低复杂度最大比合并量化转发协作方案.pdf

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1、第３７卷第１期杭州电子科技大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１２０１７年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｎｇｚｈｏｕＤｉａｎｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ）Ｊａｎ．２０１７ＤＯＩ：１０．１３９５４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｄｕ．２０１７．０１．００９低复杂度最大比合并量化转发协作方案何丹，包建荣，姜斌，刘超（杭州电子科技大学通信工程学院，浙江杭州３１００１８）摘要：在不影响可靠性的前提下，为了降低量化转发协作方案的复杂度，提出了基于低阶调制和低阶量化的量化转发协作方案．其中，低阶量化和调制降低了其复杂度，目的节点对中继到

2、目的节点和源到目的节点信息的最大比合并降低了系统的误比特率．最后，基于二进制相移键控调制和低密度奇偶校验码信道编码，仿真分析了１－ｂｉｔ和２－ｂｉｔ量化的误比特率性能．结果表明，在误比特率为１０－２时，２－ｂｉｔ量化较译码转发和１－ｂｉｔ量化分别有约３．５ｄＢ和５ｄＢ增益；在２－ｂｉｔ量化协议下，当误码率为１０－３时，在源到中继节点的归一化距离为０．９时，较归一化距离０．２的情况，有约６ｄＢ增益．关键词：量化转发；低阶量化；最大比合并；低密度奇偶校验码；误比特率中图分类号：ＴＮ９１１．２２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－９１４６（２０１

3、７）０１－００３７－０４０引言在协作通信中，根据中继节点对数据处理协议的不同主要分为放大转发（Ａｍｐｌｉｆｙ－ａｎｄ－Ｆｏｒｗａｒｄ，ＡＦ）协议、前向解码（Ｄｅｃｏｄｅ－ａｎｄ－Ｆｏｒｗａｒｄ，ＤＦ）协议和压缩转发（Ｃｏｍｐｒｅｓｓ－ａｎｄ－Ｆｏｒｗａｒｄ，ＣＦ）协议等．基于ＤＦ协议的中继系统在源到中继节点链路质量较差时，存在严重错误传播，从而无法实现较好协同．针对ＤＦ协议的局限性，出现了ＣＦ协议．在ＣＦ协议中，中继通过量化、压缩并转发接收信号至目的节点．ＣＦ协议相关研究主要分为两类：由Ｗｙｎｅｒ－Ｚｉｖ编码量化和压缩中继节点接收信号，在

4、目的节点利［１］用边信息恢复源信号；不考虑中继和目的节点接收信息相关性，简单量化中继节点接收信息，即量化［２］转发（Ｑｕａｎｔｉｚｅ－ａｎｄ－Ｆｏｒｗａｒｄ，ＱＦ）．ＱＦ协议不需复杂Ｗｙｎｅｒ－Ｚｉｖ编码，只需简单量化，大大减少了网络间信息交换．鉴于ＱＦ协议的低复杂度特性，文献［３］通过优化设计去噪互信息保存量化器，得到与ＣＦ中继系统相近的误码率（ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ，ＢＥＲ）性能．在ＱＦ协议的基础上，文献［４］研究了基于汉明编码的ＱＦ多中继协作系统，发现其ＢＥＲ性能较编码或未编码ＡＦ中继系统优越，且其性能随着量化阶数的提高而不断改善

5、．由文献［５－６］研究的调制阶数和量化阶数对ＱＦ协议的影响可知，随着量化阶数增长，其ＢＥＲ性能随之提高，但计算复杂度也不断增大．同时，随着调制阶数增大，其有效性得到了一［７］定提高，但其可靠性也随之降低．另外，ＱＦ方案已在多中继和双向中继协作场景下得到应用．本文在已有ＱＦ协议的研究基础上，提出了一种低复杂度ＱＦ协作方案．方案基于低阶调制和低阶量化，如二进制键控（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ，ＢＰＳＫ）调制，１－ｂｉｔ和２－ｂｉｔ量化，目的节点将量化信息对数似然比（ＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄＲａｔｉｏ，ＬＬＲ）值与源到目的节点直传

6、链路信息的ＬＬＲ值合并，避免了一般ＱＦ协议的量化信息检测过程，一定程度上降低了其复杂度．１量化转发方案典型的三节点协同中继模型包括１个源节点Ｓ、１个中继节点Ｒ和１个目的节点Ｄ．每个节点仅有１收稿日期：２０１６－０９－１３基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１４７１１５２）；浙江省自然科学基金资助项目（ＬＺ１４Ｆ０１０００３）作者简介：何丹（１９９１－），女，江西宜春人，硕士研究生，无线协作通信．通信作者：包建荣副教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ｂａｏｊｒ＠ｈｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．３８杭州电子科技大学学报（自然科学版）２０１７年根天线，且Ｒ没有自己的信

7、息要传输．通常，系统采用时分半双工通信模式．在系统工作中，将单位传输时间分为２个时隙．根据上述假设，在第１时隙，源节点Ｓ将信号ｘｓ广播给Ｒ和Ｄ，则Ｄ和Ｒ接收到的信号分别为：ｙｓｄ＝槡Ｐｓｈｓｄｘｓ＋ｎｓｄ，（１）ｙｓｒ＝槡Ｐｓｈｓｒｘｓ＋ｎｓｒ．（２）在第２时隙，Ｒ处理接收到的信号后，将其发送到Ｄ．则Ｄ在第２时隙接收到的信号为：ｙｒｄ＝槡Ｐｒｈｒｄｘｒ＋ｎｒｄ．（３）其中，Ｐｓ，Ｐｒ为Ｓ和Ｒ的发送功率，ｘｓ和ｘｒ分别为Ｓ和Ｒ发送的信号．ｎｓｄ，ｎｓｒ和ｎｒｄ都服从均值为０、方差为Ｎ０的复高斯随机分布的高斯信道白噪声（ＡｄｄｉｔｉｖｅＷｈｉ

8、ｔｅＧａｕｓｓｉａｎＮｏｉｓｅ，ＡＷＧＮ），ｈｓｄ，ｈｓｒ和ｈｒｄ分别是Ｓ－Ｄ，Ｓ－Ｒ和Ｒ－Ｄ链路的信道系数．在三节点位于同一直线模型中，将Ｓ到Ｄ的距离归一化为１，Ｓ到Ｒ的距离设为ｄ，则Ｒ到Ｄ