如此的大环境下，才使得无线通信技术不断改革创新，热点前沿技术才能层出不穷，显现出无限的生命力。
目前，在无线通信技术的持续发展的环境下，频谱资源变得越来越宝贵。现在连续又相对较大的空余频谱只存在在高频段，将频谱部署在高频段可以获得3GPP的LTEAdvanced制定的设计目标，即接入高速无线宽带。但是在较高频段存在路损大的问题，好的覆盖较难实现，则需增加相应的宏基站，但同时又引入了投资浩大的问题，由此，无线中继技术应运而生，在损耗较小的情况下又实现了下一代移动通信系统要求的传输高速率。具体地说，无线中继技术就是在原来的信源节点和目的节点之间加入一些中继节点，它们通过无线连接将数据从信源节点传给中继节点进而传输给目标用户或者返其道而传输。换句话说就是无线中继技术可以利用无线网络中的类似固定中继站或者移动终端或节点之类的中继节点实现信号的中继和像放大或者解码之类的处理，从而扩大无线网络的覆盖范围，降低空间损耗，进而增加系统的频谱利用率，提高用户数据速率。
1.2 国内外发展及研究现状
1971年，Van Der Meulen 最早提出无线中继的概念，并给出了经典的三节点（源节点中继节点目的节点）中继信道模型[3]。之后在1979年，Cover 与Gamal 首先在信息论基础上提出传统的三节点协作信道模型[4]，从理论上解析了中继信道，Cover等撰写的文章中分析了不同传输环境下（包括这样的情形：目的节点向源节点和中继节点反馈消息）能达到的最大传输速率，证明了含中继的传输链路的容量要远大于直接联通的链路的容量[4]。另外，无线中继技术由于源节点和中继节点到目的节点的信道的相互独立性可以获得空间分集增益。但需要注意的是，这种容量分析是在高斯信道条件下进行的，所以并没有考虑无线衰落信道的特性，也没有考虑由于短距离中继通信而获得的功率增益。这些都为中继通信奠定了一定的理论基础，之后关于中继技术的探求和钻研都是基于这些概念。
但在基于信息论的中继通信理论研究之后，由于当时的市场局限性，在这之后的很长的一段时间内，中继信道的探索停滞于此，没有更进一步的发展。一直到1998年，Sendonairs等人基于前面关于中继的理论提出了用户协作分集，并在2003年之后拉开了研究的序幕，无线中继也受到了关注和发展，Sendonairs等人提出了一种用户协同协议，协议中设定一个移动终端A同时向基站和另一个移动终端B广播发送数据，然后移动终端B将接收到的来自于移动终端A的数据再转发给基站，换句话说就是移动终端A协同移动终端B给基站发送数据，且数据是经两条相互独立的路径传送给基站的，在提高信道容量的同时也获得了更高的分集增益[5]。Sendonairs等人提出的这个协议具有里程碑式的意义，为后来各种中继传输方式的提出奠定了基础。后来Laneman在他的博士论文里分析了分布式时空编码，他指出了简单的通信协议的设计指标，并且深入研究了协议在实际无线传输系统的是否可行的问题[6]。Hunter提出了译码转发协议的一种特殊情况编码协作（Coded Cooperation，CC）协议，它可以结合使用分布式空时编码（Distributed SpaceTime Coding，DSTC），进一步提高了系统协作分集的性能[7]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外发展及研究现状 2
1.3 本文的结构及主要内容 3
第二章 无线中继的理论基础 4
2.1无线中继技术概述 4
2.2 三节点中继信道模型 5
2.3全双工和半双工简介 5
2.4半双工单中继信道模型 6
2.5半双工多中继信道模型 7
第三章 协作中继传输方案及分集复用折中性能 8
3.1 分集度与复用度 8
3.2 分集复用折中 8
3.3 协作中继传输方案的分集复用折中性能 9
3.3.1 动态放大转发协议的DMT性能 9
3.3.2 量化转发协议的DMT性能 11
3.3.3 动态解码转发协议的DMT性能 11
3.3.4 带时间分配策略的解码转发协议的DMT 性能 12
3.3.5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
带时间分配策略的动态解码转发协议的DMT性能 13
第四章 两种中继传输协议的中断性能 17
4.1 带时间分配策略的动态解码转发协议中断概率仿真 17
4.2 动态解码转发协议的中断概率仿真 21
4.3 实验结果分析 24
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
