核電子科學與探測技術淺析誤碼率的DF協作通信系

　　樹人論文發表網辦的非常成功，極具口碑。在這里，你可以找到最具時事性的文章和最具代表性的各類文章。當然，因為免費和開源，大家都可以學習、借鑒和共同使用，如果你需要專屬于個人的原創文章，請點擊鏈接獲得專業文秘寫作服務。

　　摘 要： 針對協作通信系統能量有限和誤碼率高等問題，在DF協作通信系統中，研究一種基于誤碼率的概率分配算法。在總發射功率一定的條件下，建立以滿足最小誤碼率為目標的優化問題。利用Lagrange乘子，求解該優化問題的閉式解，得出最佳功率分配方案。仿真結果表明，在總功率一定的情況下，該功率分配算法較其他功率分配方案具有較低的誤碼率。

　　關鍵詞： 協作通信; DF; 功率分配; 誤碼率

　　0 引 言

　　協作通信技術是利用網絡中閑置的多個基站或天線作為信號傳輸的中繼，通過網絡間節點資源協作的方式，論文網站有效地共享傳輸資源，形成分布式虛擬天線陣列，形成虛擬MIMO，獲得分集增益[1]，從而對抗無線信道的多徑衰落。根據不同的中繼技術，主要的協作策略有放大轉發(Amplify and Forward： AF，中繼將接收到信號放大后轉發)[2]、解碼轉發(Decode and Forward： DF，中繼將接收到的信號譯碼并重新編碼后轉發)[2]和編碼協作(Coded Cooperation： CC，中繼傳輸不再是與信源相同的信息，而是增加的冗余)[3]等多種方式。

　　功率分配是協作通信的一個關鍵問題，在能量受限的情況下，合理配置節點的發射功率，最大限度地利用各節點的功率，有效地延長移動終端的壽命。文獻[4]研究了在DF協作通信系統中，以最小化系統中斷概率為目標，提出黃金分割迭代法分配源節點和中繼節點的發射功率。文獻[5]中研究了多中繼協作系統問題，但作者在功率分配上使用的是源節點和中繼節點平均功率分配。文獻[6]研究了在多中繼AF系統中基于差分演化的協作通信最優功率分配算法。文獻[7]研究了在AF協議下，基于誤符號率的最優功率分配與伙伴選擇。本文提出了選擇DF協作通信系統中以誤碼率為目標函數，基于Lagrange算法的最佳功率分配方案。

　　1 系統模型

　　協作通信系統模型如圖1所示，S表示源節點，D表示目的節點，R為中繼節點。假設源節點和中繼節點的發射功率分別為[Ps]和[Pr，]源節點到中繼節點和目的節點以及中繼節點到目的節點的信道增益分別為[hsr，hsd，hrd，]它們是均值為零，相互獨立的復高斯隨機變量，方差分別為[σ2sr，σ2sd，σ2rd，]各信道統計獨立，并服從瑞利平坦衰落。中繼節點采用時分半雙工工作模式。

　　圖1 協作通信系統模型

　　協作過程分兩個階段：

　　第一階段，源節點進行數據廣播，被選擇出來的中繼節點和目的節點同時接收源節點的數據。收到的信號為：

　　[ysd=Pshsdx+nsd] (1)

　　[ysr=Pshsrx+nsr] (2)

　　式中：[x]為源節點發送的信號;[nsd，][nsr]為加性高斯白噪聲(AWGN)。中繼節點如果正確接收源節點發送的信息，則第二階段進行轉發，否則保持靜默。

　　第二階段，目的節點接收的信號為：

　　[yrd=Prhrd+nrd] (3)

　　式中：當中繼節點轉發時，[Pr=Pr，]不轉發時[Pr=0;][nrd]為AWGN。假設所有信道上的AWGN的方差均為[σ20。]目的節點對兩個階段接收到的信號進行最大比合并(MRC)，得到：

　　[y=a1ysd+a2Prh?rdyrd] (4)

