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协作通信与网络第二次实验_04016616_蒋宇轩1
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2022-08-04
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1、根据公式给出的数学表达式编写程序,得到需要的关系曲线 2、列出上机的调试程序 3、进行实验结果的分析和讨论 4、简述实验心得体会及其他
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1
东南大学
《协作通信与网络》
实验报告
论文题目: 基于误码率的中继协作通信中
功率分配的研究
姓 名 : 蒋宇轩
学 号 : 04016616
专业班级: 040166
学院名称: 信息学院
2018 年 12 月
2
一、实验目的
实验工具:matlab
实验目的:协作通信思想通过用户间彼此共享天线,互为通信中继,实现虚拟发
射分集,从而为 MIMO 的实用提供了一个可行的思路。协作通信的核心问题是
中继节点的协作协议。有两种最基本的中继协作方式放大转发(AF)与解码重传
(DF),其它各种协作协议的研究,几乎均是建立在这两个固定中继协议之上。
本文通过 MATLAB 仿真,分析不同功率分配情况下的 AF 与 DF 的误码率情况,
并求解出最佳功率分配情形,以改善系统性能。
二、实验要求
1、根据公式给出的数学表达式编写程序,得到需要的关系曲线。
2、列出上机的调试程序。
3、进行实验结果的分析和讨论。
4、简述实验心得体会及其他。
3
三、实验内容
3.1 AF 与 DF 原理及性能
3.1.1 放大转发模式(AF)
3.1.1(1)AF 模式基本原理及性能
放大转发模式(Amplify-and-Forward,AF),有文献中也称为前向放大、非再
生中继。在 AF 协议下,中继采用模拟处理,不对接收的信号进行解调和解码,
而是直接对接收到的带有噪声的信号进行放大,然后发送给接收端。图 1.1 所示
为单中继 AF 协议的原理及其基本过程。
图 3.1.1 单中继 AF 协作通信原理
AF 模式是最简单的一种中继方式,相比于直传方式,AF 协作通信总能带来
一定的信噪比增益,但是由于中继节点除了转发源节点的有用信息外,引入的噪
声也同样被放大转发,因此,当源节点与中继节点之间的链路信道条件较差时,
信号几乎淹没在噪声之中,因而转发的大部分为噪声,从而会降低目的节点的接
收性能。
3.1.1(1)单中继 AF 协作通信过程
1.源端广播过程
源节点 S 以广播的方式向周围发送信号
(在程序中表示为 x_s),其中一路
直接发送到目的节点 D,一路发送到中继节点 R。经过信道后,则
中继节点 R 接收到的信号为
(程序中表示为 y_sr):
式(1-1-1)
目的节点 D 接收到的信号为
(程序中表示为 y_sd):
式(1-1-2)
R
r_d
s_d
s_r
S
D
4
其中,
源发送的信号的功率为,
为源节点与中继节点间信道噪声。
2.中继端放大转发过程
中继节点 R 直接将收到的来自源节点 S 的信号
以系数 β 进行功率放大,
然后转发给目的节点 D(基站)。AF 方式可以看成是具有两个发射端的重复码,
唯一不同的是中继节点将自身接收到的噪声信号也放大并发送到目的节点。目的
节点通过合并两路信号,对源节点的发送信号进行估计。
为保证中继节点功率受限,放大系数 β 应满足:
式(1-1-3)
可见 β 取决于信道的衰落系数
、源发送的信号的功率
和噪声功率
。
那么,中继放大后的信号为
(程序中表示为 x_AF):
式(1-1-4)
目的节点接收的来自中继的信号为
(程序中表示为 y_rd):
式(1-1-5)
其中
为中继节点发送的信号的功率。
3.目的端接收处理
目的节点将接收到的来自源节点的直传信号
和来自中继节点的信号
,
按照 MRC 方案进行合并,得到信号 y(程序中表示为 y_combine_AF):
式(1-1-6)
其中
、
分别为目的节点接收到的来自源、来自中继的信号的加权系数,
为:
式(1-1-7)
式(1-1-8)
式中,
和
分别为协作情况下源节点和中继节点的发送功率,
、
和
5
分别为源节点与目的节点、源节点与中继节点、中继节点与目的节点之间的
瑞利衰落信道系数的复共轭,
为噪声功率。
3.1.2 解码重传模式(DF)
3.1.2(1) DF 模式基本原理及性能
解码重传模式(Decode-and-Forward,DF),有文献中也称为前向译码、再生
中继。在 DF 协议下,中继先要对接收到的信号进行解调、采样判决、存储、译
码等数字处理,然后将处理后的数据进行编码调制后再转发。图 1.2 所示为 DF
协议的原理及其基本过程。
图 3.1.2 单中继 DF 协作通信原理
DF 方式通过译码,避免了噪声对下一跳的影响。但是,如果中继节点对所接
收到的信号直接进行译码,之后将所译出的信号转发给目的节点,将有可能引起
错误传播。这是由于中继节点可能得到的是错误信息,这样对协作传输反而是不
利因素。
3.1.2(2) 单中继 DF 协作通信过程
1.源端广播过程
同 AF 模式一样,源节点 S 以广播的方式向周围发送信号
,其中一路直接
发送到目的节点 D,一路发送到中继节点 R。
2.中继端解码重传过程
中继节点 R 直接将收到的来自源节点 S 的信号
进行解调译码,并通过某
种方式校验译码是否正确,如果错误则中继不再发送该信号,如果正确,则将该
信号重新编码调制,然后转发给目的节点 D(基站)。在编码过程中,可以选择
R
r_d
s_d
s_r
decode bits
S
D
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艾苛尔
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