协同通信

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协同通信范文第1篇

关键词：近场通信设备；协同；中继；通信方法

近场通信设备主要采用P2P的通讯方式，随着人们对无线通信质量和可靠性的要求不断提高，中继通信技术和协同通信技术在无线通信中得到了广泛应用。中继站作为一个传输节点，可以起到桥接源节点的作用，从而克服信道衰落问题，扩大基站信号的覆盖范围。系统技术则能够使系统开销得到平衡，合理利用信道资源，提高通信系统的整体性能，在消除干扰、多点调度方面具有显著作用。

1近场通信设备简介

近场通信技术（NFC）是一种新型半双工通信技术，与蓝牙通信、红外线通信技术相比，NFC的可靠性更高，而且通信方便快捷，具有低成本、低能耗等优点。目前近场通信技术主要被应用于移动支付、电子票务、门禁、身份认证等领域，并逐渐开始在智能手机中得到应用。近场通信设备具有三种工作模式，一是读写模式，在这种模式下，近场通讯设备相当于读卡器，对NFC标签进行读写操作。二是卡模式，即自身相当于NFC标签，被执行读写操作。三是点对点（P2P）通信模式，支持两台设备进行相互通信。在NFC论坛中制定了NFC技术的标准规范，其中，NFC数据交换格式（NDEF）中明确规定了采用NFC技术进行通信时的数据封装格式，在简单NDEF交换协议中还规定了NFC设备在P2P通信模式下两台设备通信的规范。此外，还有读卡器通信的专属应用协议数据单元（APDU）命令，可以以此对读卡器操作命令[1]。

2协同技术与中继技术

（1）中继技术。中继通信技术的应用主要是为了解决信道多径衰落问题，无线信道衰落具有随机性，如果正在使用的通信信道处于衰落状态，将对无线通信质量产生较大影响，这是就需要通过中级节点获得信号增益。可以利用无线信道路径的独立性进行分集和服用增益，通过预编码操作增加系统容量，降低误码率和用户之间的相互干扰。中继通信的示意图如图1所示[2]。图1中继通信示意图（2）协同技术。协同通信技术的发展起源于中继信道，通过中继节点的使用提升通信系统性能，实现大容量高速率通信。可以在不增加频率资源和发送功率的情况下提高通信效率，使无线通信更加可靠。协同技术的时分双工技术主要是利用信道互易原理，不需要增加额外的信道开销，通过随发送端进行预编码反馈，提升通信性能[3]。

3协同中继通信方法在近场通信设备中的应用

3.1MIMO中继协同传输

中继通信技术主要可以分为放大转发（AF）、解码转发（DF）和压缩转发（CF）三种类型，其除主要区别是信号处理方式的不同。AF中继系统中的中继节点只对通信信号进行放大和转发。DF中继系统的中继节点首先对信号进行解码，然后重新编码再发送给目标节点。CF中继系统是对信号进行压缩处理，然后发给目标节点。目前在中继技术中应用最广泛的AF模式，其特点是复杂度低、信息传输时延低。MIMO技术的引入可以进一步提高协同中继传输的频谱效率，一般可分为单中继系统和多中继系统，单中继多用户MIMO系统如图2所示[4]。目前MIMO中继系统在近场通信设备中的应用主要的研究问题是收发机传输策略，即通过源节点、中继节点预编码矩阵和目标节点的接受矩阵提高系统传输效率和信号传输的可靠性，从而满足用户对近场通信设备的通信要求。MIMO中继的预编码优化准则主要由最小均方误差、最大信干燥比、以及最大容量准则等。

3.2中继资源的高能效管理

随着移动网络的快速发展，人们对移动通信的需求越来越高，无线网络的资源能耗面临着严峻挑战，早在2007年通信行业的耗电量就超过了200亿千瓦。无线通信的能源消耗还会导致二氧化碳排放量的快速提升，为了实现社会的可持续发展、符合生态环保要求，必须实现对中继资源的高能效管理。无线通信的能源消耗主要来自基站的电能消耗，其中无线接入部分能耗占50%，功放能耗占50%~80%。因此，必须提高无线通信的能量使用效率，尤其是降低无线接入能耗。中继协同由于可以极大缩短通信距离，提高传输信噪比，而且发射功率较小，所以成为绿色通信网络建设的优先选择。目前高能效中继资源管理是绿色信道研究的主要研究方向。现有的研究成果主要是单相中继系统的高效能中继资源管理，相比于单相中继网络，双向中继能充分利用中继节点协作在两个时隙内完成信息交换，从而提高网络频谱效率[5]。

3.3信息与能量的协同传输

能耗已经成为制约无线通信发展的重要问题，无论是从节能环保角度还是降低通信成本角度，近场通信设备的无线铜线传输都要充分考虑无线通信的能耗问题。从用户角度来看，目前智能手机的应用功能不断丰富，同时也增加了设备能耗，从而减少了使用时间，对用户体验产生严重影响。基于高能效的无线侧接入技术可以有效降低通信系统能耗，满足用户的持久通信需求。目前基于能量收集的通信技术也是绿色通信建设的研究热点，其主要理念是利用可再生能源或无线电磁波转化为电能，延长网络运行时间。由此产生了一种信息与能量协同传输（SWIPT）的新技术，即将无线信号同时作为信息与能量的媒介，使二者在无线信道下共同传输。这些新的中继协同技术在近场通信设备中的应用可以极大提高近场通信设备的信息传输质量和信息传输效率，使用户获得更好的使用体验。

4结语

总而言之，近场通信技术是一种新型的无线通信技术，相对于传统技术有其独特的优势，与新型中继协同技术结合可以使近场通信设备的性能和通信质量大大提高。

参考文献：

[1]李广平.无线协同通信中继策略和资源分配方法研究[D].郑州大学,2015.

