基于定向天线的df协同通信技术研究

《基于定向天线的df协同通信技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于定向天线的DF协同通信技术研究对基于定向天线的DF协同通信系统进行了研究。提出了几种不同DDF协同通信方式，通过对这些通信方式的分析，推导出了它们的中断概率表达式，并仿真对比了各种方式中断概率的异同。结果表明，反馈及选择DDF系统可以获得满分分级增益，在频谱效率不高的情况下反馈DDF系统能获得最优的中断性能。0引言关于信号中继转发的最初原型要追溯到20世纪70年代，Van在文献[1]中首次提出了三终端信道并推导了该信道容量的上下界，Cover在文献[2]中对Van的工作进行了拓展，从信息论的角度证明了离散无记忆加性高斯白噪声(Aan等首次提出了一种两阶段协同传输的概念，并给出了目前最常用

2、的两种中继方式即放大转发(AmplifyandForinlog(1+SNRhs，r2GsGr)，log(1+SNRhs，d2GsGd+λSNRhr，d2GrGd)]式中[SNR=P1N0，][13]是因为整个过程用了3个时隙，需要min的操作是因为只有这两个链路都正确解码，目的节点才正确解码。在给定的频谱效率[R]的条件下，[PIDF[minhs，r2GsGr，hs，d2GsGd+λhr，d2GrGd23R-1SNR](6)令[SNRhs，d2GsGd，][SNRhs，r2GsGr，][SNRhr，d2GrGd]分别为[X0，X1，X2，][1SNRδ2s，dGsGd，][1SNRδ2s，r

3、GsGr，][1SNRδ2r，dGrGd]分别为[L0，L1，L2，23R-1SNR为m。]则其中断概率可以表示为：[PIDF将上式展开，得到精确的中断概率如下：[PIDF而根据文献[3]可以得到，在较高信噪比条件下，定向固定译码转发中断概率为：[PIDF从式(7)可知，固定DDF协同通信只获得了1阶分集增益，对系统性能的提升没有本质的贡献，特别是当源到目的信道不是很差的情况下，源发送给目的的信号大多可以被正确解码，中继的转发变得没有意义。为了有效利用信道资源，应使用自适应DDF协作方式。2.2选择DDF协同通信方式在选择性DDF通信中，中继是否将解码后的信号转发给目的节点是有条件的，只有当

4、接收到的信噪比超过一定门限时，才有这个过程，否则源节点重发两次信号给目的节点。其互信息可以表示成：[ISDF=13log1+X0，X1因此中断概率：[PISDF得到闭式表达式如下：[PISDF而根据文献[3]当信噪比较大时，可以得到中断概率近似为：[P[ISDF式中[3R]中的因子3是因为协同过程占用3个通信时隙。从上式可知中断概率正比于[SNR-2]，因而获得的分集增益为2。2.3反馈DDF通信方式在反馈式DDF通信中，目的节点到中继节点间存在一个反馈信道。如果目的端能够正确解码来自源节点的信息，则会中继节点发送一个反馈信号，中继便不用进行信号转发，通信过程结束。否则源节点将向中继发送信号

5、，中继按固定DDF方式给目的节点转发信号。如果目的节点能正确解码，频谱效率为[R]，否则效率为[13R]。因此互信息可以表示为：从上式可以看出中断概率正比于[SNR-2]，因此获得了2阶的分集增益。而且频谱效率明显优于选择性DDF通信。4数值仿真与分析设定向增益为14.5dB，[δ2s，r]=[δ2r，d]=1，[δ2s，d=0.5，][R=]1bps/Hz，[λ=1。]仿真对比基于定向天线的各协同通信方式的精确中断概率与近似中断概率，结果如图2～图4所示。从图2～图4可知，在较大信噪比条件下，精确的中断概率和近似中断概率几乎重合，因此可以用近似中断概率代替精确中断进行相关分析以简化分析过程

6、。设定向增益为14.5dB，[δ2s，r]=[δ2r，d]=1，[δ2s，d=0.5，][R=]1bps/Hz，[λ=1。]仿真对比各协同通信方式中断概率与信噪比的关系，仿真结果如图5所示。从图5可以看出，直传，定向直传以及固定DDF的中断概率随信噪比的下降速度一致，因此他们的分集增益是一致的，即为1阶，而选择DDF与反馈DDF分集增益一致，即为2阶;由于定向增益的引入，使能量更有效地被利用，因此定向通信方式中断性能明显优于传统方式;固定DDF性能反不如定向直传，这是因为其内在存在频谱利用低的因素：即便译码错误也需要占用时隙进行无效的转发;选择DDF和反馈DDF能有效解决固定DDF所存在的问

7、题，反馈DDF虽然性能更优，但需要额外的信道。从图6可知，随着频谱效率的增加，各方式的中断概率均不断恶化，其中选择DDF恶化速度最快，反馈DDF次之。因为不管选择DDF还是反馈DDF，在获得分集增益的同时，需要更多的通信时隙，从而损耗了频谱效率。特别是选择DDF，如果信噪比在门限以下，中继不工作，从而浪费了2个通信时隙;而反馈DDF在源节点能直接译码时不需要消耗更多的时隙进行中继过程，因此相对节约了频谱资源。