协作通信之功率分配对策探微

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1、协作通信之功率分配对策探微第一章绪论1.1研究背景自上个世纪八十年代以来，无线通信技术已经经历了飞速的发展演进。每一代通信技术的更替都是前一代通信系统的不足和人们日益增长的业务需求推动的。第一代移动通信系统（1G）只能提供话音业务，采用模拟调制和频分多址（FDMA）技术，但存在频谱利用率低，种类业务单一，保密性能差等问题。第二代移动通信系统（2G）采用时分多址（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）技术和码分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)技术，支持数字化的话音业务和低速

2、率的数据业务（不高于384Kbps），弥补了模拟移动通信系统的缺陷，提高了频谱利用率和话音质量，增强了保密性。但有限的带宽无法满足多媒体业务和高速数据传输的需求。基于CDMA技术，第三代移动通信系统（3G）在90年代问世。主流的三个标准是：欧洲的宽带码分多址（A）、美国的码分多址2000（CDMA2000）和我国的时分同步CDMA(TD-SCDMA)，3G通信系统能提供宽带多媒体业务和高速率数据传输（2Mbps）。虽然无线通信技术取得了极大的进步，但未来的宽带移动通信系统要求更好的用户体验和更高的传输速率，B3G系统要求达到100Mb

3、ps的速率，而4G系统则是要求达到Gbps的量级。因此，寻求进一步改善通信质量、扩大信道容量、扩大网络覆盖范围的技术成为学术界研究的热点之一。1.1.1无线信道的特点与有线传播介质相比，无线通信是以无线电波为介质传输信息的，一般情况下传播特性比较差，而且不同终端的信号在传输过程中也会相互干扰。因此无线通信系统比有线系统复杂得多。首先，无线信道的传播环境极为复杂，电波不仅会受到建筑物、地形等因素的影响发生阴影效应，而且会因传播距离的增加而产生弥散损耗。此外，电波经过多点反射，信号会经过多条传播路径到达接收终端，其相位、幅度以及到达时间都

4、不一样，它们相互叠加会导致时延扩展和电平快衰落；在实际应用中，用户终端经常随机移动，这不仅会引起多谱勒频移，而且会使电波传播特性发生快速的随机变化。因此，可以认为无线传播环境是一种随众多外部因素变化的传播环境[1]。无线信道的传播模型通常分为大尺度（Large-Scale）传播模型和小尺度（Small-Scale）传播模型两种[2]。大尺度传播模型用于描述长距离传播过程中信号强度的变化。小尺度传播模型是用于描述短时间或短距离内信号强度的快速变化（如图1.1）。在同一个无线信道中，既有大尺度衰落，也有小尺度衰落。大尺度衰落表征了无线信号

5、的均值在一定时间内随传播环境和距离的变化而呈现的缓慢变化，小尺度衰落则表征了无线信号短时间内的快速波动[1]。不同传播路径的相互干扰，有限的频谱资源，用户对无线通信高容量、高速率的要求等等一系列亟待解决的问题为无线网络的发展带来了新的挑战和机遇。因此，必须寻求新技术进一步提高频谱利用率，改善通信质量，扩大信道容量。多输入多输出（multipleinputmultipleoutput，以下简称MIMO）天线技术因其具有高频谱利用率、高信道容量、高可靠性等特点，成为人们研究的焦点[3]。1.1.2多输入多输出（MIMO）技术多输入多输出（

6、MIMO）系统通过在信号收发端配置多根天线，并结合空时编码(STBC)技术[4-6]来获得空间分集和复用，从而有效提高信道容量和通信可靠性。在传统的无线通信理论中多径通常被视为有害因素，而在MIMO系统中多径传播被看作有利因素加以利用。一方面，在发送端数据流经过多根天线同频、并行发射，在接收端利用先进的信号检测技术对接收信号进行检测，相当于在接收机和发射机之间建立了若干并行的子信道，从而可以获得空间复用增益，在不增加带宽的同时大大提高了数据传输速率。因此，MIMO技术作为一种性价比较高的技术使得GbPs量级的无线通信成为可能[7]。另

7、一方面，MIMO技术结合空时编码，采用空间域以及时间域的联合处理实现空间分集，从而对抗信道衰落，极大地改善了通信可靠性。MIMO相关的技术和空时编码技术在无线通信领域已经取得了飞速发展并得到了广泛应用，许多无线通信标准己经采用多天线技术[8]。第二章协作通信中的中继协议分析协作通信系统中，源和中继节点之间的通信是通过中继信道传输的。中继节点处理源节点信息的方式是协作通信的一个很重要的方面。不同的处理方式产生了不同的中继协议。中继协议包括固定中继和自适应中继[43]。固定中继方式确定地划分源节点到中继节点的信道资源。中继节点根据不同的协

8、议处理相应的数据。当采用固定放大转发（Amplify-and-For-poize-Sum-Poetxgclunication：performancecriteriaandcodeconstruction[J].IEEET