[2]曹耘瑕.无线协同通信中继协议与中继选择策略研究[D].重庆大学,2014.

[3]李金.协同通信系统中能量优化的中继选择算法研究[D].兰州理工大学,2013.

[4]李为.无线协同通信资源分配和物理层安全技术研究[D].国防科学技术大学,2012.

协同通信范文第2篇

大企业大项目是经济社会发展的龙头，在引领经济发展方面具有导向地位。积极做好大企业税政服务工作，以科学发展观为指导，以服务地方经济发展为目的，通过提供税政服务等系列措施，构建税企和谐发展的美好蓝图。

二、工作目标

大企业大项目税政直通车服务遵循“高效、快捷、互动”原则，第一时间将相关最新税收政策直通到企业，研究税收政策对企业的影响，并及时了解企业诉求，快速解决企业涉税问题。

三、组织领导

为了加强对大企业大项目税政直通车服务工作的组织领导，市局决定成立大企业大项目税政直通车服务工作领导小组，局长董国珍同志任组长，副局长陈超华同志任副组长，税政一、二、三科负责人曾玉璋、张孔莘、肖大林同志为领导小组成员。领导小组下设办公室在税政二科，具体负责此项工作的组织、指导、协调、实施。税政直通车地税岗位人员名单及联系电话向大企业大项目公开，以方便企业联络，接受企业监督。

四、责任单位

大企业大项目税政直通车服务责任单位为税政一、二、三科，各职能科室相互配合，各司其职，负责收集整理大企业大项目税政直通车服务工作信息，通过短信平台及时群发相关信息。税政二科负责催办、督办、协办大企业大项目提出的服务诉求，及时给予处理和回复。

五、实施步骤

（一）宣传发动

二月份制定大企业大项目税政直通车工作方案，以地税网为载体，向社会公开承诺，接受企业监督。下发直通车服务对象（2011年度纳税总额前100户大企业及国家、省、市、县区级重点工程大项目50个），公布直通车地税服务成员名单。

（二）组织实施

三月份召开一次大企业大项目见面会，收集大企业大项目财务总监或办税人员名单及手机号码，申请电信《协同通信》短信平台，在税政二科安装《协同通信》软件系统，并建立一个直通车QQ群，确定1名《协同通信》短信平台操作人员。

（三）方法步骤

1、通过短信平台，每月定期（或不定期）群发或有针对性地最新税收相关政策到大企业大项目财务总监和办税人员手机里。

2、通过直通车QQ群，接收企业的诉求，探讨税企相关问题，并及时反馈办理结果。

3、定期走访大企业大项目，广泛征求企业意见，了解企业急需解决的问题，形成税企互动的良好局面。

（四）督查督办

不定期召开大企业大项目税政直通车领导小组工作会议，针对企业提出的问题，研究解决方法，督导基层，及时解决企业的实际问题，并健全完善有关规章制度，做到让纳税人满意。

六、工作要求

（一）加强领导，强化督导。各税政科室要明确责任，市局大企业大项目税政直通车工作领导小组将不定期进行检查督导，根据检查情况，对直通车服务工作质量、效率进行评估，并对突出问题督促整改落实，对检查中发现我局干部职工在日管活动中人为设置障碍，刁难纳税人，无故拖延办事时间等行为，严肃查处。年度终了，形成工作总结，报送市局领导和相关部门。

协同通信范文第3篇

关键词：军事通信保障；信息化；通信系统

中图分类号：E96 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）04-0218-02

一、信息化战争对军事通信系统的基本要求

美军认为，通信是现代军队指挥控制的支柱和基础。技术装备的发展和现代战争的新特点，对军事通信系统的通信联络也产生了新的要求。

（一）对通信的时效性要求更高

现代战场上，装甲目标速度越来越快，地面有生力量越来越灵活机动，武器装备的出击速度和精度只有提高到足以对付这些目标时才能充分发挥其效力，用于保障指挥和控制的通信的速度也必须相应提高。美军炮兵营90%以上的作战信息是用数据而不是用话音传送的；法军炮兵装备的“阿迪拉”自动化射击指挥系统可使发出火力呼唤和在炮阵地显示所需的时间最多只需要1～2分钟。

