协同通信课件

1、2 /23提纲通信信道模型协同通信的提出分集技术简介中继信道模型协同分集技术协同通信的方法三种协作模式（AF、DF、CC）性能和优缺点比较协同通信的应用小结3 /23通信信道模型无线信道对信号传输影响主要有传输衰减、多径传播引起的频域选择性衰落、时变性引起的时间选择性衰落以及角度扩展引起的空间选择性衰落等。传输衰减：路径损耗，阴影衰落，小尺度衰落衰减类型：多径(时延)扩展频率选择性衰落多普勒扩展时间选择性衰减角度扩展空间选择性衰落4 /23分集技术简介在无线移动通信中广泛使用分集技术来减小多径衰落的影响，并且在不增加发射功率或牺牲通信带宽的情况下提高传输的可靠性。分集技术分为以下几种类型： 时

2、间分集频率分集空间分集 5 /23空间分集根据发射或接收是否使用多根天线，可以把空间分集分成两类：接收分集和发送分集。 TxRxRx图1：接收分集示意图TxTxRx图2：发送分集示意图6 /23MIMO系统模型MIMO技术可以达到空间分集的效果，在实际的无线系统中，基站端安装多天线并不困难，但是在移动终端，考虑到设备成本，工艺技术的限制，装备多根天线是十分困难的。协同分集就是在这样的背景下，基于中继传输的原理发展起来的。空时编码空时解码.h11h12x1x2xMy2y1yN图3：MIMO系统结构7 /23中继信道模型含三个节点的基本中继信道是无线网络中最早的节点间协作的例子。中继节点可以辅助源

3、节点向目的节点传输信息。ACBXYY1X1广播接入源节点目的节点中继节点图4：基本中继信道8 /23中继信道模型其他中继信道模型：中继节点1目的节点源节点中继节点2图5：并行中继信道源节点中继节点1中继节点2目的节点图6：多跳中继信道9 /23协同分集技术基本思想：单天线的移动终端在多用户情况下通过分享其他用户的天线，从而创建了一个虚拟的MIMO系统。图7：两用户协同示意图10 /23协同模式分类按接入方式分类正交协同分集非正交协同分集，按中继实现方式放大转发（AF）协同模式解码转发（DF）协同模式编码协同（CC）模式11 /23AF协同模式基本思想：指中继节点不对接收的信号进行解调和解码，而

4、是直接将收到的信号进行模拟处理后转发，这是采用最早的一种协同模式。图8：AF模式示意图12 /23DF协同模式基本思想：指伙伴要先对接收到的信号进行解调，解码（视是否编码而定）和估计，然后将数据进行编码调制后传输给目的节点。 中继采用的解码往往是接收信号的非线性变换；中继节点如果对数据作出了错误判决，那么这个错误也将被进一步传播。采用循环冗余校验技术（CRC）图9：DF模式示意图13 /23DF有校验模式中继接收到信号后，将对信号进行解调和解码(如果没有编码则不需要解码)，并对数据进行CRC校验，如果数据正确，就按照信源的编码调制方式将信号进行编码(如果有编码)和调制，再将数据发射出去;如果数

5、据不正确即将帧丢弃。 DF协同模式解调解码CRC校验编码调制Tr14 /23CC协同模式基本思想：每个用户都试图为它的伙伴传送冗余信息。当这一操作无法实现时，用户就自动返回到非编码协同模式，传输自己后续的信息。中继传输的不再是与信源相同的数据信号，而是增加的冗余。图10：CC模式示意图15 /23编码协同方案CC协同模式用户1用户2基站N1比特用户2数据N2比特用户2数据N1比特用户1数据N2比特用户1数据第一帧第二帧第一帧第二帧图11：编码协作方案16 /23编码模式下，第一帧解码结果不同时的4种协同情况：CC协同模式第二帧第一帧用户2 N2比特用户1 N1比特用户1 N2比特用户2 N1比

6、特用户1用户2情况1情况2用户1用户2情况4用户1用户2情况3用户1用户2用户1 N2比特用户1 N1比特用户2 N2比特用户2 N1比特用户1 N2比特用户1 N1比特用户1 N2比特用户2 N1比特用户2 N2比特用户1 N1比特用户2 N2比特用户2 N1比特17 /23引入空时编码的思想，提出了空时编码协同分集(STCC)方案在第二帧，各用户始终保留部分能量传输自己的第二部分码字，而只用部分能量参与协作。CC协同模式12211212122122Frame 1 and 2Frame 1 and 2Frame 1 and 2No cooperativeCoded cooperativeST

7、CCAntennasUser1AntennasUser2AntennasUser 1MAC ChannelUser 2MAC ChannelUser 1Frame 11User 1Frame 22User 2Frame 11User 1Frame 22图12：情况1下STCC与CC对比18 /23情况4：CC方式中用户1的第二部分码字没有传输，而STCC方式中用户1的第二部分码字得到了传输，获得了相应的分集增益。CC协同模式122112122Frame 1 and 2Frame 1 and 2Frame 1 and 2No cooperativeCoded cooperativeSTCCAnt

8、ennasUser1AntennasUser2AntennasUser 1MAC ChannelUser 2MAC ChannelUser 1Frame 11User 1Frame 22User 2Frame 11User 1Frame 22图13：情况4下STCC与CC对比212119 /23性能比较AF,DF,CC 性能比较图14：各种不同协同模式的性能对比20 /23优缺点比较AF模式：伙伴节点的复杂度最低，且在高信噪比时可达到满分集增益；但在用户间信道条件较差时，分集增益不明显。 DF模式：可在转发前消去高斯白噪声，使用CRC校验可以防止差错传播，但这是以牺牲频谱效率为代价的。在低信噪比时，CRC校验反而会使系统性能下降，不如不校验。CC模式：无需估计用户间的信道状况，通过编码来控制第二步协作，在性能上有很大优势，尤其是引入空时编码之后。CC模式相对于AF和DF在性能上有优势，但伙伴节点的复杂度最高，因为要先解码后编码。21 /23协同通信是一种极具应用前景的通信技术用在蜂窝移动通信中、无线局域网、Ad Hoc 网络、无线传感器网络等用在野战网、舰队编制通信、航空无线电等军用通信网络中将协同通信技术应用在无线传感网络中，能改善传输质量提高整个网络的寿命。协同通信的应用22 /23小结信道衰落是制约通信质量提高的重要因素，为了对抗信道衰落，提高接收信号的信噪比，降低接