　　[a1=(Psh?sd)σ20] (5)

　　[a2=(Prh?rd)σ20] (6)

　　接收端信噪比為：

　　[γ=(Pshsd2+Prhrd2)σ20] (7)

　　2 性能分析與功率分配

　　2.1 誤符號率分析

　　考慮中繼有正確解碼和不正確解碼兩種情況，在MPSK調制下的SER可以寫成[8?10]：

　　[PSER=1π20(M-1)πMexp-sin2(πM)Pshsd2σ20sin2θdθ×0(M-1)πMexp-sin2(πM)Pshsr2σ20sin2θdθ+1π0(M-1)πMexp-sin2(πM)(Pshsd2+Prhrd2)σ20sin2θdθ×1-1π0(M-1)πMexp-sin2(πM)Pshsr2σ20sin2θdθ](8)

　　當采用式(8)的SER閉合表達式時，運算復雜度高，計算量大，因此采用上界逼近近似表達式進行分析。經過推導，采用MPSK調制的誤符號率的上界為[8?10]：

　　[PSER≤σ40A2Psσ2sdB2Psσ2sr+CPrσ2rd] (9)

　　式中：[A=sin2(πM);][B=M-12M+sin(2πM)4π;][C=3(M-1)8M+]

　　[sin(2πM)4π-sin(4πM)32π]。

　　2.2 功率分配算法

　　把誤碼率作為待優化的目標函數，在發射總功率一定的條件下，求出使誤碼率最小的[Ps]和[Pr。][Ps，][Pr]和[P]之間需滿足條件：[Ps+Pr=P，][Ps≥0，][Pr≥0。]采用Lagrange乘法因子，令：

　　[ L=σ40A2Psσ2sdB2Psσ2sr+CPrσ2rd+λ(Ps+Pr-P)] (10)

　　分別對[Ps]和[Pr]求偏導數，令其等于零，求解方程組：

　　[?L?Ps=0，?L?Pr=0，Ps+Pr=P， Ps≥0，Pr≥0]

　　求解方程可得，最佳功率分配時：

　　[ Ps=σsr+σ2sr+8(B2C)×σ2rd3σsr+σ2sr+8(B2C)×σ2rdP] (11)

　　[ Pr=2σsr3σsr+σ2sr+8(B2C)×σ2rdP] (12)

　　3 仿真結果分析

　　假設信道類型為瑞利衰落信道(Rayleigh)和加性高斯白噪聲信道(AWGN)，信號采用BPSK調制方式，圖2，圖3中源節點到目的節點(S?D)、中繼節點到目的節點(R?D)間信道以及源節點到中繼節點(S?R)間的信道方差均為1，即[σ2sr=σ2rd=σ2sd=1。]圖4，圖5中源節點到目的節點(S?D)、中繼節點到目的節點(R?D)間信道方差為1，源節點到中繼節點(S?R)間的信道方差為10，即[σ2sr=10，σ2rd=σ2sd=1。]采用Matlab 2012b進行仿真。

　　圖2 最佳功率分配與等功率分配誤碼率比較([σ2sr=σ2rd=σ2sd=1])

　　圖2，圖3給出了在[σ2sr=σ2rd=σ2sd=1]條件下，采用其他功率分配和最佳功率分配方案后DF協作通信系統的誤碼率對比。由圖可見，最佳功率分配性能要明顯優于其他功率分配的性能，誤碼率明顯降低。

　　圖3 最佳功率分配與[Ps=13，Pr=23]功率分配

　　誤碼率比較[(σ2sr=σ2rd=σ2sd=1)]

　　小編推薦優秀的電子論文　電子工程師的論文刊發自動氣象站常見數據處理

　　【摘 要】分析了霍林郭勒市氣象局CAWS600-B型自動氣象站在運行期間,人工資料輸入、日常維護及故障處理、軟件重裝等方面存在的問題,以便保證自動站數據的實時性及準確性。

　　【關鍵詞】CAWS600-B型自動氣象站;試運行;分析;處理