（二）对通信的机动性和互通性要求更高，对通信距离要求更大

现代战争中，战场广阔，流动性大。第四次中东战争，以色列炮兵平均每三十分钟即转移一次发射阵地。同时在机动中必须保持指挥控制，通信联络必须具有相应的保障能力。为此，必须使通信分队具有高于或至少与保障部队同等的机动能力，综合运用包括简易信号通信在内的各种通信手段，并应大大缩短通信联络的准备时间和具有在运动中不间断联络的能力。当战备转级时，通信要做到一呼就应，通信保障预案周全，技术和物资保障可靠；机动时，要求通信联络联得上，通得好；投入战斗后，通信联络要适应各种任务的转换；当部（分）队转隶时，通信联络要求做到撤得下，转隶快，跟得上，通得稳，增强部（分）队通信保障的活力和弹性。

（三）作战行动的协同性对通信系统通信联络的协同保障能力要求更高

高技术条件下的局部战争，已不是单一军兵种的对抗，而是诸军兵种的联合作战。只有依靠通信纽带，才能实现各武器装备科学有力的动态组合。因此要求通信联络必须具有较强的协同通信能力，即不仅要确保部（分）队作战指挥需要，还要保障与其他军兵种间的密切协同，才能在立体多维的战场上与敌抗衡。

（四）现代化战场中的复杂电磁环境对通信系统的通信抗干扰能力要求更高

现代战争中的复杂电磁环境主要有三类：自然电磁辐射、辐射传播、人为电磁辐射。复杂电磁环境下作战的军事通信系统势必发生通信信道阻塞、误码等现象，致使通信联络无法正常工作，使通信保障的稳定性大大降低。

通信抗干扰正是在复杂电磁环境下，防止敌利用电子干扰手段来破坏我通信设备正常工作而采取的战术、技术措施。通信系统的通信抗干扰能力是夺取信息资源优势的先决条件。

二、现代战争对军事通信联络的影响

通信联络的特殊地位和作用，在作战中始终是敌打击破坏的重要目标。海湾战争中，多国部队对伊军的通信枢纽进行强大的火力突击，使伊军由微波站和多路电台建立的通信联络网络被摧毁四分之三，有线电通信网络被彻底破坏，整个通信联络几乎处于瘫痪状态。

随着信息化进度的不断加快和深入，电子侦察预警能力大大提高，使通信系统的生存空间慢慢缩小；电子干扰破译威力显著增强，使通信系统的隐蔽性能日益降低；电子智能武器装备不断列装，使通信系统的终端任务更加艰巨；电子频谱领域争夺极其激烈，使通信系统的频谱管理越发困难，通信联络在现代的战场上将经受更严峻的考验。

三、军事通信联络自身存在的问题

（一）地理环境对通信联络的影响

1.地质条件对电磁波传播的影响。不同地质条件对电磁波传播的影响是不同的。当在干土地或岩石这样的地质条件下通信时，由于干土或岩石在整个无线电波段都呈现介质性质，因而传播损耗很小，可选用频率很高的波段，而湿土和干地只在中长波段才呈现良导体性质，在短波以上波段呈现的是介质性质。

2.地形对电磁波传播的影响。从宏观上看，地球的曲率对电磁波的传播是有影响的。凸起的地球表面会对较低地势辐射出的电磁波造成阻挡、反射、吸收等形式的损耗。当收发双方之间没有障碍物，而且在彼此的视距范围内时，电磁波的传播主要靠直射波传播，能量损耗很小，可以忽略地球曲率的影响，把地面看作平面。对电磁波有阻挡作用的地表障碍物包括高山、建筑物、树木等。

3.地物对电磁波传播的影响。在山谷或洼地通信时，通常山越高，工作频率越高；波长越短，电磁波的绕射能力越弱，因而阻挡造成的能量损耗越大。除此之外，还有地面反射与吸收对于电磁波传播也有重要影响。当电台开设地点位于高压线或架空明线附近时，由于高压线或架空明线有吸收或传播电磁波能量的作用，因此必须注意电台的通信方向与传播导线之间的关系。通常，若通信方向与高压线或架空明线垂直，通信距离减小；反之，通信效果增强。

（二）气象条件对通信联络的影响

当天气晴朗、日照充足时，电离层变厚，对靠天波传播的电磁波的衰减增大，而且传播很不稳定，传播距离缩短，通信质量下降。到了晚间，电离层逐渐变薄，电磁波以天波方式传播的距离大大增加，可以到达有效地域，通信距离明显增大。此外，距离地面大约13公里的对流层，由于空气的温度、压力、湿度等变化，对通过其中的电磁波产生折射和散射。因而，对于工作在短波波段的电台，应考虑大气层对其通信距离和通信效果的影响。

同时，雨、雪、云、雾等气象条件的变化会改变大气成分，在一定程度上增大对电磁波的散射和吸收。电磁波的衰减量会随着降雨量和频率的增加而增加。

四、军事通信系统实现精确通信保障的解决方法

《信息战争》一书指出：“精确作战是追求作战过程‘精确化’这一理想目标的结果。它的出现，是日益成熟的信息技术应用于武器系统的必然结果，更是信息时代的必然要求。”

（一）区分阶段，综合组网

首先，在驻地准备阶段要建立有效可靠的有线电网。此阶段通信保障的重点是各级指挥机构与各机动装载点及各机动装载指挥部门之间的通信联络。主要以有线电通信为主，应充分利用既设通信设施，并架设必要的野战线路，结合接力通信，运动通信和简易信号通信，使之形成支干结合的复式有线电网络。

