協(xié)作通信之功率分配對策探微

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1、協(xié)作通信之功率分配對策探微第一章緒論1.1研究背景自上個世紀(jì)八十年代以來，無線通信技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展演進(jìn)。每一代通信技術(shù)的更替都是前一代通信系統(tǒng)的不足和人們?nèi)找嬖鲩L的業(yè)務(wù)需求推動的。第一代移動通信系統(tǒng)（1G）只能提供話音業(yè)務(wù)，采用模擬調(diào)制和頻分多址（FDMA）技術(shù)，但存在頻譜利用率低，種類業(yè)務(wù)單一，保密性能差等問題。第二代移動通信系統(tǒng)（2G）采用時分多址（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）技術(shù)和碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)技術(shù)，支持?jǐn)?shù)字化的話音業(yè)務(wù)和低速

2、率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（不高于384Kbps），彌補(bǔ)了模擬移動通信系統(tǒng)的缺陷，提高了頻譜利用率和話音質(zhì)量，增強(qiáng)了保密性。但有限的帶寬無法滿足多媒體業(yè)務(wù)和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆；贑DMA技術(shù)，第三代移動通信系統(tǒng)（3G）在90年代問世。主流的三個標(biāo)準(zhǔn)是：歐洲的寬帶碼分多址（A）、美國的碼分多址2000（CDMA2000）和我國的時分同步CDMA(TD-SCDMA)，3G通信系統(tǒng)能提供寬帶多媒體業(yè)務(wù)和高速率數(shù)據(jù)傳輸（2Mbps）。雖然無線通信技術(shù)取得了極大的進(jìn)步，但未來的寬帶移動通信系統(tǒng)要求更好的用戶體驗和更高的傳輸速率，B3G系統(tǒng)要求達(dá)到100Mb

3、ps的速率，而4G系統(tǒng)則是要求達(dá)到Gbps的量級。因此，尋求進(jìn)一步改善通信質(zhì)量、擴(kuò)大信道容量、擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的技術(shù)成為學(xué)術(shù)界研究的熱點之一。1.1.1無線信道的特點與有線傳播介質(zhì)相比，無線通信是以無線電波為介質(zhì)傳輸信息的，一般情況下傳播特性比較差，而且不同終端的信號在傳輸過程中也會相互干擾。因此無線通信系統(tǒng)比有線系統(tǒng)復(fù)雜得多。首先，無線信道的傳播環(huán)境極為復(fù)雜，電波不僅會受到建筑物、地形等因素的影響發(fā)生陰影效應(yīng)，而且會因傳播距離的增加而產(chǎn)生彌散損耗。此外，電波經(jīng)過多點反射，信號會經(jīng)過多條傳播路徑到達(dá)接收終端，其相位、幅度以及到達(dá)時間都

4、不一樣，它們相互疊加會導(dǎo)致時延擴(kuò)展和電平快衰落；在實際應(yīng)用中，用戶終端經(jīng)常隨機(jī)移動，這不僅會引起多譜勒頻移，而且會使電波傳播特性發(fā)生快速的隨機(jī)變化。因此，可以認(rèn)為無線傳播環(huán)境是一種隨眾多外部因素變化的傳播環(huán)境[1]。無線信道的傳播模型通常分為大尺度（Large-Scale）傳播模型和小尺度（Small-Scale）傳播模型兩種[2]。大尺度傳播模型用于描述長距離傳播過程中信號強(qiáng)度的變化。小尺度傳播模型是用于描述短時間或短距離內(nèi)信號強(qiáng)度的快速變化（如圖1.1）。在同一個無線信道中，既有大尺度衰落，也有小尺度衰落。大尺度衰落表征了無線信號

5、的均值在一定時間內(nèi)隨傳播環(huán)境和距離的變化而呈現(xiàn)的緩慢變化，小尺度衰落則表征了無線信號短時間內(nèi)的快速波動[1]。不同傳播路徑的相互干擾，有限的頻譜資源，用戶對無線通信高容量、高速率的要求等等一系列亟待解決的問題為無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。因此，必須尋求新技術(shù)進(jìn)一步提高頻譜利用率，改善通信質(zhì)量，擴(kuò)大信道容量。多輸入多輸出（multipleinputmultipleoutput，以下簡稱MIMO）天線技術(shù)因其具有高頻譜利用率、高信道容量、高可靠性等特點，成為人們研究的焦點[3]。1.1.2多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)多輸入多輸出（

6、MIMO）系統(tǒng)通過在信號收發(fā)端配置多根天線，并結(jié)合空時編碼(STBC)技術(shù)[4-6]來獲得空間分集和復(fù)用，從而有效提高信道容量和通信可靠性。在傳統(tǒng)的無線通信理論中多徑通常被視為有害因素，而在MIMO系統(tǒng)中多徑傳播被看作有利因素加以利用。一方面，在發(fā)送端數(shù)據(jù)流經(jīng)過多根天線同頻、并行發(fā)射，在接收端利用先進(jìn)的信號檢測技術(shù)對接收信號進(jìn)行檢測，相當(dāng)于在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間建立了若干并行的子信道，從而可以獲得空間復(fù)用增益，在不增加帶寬的同時大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，MIMO技術(shù)作為一種性價比較高的技術(shù)使得GbPs量級的無線通信成為可能[7]。另

7、一方面，MIMO技術(shù)結(jié)合空時編碼，采用空間域以及時間域的聯(lián)合處理實現(xiàn)空間分集，從而對抗信道衰落，極大地改善了通信可靠性。MIMO相關(guān)的技術(shù)和空時編碼技術(shù)在無線通信領(lǐng)域已經(jīng)取得了飛速發(fā)展并得到了廣泛應(yīng)用，許多無線通信標(biāo)準(zhǔn)己經(jīng)采用多天線技術(shù)[8]。第二章協(xié)作通信中的中繼協(xié)議分析協(xié)作通信系統(tǒng)中，源和中繼節(jié)點之間的通信是通過中繼信道傳輸?shù)?。中繼節(jié)點處理源節(jié)點信息的方式是協(xié)作通信的一個很重要的方面。不同的處理方式產(chǎn)生了不同的中繼協(xié)議。中繼協(xié)議包括固定中繼和自適應(yīng)中繼[43]。固定中繼方式確定地劃分源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道資源。中繼節(jié)點根據(jù)不同的協(xié)

8、議處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)采用固定放大轉(zhuǎn)發(fā)（Amplify-and-For-poize-Sum-Poetxgclunication：performancecriteriaandcodeconstruction[J].IEEET