附 录 32
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
最近几年随着无线通信技术的迅猛发展，全球无线通信产业规模不断扩大，呈现出了两个突出的特点：一是公众移动通信保持较快增长态势，一些国家和地区增势比较强劲，但存在发展不均衡的现象；二是宽带无线通信技术热点不断，研究和应用十分活跃[1]。
根据爱立信的研究显示，截止到2010年下半年，全球移动用户数量已突破50亿，并且仍在以每日约200万用户的数量增加。在国内方面，根据工业和信息化部在最近发布的中国通信业运行状况报告显示，首先是在用户规模上，截止到2011年4月份，全国移动电话用户数量已达到了8.9亿户，其中3G用户数量为6757.2万户；然后是业务收入方面，移动通信收入在电信主营业务收入中所占的比重为70.63%，而固定通信收入所占的比重仅为29.37%，并且在逐年下降[2]。
从以上数据可以看出，移动通信已经逐渐代替固定电话用户成为无论是国内还是国外使用范围最广的通信技术，成为了当今世界的主要通信手段，正是在如此的大环境下，才使得无线通信技术不断改革创新，热点前沿技术才能层出不穷，显现出无限的生命力。
目前，在无线通信技术的持续发展的环境下，频谱资源变得越来越宝贵。现在连续又相对较大的空余频谱只存在在高频段，将频谱部署在高频段可以获得3GPP的LTEAdvanced制定的设计目标，即接入高速无线宽带。但是在较高频段存在路损大的问题，好的覆盖较难实现，则需增加相应的宏基站，但同时又引入了投资浩大的问题，由此，无线中继技术应运而生，在损耗较小的情况下又实现了下一代移动通信系统要求的传输高速率。具体地说，无线中继技术就是在原来的信源节点和目的节点之间加入一些中继节点，它们通过无线连接将数据从信源节点传给中继节点进而传输给目标用户或者返其道而传输。换句话说就是无线中继技术可以利用无线网络中的类似固定中继站或者移动终端或节点之类的中继节点实现信号的中继和像放大或者解码之类的处理，从而扩大无线网络的覆盖范围，降低空间损耗，进而增加系统的频谱利用率，提高用户数据速率。
1.2 国内外发展及研究现状
1971年，Van Der Meulen 最早提出无线中继的概念，并给出了经典的三节点（源节点中继节点目的节点）中继信道模型[3]。之后在1979年，Cover 与Gamal 首先在信息论基础上提出传统的三节点协作信道模型[4]，从理论上解析了中继信道，Cover等撰写的文章中分析了不同传输环境下（包括这样的情形：目的节点向源节点和中继节点反馈消息）能达到的最大传输速率，证明了含中继的传输链路的容量要远大于直接联通的链路的容量[4]。另外，无线中继技术由于源节点和中继节点到目的节点的信道的相互独立性可以获得空间分集增益。但需要注意的是，这种容量分析是在高斯信道条件下进行的，所以并没有考虑无线衰落信道的特性，也没有考虑由于短距离中继通信而获得的功率增益。这些都为中继通信奠定了一定的理论基础，之后关于中继技术的探求和钻研都是基于这些概念。
但在基于信息论的中继通信理论研究之后，由于当时的市场局限性，在这之后的很长的一段时间内，中继信道的探索停滞于此，没有更进一步的发展。一直到1998年，Sendonairs等人基于前面关于中继的理论提出了用户协作分集，并在2003年之后拉开了研究的序幕，无线中继也受到了关注和发展，Sendonairs等人提出了一种用户协同协议，协议中设定一个移动终端A同时向基站和另一个移动终端B广播发送数据，然后移动终端B将接收到的来自于移动终端A的数据再转发给基站，换句话说就是移动终端A协同移动终端B给基站发送数据，且数据是经两条相互独立的路径传送给基站的，在提高信道容量的同时也获得了更高的分集增益[5]。Sendonairs等人提出的这个协议具有里程碑式的意义，为后来各种中继传输方式的提出奠定了基础。后来Laneman在他的博士论文里分析了分布式时空编码，他指出了简单的通信协议的设计指标，并且深入研究了协议在实际无线传输系统的是否可行的问题[6]。Hunter提出了译码转发协议的一种特殊情况编码协作（Coded Cooperation，CC）协议，它可以结合使用分布式空时编码（Distributed SpaceTime Coding，DSTC），进一步提高了系统协作分集的性能[7]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/1044.html