其次，机动阶段要组建立体覆盖的无线电网。机动阶段，必须充分运用无线电通信多层次、多方式的特点。在组网形式上，既要按指挥关系逐级组网，又可按机动路线和方式分区域组网；既要组织各行军纵队间的横向协同通信，又要组织各种勤务保障通信。同时，要重视无线电转信的作用。

再次，战斗实施阶段要建立综合高效的复式通信网。战斗实施阶段是通信联络最复杂、最困难的阶段，通信兵既要迅速进入作战地域，了解战场情况。又要同时开展通信保障工作。此阶段的通信要以无线通信为主，多种通信手段结合并用，使有线、无线、接力等各种通信网互通互用，确保各作战单元的通信畅通。

（二）通信系统合理选择开设地点，并合理设置通信频段

在平原、湖泊地区，无线电台的台址应尽量选择在河流、湖泊附近，使电磁波沿着水流传播，以增加通信距离；在山区和丘陵地区，无线电台的台址应选择在高地附近，而且面向敌阵地，视野开阔的一侧；对于山谷或洼地，通常山越高、工作波长越短时，无线电台的台址应该离开山脚越远；当电磁波通过森林时，为了避免生长着的树木因产生感应电流而消耗能量，应将电台的台址选在面对通信对象的森林边缘或林中空地上；在有高压线或架空明线的地方或其附近，要正确选择无线电台台址，通常，若通信方向与高压线或架空明线垂直，通信距离减小；反之，通信效果增强。

当无线电台频率较高时，如处于超短波波段，传播距离一般情况下为视线距离，传播方式为直射波传播，受昼夜、季节、天候的影响小，电气干扰小，工作稳定可靠。但是要求在传播途中没有明显的障碍物，而且注意直射传播方式要求收、发天线架设的高度要远大于工作波长；当气象条件较差，难以达到预定的通信距离，可以让电台工作在比较高的频段。

（三）运用通信新技术，提高通信系统防电磁破坏能力

1.利用调频技术。提高跳频电台通信抗干扰能力的方法有以下几种：增加跳速；增大带宽；增大跳频图案，使跳频图案具有随机性；增大跳频频率集等。

2.利用自适应技术。当面临敌的电磁破坏时，自适应处理器就会调整波束形成网络复加权的系数、均衡器就会校正信道失真带来的码间干扰误差信号的参数，从而使通信系统的输出和接收都始终处于最佳状态。

3.利用猝发技术。由于猝发通信发射短促、信号在空间暴露时间短，具有随机性、突然性的短暂性，从而大大降低了敌电磁破坏我通信信号的概率。

（四）灵活运用各种战术，提高通信系统的通信保障能力

1.利用假象欺骗敌无线侦察，设置假目标，进行假联络，掩护我方真正企图。

2.通过隐蔽伪装，对通信设备进行隐蔽配置和严密伪装，以迷惑敌方的侦察。

3.迷惑致盲，通过设置干扰源，发射烟雾弹等使敌迷失侦察方向。

4.严格控制通信设备的开机时机和时间。在部队集结、开进准备阶段，统一保持无线电静默；进入战斗状态时，实施突然开机和突然静默相交替，造成电磁信号的断断续续，时有时无，扰乱敌侦察视线，顾此失彼。

5.严格控制电磁波波束的辐射范围和方向，同时有针对性地对电磁频率进行使用和分配的控制，对常规频率和异常频率实施不定时互换，使敌侦察束手无策。

（五）着眼实战，实施多种战法演练，增强通信设备的隐蔽性和抗毁性

协同通信范文第4篇

一、消防应急救援通信保障信息化建设的重要价值

应急救援通信体系主要针对有重大影响的突发灾害事件而言。随着世界性经济的持续发展，人民生活水平不断提高，国际环境越来越复杂，重大特大恶性灾害事故及突发事件在世界各地呈现出逐年上升趋势。

消防部队担负着保卫国家和人民生命财产安全的重要使命，是一支党委政府直接领导的现役部队，具有反应迅速、训练有素、战斗力强等优势，我国的灾害救助基本是以消防为主体服务于社会。应对突发事件，消防救援面临着更严峻的考验，要在国家应急救援机制的规范下发挥其特有的威力。突发事件一旦发生后，要求消防部队快速反应、措施有力，主要体现在以下几个方面：一是情况掌握快，二是投入警力快，三是采取措施快。因此加快应急通信指挥体系建设，提高消防部队抢险救援能力，是当前消防部队建设的迫切需求。

二、当前消防应急救援通信保障信息化建设存在的问题

2.1消防应急救援组织混乱，通信不畅通

由于突发事件、重特大火灾扑救和大型活动安全保卫参加的警力较多，有的还涉及到跨区域灭火救援指挥，在指挥调度上，由于应急救援组织体系还未形成，由于应急响应不统一，指挥层次不清晰，通信指挥系统不规范，极易造成指挥权交接和指挥命令传达上的混乱。在执行应急救援任务时，由于缺乏经常性的沟通和应急演练，社会相关力量协同作战调集难、指挥难，部门间直接、有效的综合作战体系不能及时形成，各部门职责不清、协调不力，应急救援任务中容易出现通信不畅通等问题。

