论文研究-基于1-1-M 模型Relay 系统的误码率研究 .pdf

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基于1-1-M 模型Relay 系统的误码率研究,朱贵伟,,本文基于1-1-M 的两跳中继模型,研究在再生和非再生中继方式下,瑞利衰落信道条件下系统的误码性能。本文研究的模型为一个发射机,
山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn Pf()y1l2(21…dy=lP(y1)dy1=1-20 +y1 B f(Y1)d2f,(2)y21…dy2M 下面来对(4)中的B进行化简 B Q2y2J(21,…,y2M)dy21…ay2M exp[-2adell fr2 (r2 d"dy2 SIn 减( 其中M(S;z2)是第根接收天线的SNR的瞬时成函数(MGF9]如果假设每根天线 的接收噪声相同,那么上式就可以简化为 B ∏M 二 1+ sin 20 sin-d 所以系统的平均BER就为 YIc 1+ de 2 1+y1c Sin 由于AB<,AB<<B,我们可以把(4)中的AB省掉。此外,由(5)我们还可以推导出 简单的上下界。令P表示的上界 -M B≤1 d0≤ d e +10 sIn l0、sin2b (6) 1,(2M-1)!!2 170220(2M) 通常情况下,我们认为了20>1,所以可以获得P的下界Pmm P.≥ +-20-d0≥ 710 de 10 V1+五0 71 ∫2 10 (2M-1)! +n1 710(2y20)(2M) 由上式很容易看出多根接收天线采用MRC合并可以实现系统的满分集增益。 考虑当M=2时的情形,我们可以更进一步对(5)进行化简,得到如下结果 y2 SIn rr[l-4(- y20 20 (8) 1+ 0d6 V1+72 又由文[10可以得 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 220+1|y2 Sin d (720+1)y1 所以DF方式下,M=2时中继系统的BER为 710 2y20+1 12 1+f0)2 7202(720+1)V1+72 0 y20 +y1 7202(720+1) 32非再生方式下的误码率分析 和3.1中的分析相似,一帧内的BER可以表示成 P-O 所以AF方式中继系统的平均BER为 exp ∑∏(MMxd (10) 0丌 i=1 由于上式化简起来非常复杂,我们倾冋于推导平均BER的上下界。由于 ∑;s∑21 所以B的下界为 门2M (11) ∏ de sine 如果假设每根接收天线的噪声功率都相同,那么(11)式又可以简化为 lower 1+ (12) 由Pe的表达式可以看出米,下界与10没有关系,这也就意味着不管第一条发射功 率堕马大,系统的平均BFR都不会超过这个界。并且只有当0>>y20时,实际BFR出线 才会接近这个界。此外,我们还可以得到BER的上界P P sin2b△y f( Yi)dedr1…dyM i=1 ∫ C-S=exp[ 2x I o,xe (13) △ de lexp(-ri dFr(ri) Gnkdy=pe upper 在后面的章节中我们将用链路级仿真米验证本节的理论分析 4 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 4.仿真结果 在图2中,我们令弧=30dB,严2从5B变化到25dB。每帧的长度为200比特,链路 仿真一共跑了500,000帧。从图2可以看出,理论分析结果和链路级仿真结果一致。此外 随着y20的增加,四条曲线最后聚合到一条水平线上,这是由于DF中继系统的BER分别与 两跳的BER有关,但是是固定的,当y20非常大的时候,系统的BER性能就取决于第一 跳。 BER Peoformance of df relay system L 1 link simulation M= 2 theoreticalm= 2 lower bound, M= 2 -+link simulation, M=4 I theoretical, M= 4 ound, M=4 upper bound, M 4 10 Average SNr of the second hop(dB) 图2DF方式下中继系统的BER性能 在图3中,令o=5dB,从0dB变化到20dB。一帧长度为200比特,链路仿真 一共跑了500,0帧。由上图可以看出,链路仿真曲线处在上下界之间,不管对M=2还 是M-4,当2很小的时候,链路仿真曲线比较接近于下界,当严0很人的时候,链路仿真 曲线史接近于⊥界。这是由于当形>F2时,y=∑n≈∑y2,然而下界与无关,当 元o>720的条件不能满足时,2越大,链路级曲线与下界的距离也就越来越大 BER Peoformance of AF relay system lower bound, M= 2 B-link simulation M= 4 upper bound, M=4 2468101214161820 Average SNR of the second hop(dB) 图3AF中继系统的BER性能 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 5.结论 本文主要在DF和AF两种中继方式下对1-1-M中继系统的误码率进行研究,发射机、 中继台和接收机的天线数分别为1、1和M。在瑞利衰落信道条件下,研究系统的误码率, DF方式下给岀了误码率的闭式解,AF方式下给出了上下界,并进行了计算机仿真,对理论 分析结果进行验证,链跻级仿真的结果与理论分析基本上一致。本文的结论将对基础模型的 硏究提供一定的帮助,有一定的借鉴意义 参考文献 [1]H ESSaid, TTan and K Baker. 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Junshan Zhang Capacity bounds and power allocation for wireless relay channel u IEEE Trans on Information Theory, Vol. 51, Issue 6, June 2005, pp. 2020-2040 [7] John Boyer, David D Falconer, and Halim Yanikomeroglu Multihop diversity in wireless relaying channels U]. IEEE Trans on Communications, Vol. 52, Issue 10, Oct 2004, pp 1820-1830 [8 Paul A. Anghel, Mostafa Kaveh. Exact symbol error probability of a Cooperative network in a Rayleigh-fading environment [ J]. IEEE Trans. on Wireless Communications, Vol. 3, No. 5, Sept. 2004, pp1416-142 [9] Andrea Goldsmith. Wireless Communications [M]. Cambridge University Press. 2005, pp. 159-209 [10JMohamed-Slim Alouini, A..Goldsmith. A unified approach for calculating error rates of linearly modulated signals over generalized fading channels [J]. IEEE Trans on Communications, Vol. 47, No 9, Sept. 1999, pp1324-1334 [ll]I.S. Gradsbteyn, L M. Ryzbik. Table of Integrals, Series, and Products, the sixth edition [M]. New York Academic Press Inc, July 31, 2000 Analysis on BEr of relay system based on 1-1-M model Zhu guiwei School of Telecommunication Engineering, Beijing University of Posts and telecommunications Beijing 100876, China Abstract In this paper, we investigate the bit error rate performance of relay system under decode-forward and amplify-forward protocols. The system has one antenna at the transmitting end, one antenna at the relay nod and multiple antennas at the receiving end where maximum ratio combination is employed In the rayleigh fading channel, we derive some closed-form formulas of bit error rate performance for the dF case; for the AF case, only the upper and lower bounds can be given due to their rather high complexity. Then we proceed to validate our conclusions through numerical and link-level simulation The simulation results present that our theoretical analysis coincide with link-level simulation results Keywords: relay DF AF BER 6

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