基于鏈路自適應的機會協作系統性能分析

摘 要：為了提高協作通信質量，提出基于自適應解碼前向的機會中繼協作方案，并通過建立一個統計概率模型來分析該方案下的系統性能.推導出瑞利衰落信道下的系統概率密度函數，以及基于自適應調制下的系統頻譜效率、中斷率和平均誤碼率的閉式解.蒙特卡洛仿真實驗結果表明：自適應解碼前向機會協作系統的性能要優于放大前向機會協作系統，其頻譜效率高于放大前向機會協作系統30%左右.

關鍵詞：協作通信；解碼轉發；鏈路自適應；機會中繼；性能分析

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：APerformance Analysis of Opportunistic Cooperation

Systems with Link Adaptation

2003年，Sendonaris等[1-2]提出協作分集技術，能在單天線用戶之間通過協作產生空間分集增益來有效對抗多徑衰. Laneman等[3]在協作分集技術的基礎上提出了Decodeandforward（DF）和Amplifyandforward（AF）的中繼協議，邀請所有中繼參加協作，這樣既不實際也會降低頻譜效率.文獻[4]首次提出只選擇一個最佳中繼來協作的機會中繼OPR（opportunistic relaying）協作模式，不僅降低了信號處理的復雜度，還能獲得與分布式空時編碼相同的漸近性能.文獻[5]以矩母函數為數學工具，分析出采用AF中繼方式的OPR協作系統在瑞利信道下的中斷率和誤碼率近似解.文獻[6]探討了采用自適應DF方式的最優中繼系統性能，推導了系統的概率密度函數并分析了在BPSK調制模式下的誤碼率和信道容量.文獻[7]在文獻[6]的研究基礎上進一步研究了源端到中繼鏈路上滿足某個特定信息量情況下的系統中斷概率和信道容量.這些研究都是考察固定功率和固定發送速率的情況，文獻[8]則在AF協作方式的OPR系統中引入離散速率的自適應傳輸機制，顯著提高了系統的頻譜利用率且降低了系統的誤碼率.雖然AF協作方式簡單，但在低信噪比的條件下會放大噪聲、造成性能下降.因此，本文研究瑞利衰落信道下，采用自適應DF方式的機會協作系統在自適應傳輸機制中的性能，推導分析了系統的頻譜利用率、中斷率和平均誤碼率.然后通過仿真實驗驗證理論分析的正確性，最后將其設置為與文獻[8]中AFOPR協作系統相同的條件，進行性能比較，發現這種具有差錯控制的DFOPR系統性能要優于AFOPR系統.1 系統和信道模型

系統模型如圖1所示，表示為：