2.2消防应急通信技术手段滞后，器材配置质量参差不齐

当前，虽然消防通信装备的建设已经有了一定的发展，但从实际情况看，通信装备的配备仍有欠缺，配备通信器材与《公安移动通信网基本级》、《公安移动通信网警用自动级规范（GA176-1998）》等有关规范仍有差距，造成频率使用不规范，通信距离有限，在救援现场不能通过电台进行协同通信，在一定程度上影响灭火救援统一指挥的效率，且现有的常规通信手段因保养不善、质量不高、设备老化，影响功能发挥。在现场应急通信上，主要依靠无线常规通信对讲机和少有的卫星电话，覆盖范围小，缺乏数字化、智能化的集群通信设备，缺乏图像传输、会商、定位设备。

三、加强消防应急救援通信保障信息化建设的对策

3.1用分层指挥、多种通信方式并存的方式保障通信体系顺畅

解决消防应急救援层次和组织混乱比较好的做法是将参战人员根据分工划分成不同的组，指挥部通过电台指挥到各组负责人，各组内部再通过另外的通话组向下指挥，逐级分组、分层指挥。在信道不够或信号不好的情况下，还可采用常规通信与集群通信互补的通信方式。指挥部通过固定电台对外联络，向下通过常规单频通信。采用分层通信，单频与集群相结合的通信方式，从而有效地解决350兆信号覆盖率，确保战斗任务中通信体系的畅通。

3.2充分利用先进的通信技术，发展数字化、智能化的消防无线通信

无线通信技术的高速发展为目前消防通信的发展起到了推动作用，消防通信的建设应打破传统观念，推广使用先进的通信网络，发展数字化、智能化的消防通信网络。依托公安PDT警用数字集群及LTE宽窄带融合专网建设，进行实时图像和语音传输，构建数字化智能平台。同时，卫星技术来保障大范围、高带宽的实时通信问题等。实现应急现场机动化、移动化网络的快速建立，提升通话质量和精准化、扁平化、可视化指挥调度能力

3.3加强灭火救援通信预案的制定与演练

协同通信范文第5篇

中图分类号:TN929-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)17-0052-05

Improved Phase Tracking Algorithm in Cooperative OFDM Systems

TANG Ting, WANG Xin, WEI Ji-bo

(College of Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Abstract: Compared to conventional MIMO-OFDM systems, the cooperative OFDM(CO-OFDM) systems have the advantage that is suitable for all kinds of user terminals with small size receivers. However, multiple carrier frequency offsets (MCFO) caused by the mismatch of the nodes' crystal oscillators or Doppler frequency shifts result in an inter-carrier interference (ICI) and decrease the performance of CO-OFDM systems significantly. In order to mitigate the ICI in CO-OFDM systems, a so-called phase-tracking algorithm applied to 1-2-1 models is directly extended to 1-3-1 models in this paper. By resetting the pilot frequency sequence and changing the computing method, an improved phase-tracking algorithm is also gave out. It cuts down the computing complexity, so can be adopted in practical systems. The simulation results show that the improved algorithm can further improve the system performance at high SNR.Keywords: CO-OFDM; MCFO; ICI; phase tracking

0 引 言

通过伙伴之间相互协作,参与协同通信的各用户之间形成虚拟天线阵列,在实现MIMO通信系统分集功能的同时,有效降低了系统对通信终端尺寸和硬件设计实现的较高要求。然而,由于多个天线分属具有不同本地晶振的多个用户节点,导致节点之间存在MCFO。对于采用OFDM调制的协同通信系统而言,MCFO的存在必然破坏子载波之间的正交性,从而产生载波间干扰,导致系统性能恶化。因此,实现MCFO的精确估计和有效补偿是CO-OFDM系统走向实用化的关键技术之一。

相比于传统MIMO-OFDM系统的单个频偏估计,CO-OFDM系统的中继节点和目的节点之间MCFO的估计显得更加复杂,实现载波间干扰的消除也更加困难。当目的节点完成MCFO的精确估计之后,文献[1]通过一种增强的迭代最大似然检测算法(EIMLD),先后实现对载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)的消除,算法的复杂度随着节点数目的增加而递增,且在硬件实现时需要在目的端设置一个容量较大的缓存器。

文┫[2-5]各自提出了低复杂度的ICI自消除方案,但是系统带宽的利用率降至50%以下,不适合在实际通信系统中部署。当目的节点未知各中继节点频偏时,文┫[6]提出的算法先完成对MCFO的估计,后实现对ICI的消除,虽然算法容易实现,但是对MCFO的估计范围较小,难以满足实际系统的需要。

对基于CO-OFDM的1-2-1模型,文献[7]提出一种相位跟踪的算法,先估计出由残余频偏引起的相位漂移,然后将其等效到信道频域响应之中,最后用于接收端的空时解码,在保证较高带宽利用率和较低运算复杂度的前提下,提高了系统对抗ICI的性能。

本文将该算法推广到基于CO-OFDM的1-3-1模型,并对其中载波导频设置以及相位漂移计算方式作相应的改进,进一步提高了系统对抗ICI的性能。另外,本文还解决了算法执行过程中2π相位模糊的问题。

文中操作符号说明:H*表示复共轭;表示估计量;H表示修正值。

1 系统模型和场景设定

本文考虑经典的1-3-1系统模型,其中前后两个“1”分别表示源节点和目的节点;“3”表示3个位置相对固定且实行半双工通信的中继节点。假设源节点与目的节点之间没有直传路径,并且系统传输过程分为广播和协同两个阶段。

在广播阶段,如图1(a)所示,假设数据实现视距传输,信道条件良好,源节点向3个中继节点广播数据,中继节点对接收到的信号采取解码转发(DF)方式,此时目的节点不工作;在协同阶段,如┩1(b)所示,假设数据非视距传输,信道条件恶劣,中继节点对解码后的数据先重新编码,后经由多径信道发送给目的节点,最后由目的节点对信号进行相应处理,此时源节点不工作。

图1 协同1-3-1系统传输模型

各节点本地晶振存在的不稳定性使不同节点通常具有不一致的载波频率。假设源节点和各中继节点之间的频偏(相比于子载波间隔)表示为fsi,目的节点和各中继节点之间的频偏表示为fdi,其中下标s,d,i分别表示源节点、目的节点和第i个中继节点,i=1,2,3,以下同。

2 算法描述

2.1 算法步骤

算法分为两个步骤,具体描述如下:

(1) 中继节点的频偏估计和补偿

在信号传输的第一阶段,每个中继节点接收到的信号都受到了源节点与该中继节点之间固有频偏fsi的影响。此时的子系统都是单输入单输出(SISO)模型,而且信道条件良好,因此通过单个频偏估计的相关算法[8],可以很方便地在每个中继节点处对fsi进行估计和补偿。

经过该步骤,所有中继节点的频率达到了准同步,即与源节点频率非常接近,便于下一步对MCFO进行估计和补偿。但是由于估计误差的存在,源节点与每个中继节点之间都存在残余频偏Δfsi,一般地,单个频偏的估计精度满足Δfsi

(2) 目的节点的频偏估计和补偿

在信号传输的第二阶段,目的节点与各中继节点之间同样存在频偏fdi,主要由源节点与目的节点之间的频偏fsd引起。由于所有中继节点均实现了频率准同步,于是在目的节点采用单个频偏估计的相关算法时,对fsd进行估计和补偿。类似地,各中继节点与目的节点之间产生的残余频偏同样满足Δfdi

φi,m=(2πΔfdi/L)(m+1)Lsym(1)

式中:m表示OFDM符号序号;L表示每个OFDM符号的子载波数目;Lsym表示包含循环前缀的OFDM符号长度。

如果不对上述相位漂移进行跟踪和补偿,势必导致接收端产生较大的误比特率。为此,在进行信道估计之后,对相位漂移进行跟踪,并且将其等效到信道频域响应当中。

为完成对相位漂移的跟踪,传统的方法是假设每个空时码块内部连续若干个OFDM符号上的相位漂移不变,对1-2-1模型,假设连续两个符号上的相位漂移不变。推广到基于1-3-1模型的CO-OFDM系统,在中继节点处对接收的频域数据首先插入全“1”的导频序列,然后进行速率为3/4的空时编码[9],其编码如┦(2):

H3=x1-x*2x*32x*32

x2x*1x*32-x*32

x32x32-x1-x*1+x2-x*22x1-x*1+x2+x*22(2)

对应于接收端的解码如式(3):

1=1ρ3r1h*1+r*2h2+(r4-r3)h*32-(r4+r3)*h32

2=1ρ3r1h*2-r*2h1+(r4+r3)h*32+(r4-r3)*h32

3=1ρ3(r1+r2)h*3+r*3(h1+h2)+r*4(h1-h2)2 , ρ3=∑3i=1hi2(3)

式中:x1,x2,x3为中继节点编码前3个连续输入的OFDM符号;r1,r2,r3,r4为目的节点接收到的4个连续OFDM符号;h1,h2,h3为对应于3个中继节点与目的节点之间的信道频域响应。

目的节点处接收到的每个空时码块内4个OFDM符号可以表示为式(4):

Rm[k]=1[k]P1,m[k]ejφ1,m+2[k]P2,m[k]ejφ2,m+3[k]P3,m[k]ejφ3,m

Rm+1[k]=1[k]P1,m+1[k]ejφ1,m+1+2[k]P2,m+1[k]ejφ2,m+1+3[k]P3,m+1[k]ejφ3,m+1

Rm+2[k]=1[k]P1,m+2[k]ejφ1,m+2+2[k]P2,m+2[k]ejφ2,m+2+3[k]P3,m+2[k]ejφ3,m+2

Rm+3[k]=1[k]P1,m+3[k]ejφ1,m+3+2[k]P2,m+3[k]ejφ2,m+3+3[k]P3,m+3[k]ejφ3,m+3(4)

式中:Hi[k]为第i个中继节点与目的节点之间的信道频域响应;Pi,m[k]为经过空时编码之后第i个中继节点处┑m个OFDM符号第k个子载波上的导频项。

假设每个空时码块内由残余频偏引起的相位漂移不变,即式(5)成立:

φi,m=φi,m+1=φi,m+2=φi,m+3(5)

从而将式(4)化为式(6):

Rm[k]=1[k]P1,m[k]ejφ1,m+2[k]P2,m[k]ejφ2,m+3[k]P3,m[k]ejφ3,mRm+1[k]=1[k]P1,m+1[k]ejφ1,m+2[k]P2,m+1[k]ejφ2,m+3[k]P3,m+1[k]ejφ3,mRm+2[k]=1[k]P1,m+2[k]ejφ1,m+2[k]P2,m+2[k]ejφ2,m+3[k]P3,m+2[k]ejφ3,mRm+3[k]=1[k]P1,m+3[k]ejφ1,m+2[k]P2,m+3[k]ejφ2,m+3[k]P3,m+3[k]ejφ3,m(6)

由此获得对应信道上的相位漂移估计值i,m,将其等效至信道频域响应中,如式(7)。

i,m[k]=i,m+1[k]=i,m+2[k]=i,m+3[k]=i[k]eji,m(7)

最后由式(3)、式(7)对接收信号做空时解码。以上是传统的相位跟踪算法,计算过程比较复杂,并且容易导致较大的跟踪误差。将传统的相位跟踪算法在1-3-1模型中做如下改进:

Е摘i,m对变量m而言是等差序列,其公差和第m项分别表示为:

Δφi=φi,m+1-φi,m=(2πΔfdi/L)Lsym(8)

φi,m=(m+1)Δφi(9)

同样,在3个中继节点处对其接收的频域数据进行速率为3/4的空时编码。为尽量减小载波间干扰,对经过空时编码后的数据再加上如图2所示的导频序列(图中所示小圆圈只表示出导频子载波)。

目的节点接收到的第m个OFDM符号第k个的子载波上的数据如式(10):

Rm[k]=∑iPi,m[k]Hi[k]ejφi,m+Im[k]+Wm[k]

(10)

式中:Pi,m[k]为经过空时编码后的导频项;Im[k]为载波间干扰项;Wm[k]为加载到第m个OFDM符号┑k个子载波的高斯白噪声。据此得到相位漂移的估计,如式(11):

i,m=angle{∑k∈KRm[k]*i[k]P*i,m[k]}(11)

式中:angle{•}是求复信号辐角的函数。由式(8),┦(9),式(11)可以得到:

Δi=14(B-1)∑B-1b=1(i,4b+i-i,4(b-1)+i)(12)

i,m[k]=i[k]ejΔi(m+1)(13)

式中:B为每一帧内空时码块的数目。利用式(3),┦(13)即可在目的节点完成空时解码。在解码时,仍然需要假设各链路在每个空时码块内的信道响应是一致的。至此算法描述完毕。

2.2 相位模糊问题分析

在本节最后,对算法执行过程中的2π相位模糊问题进行说明。

图2 经过空时编码后各中继节点导频设置

综合考察式(1),式(11),式(12),由于函数angle{•}的值域被限制为(-π,π],因此当每一帧封装的OFDM符号数目较多时,Е摘i,m会周期性地出现2π的相位跳变,如图3所示。由于φi,m随OFDM符号数目线性变化,当相位漂移差值的绝对值超过某个门限(设定为π)时,需要对式(12)中的Δi做±2π的相位修正,具体操作如式(14)。由于残余频偏Δfdi

协同通信范文第6篇

【关键词】消防；隧道；应急通信保障

0.引言

当前，随着社会经济和道路运输的高速发展，带来道路交通建设的日新月异。隧道交通进入迅猛发展时期，有穿山越岭的公路、铁路隧道，有穿越江河湖海的各类水下隧道，由于隧道事故的多发性，隧道的消防安全问题也日益为人们所关注。隧道一旦发生火灾，烟雾大、温度高、能见度低，且由于山体结构等因素，大部分隧道均呈弯曲状态，战斗员进入隧道深处后，隧道内外指战员之间的联络无法正常进行，导致灭火救援现场指挥脱节，给扑救工作造成困难，易造成人员伤亡，笔者就消防应急通信保障在隧道火灾及抢险救援事故的应用进行初步探索，并给出几种可行的解决方案，希望提高隧道内的消防应急通信保障水平，准确、迅速指导完成各类灾害事故处置工作，最大限度的保护人民生命安全和减少各类财产损失。

1.隧道灾害事故的类型

据统计，我国隧道发生灾害事故的频率为：4-10次/百米隧道/年。隧道灾害事故主要包括火灾、碰撞事故、危险气体泄露、塌方埋压等，其中大部分事故是由车辆碰撞、列车脱轨等交通事故引起的，隧道灾害事故类型复杂，经常发生一个现场，多种事故并发的现象，现场环境十分复杂，处置难度较大，易造成大量人员伤亡和财产损失。如1999年3月24日发生于法国与意大利间的勃朗峰隧道火灾导致41人死亡；2008年5月12日14时28分，由宝鸡开往成都的21043次货车行至甘肃省徽县境内109隧道南口时，因地震引发山体塌方，列车与滚落的巨石相撞，导致机车头部起火，并引燃油罐和货物车厢，致使宝成铁路在甘肃境内行车中断；2011年4月8日，一辆装有溶剂油的罐车行驶至七里河区兰临高速公路新七道梁隧道上行处，与一辆装有有机溶剂的罐车发生追尾，引起爆炸并燃烧起火，造成4人死亡，1人受伤，路面形成约1.5米高、近200米长的碎石，兰临高速公路中断；2011年4月20日凌晨4时，兰新铁路第二双线山丹军马场境内小平羌隧道发生坍塌事故，造成负责施工的中铁二局12名现场工作人员被困，2人死亡，10人失踪；2012年6月28日，连霍高速天水境内太阳山隧道，一辆油罐车与一辆装载20吨岩石乳化炸药货车相撞，造成该路段近300辆车滞留，交通中断6小时。

2.隧道无线通信的现状

由于各类隧道的长度、结构及前期附属设施建设的不同，公网基站建设不统一，大部分隧道基本未设置消防专网无线中继设备，封闭空间通信覆盖没有的到解决，在较长隧道内，消防350M无线通信设备基本无法使用，受隧道内浓烟、高温的影响，微波图传设备的使用也受到很大限制，现场音、视频等信息无法及时、准确传输，导致灭火救援现场指挥脱节，给灭火救援工作的组织实施造成很大困难。

3.消防灭火救援对隧道通信的要求

3.1及时准确高质量传输

由于隧道灾害事故现场情况复杂，通常多种类型灾害事故同时发生，现场情况瞬息万变，每个环节和因素的变化都可能引起爆炸、坍塌等连锁事故的发生，这就要求隧道应急通信要及时、准确，第一时间将现场情况反馈至现场指挥部，为正确的决策提供有力保障。

3.2安全可靠不间断传输

隧道灾害事故除了具有高温、浓烟等因素的影响外，通常还伴有化学危险品泄漏等情况，现场情况十分复杂和危险，各类应急通信保障电子设备应综合考虑防爆、防烟及防高温辐射等因素的影响，采用耐高温材料，严格按照防爆标准设计，做到安全可靠不间断传输。

3.3协调配合全面传输

由于现场参战力量较多，不同部门之间的联动通信极为重要，因此，隧道灾害事故应急通信保障应综合考虑与协同作战单位之间的通信，做到协调配合全面传输。

4.主要方法

4.1建立有线通信信号覆盖网

根据防消结合的要求，在隧道建设初期，根据不同隧道的宽度、结构及功用等特点，可分别采用光线分布式电缆系统或泄漏电缆系统或完成隧道无线通信信号的全覆盖，对于长度在20KM以下的隧道，可以安装光纤基站信号增强器来有效地解决隧道内网络覆盖不到的问题，由于光纤具有成本低、损耗小的特点，最远可拉20公里，这样可以无需考虑隔离度问题。对于特长的隧道可以用一个近端机带多个远端机的方式来实现覆盖，这种覆盖方式主要是针对距离长、路线弯曲的隧道。在隧道口架设信号增强器近端机，将空间波能量放大后转送入泄漏同轴电缆，泄漏同轴电缆通过自身的槽孔将收到的信号辐射出去，在其周围形成泄漏电磁场，来实现移动台之间的通信。如果隧道距离很远，沿着泄漏电缆将会存在非均匀的能量泄漏现象。大量的能量可能从首先到达的槽口泄漏出去，为了补偿电缆内电平在传递过程中不断下降造成的泄漏电平的下降，几种泄漏电缆路线可用几种不同耦合损耗的电缆依次串联而成，从而可以减小沿线接收信号电平的波动。

4.2配置便携式无线微波中继通信系统

该系统由单兵信息采集器、便携中继器及中继信号接收器组成，当隧道发生灾害事故时，由现场战斗小组携带单兵信息采集器（集成摄像头、红外热成像仪及语音通信装备）、若干便携中继器进入灾害事故现场，每隔5KM放置1个便携中继器，利用单兵信息采集器在灾害发生点采集现场信息，所有信息数据通过微波接力中继的方式传输至后方中继信号接收器，完成前后方信息通信任务，整个系统采取无线微波方式进行传输，抗干扰性好，具有防爆、防浓烟及架设速度快的特点。

4.3利用语音综合集成设备实现现场多部门之间的通信

在现场指挥部架设车载中继台及车载多媒体语音互联调度台，通过SIP网络接口单元、无线控制单元、环路中继单元和RoIP接口单元，将SIP电话、STP交换机、超短波电台、短波电台、集群电台、有线电话、GSM通信网络等全部接入网络，实现现场多种有无线通信终端的互联互通，从而实现现场多部门之间的协同通信。

参考文献：

[1] 唐雄燕，李建宇.宽带无线接入及应用[J].北京：电子工业出版社2006，5（1）

[2] 杨玉修.2007年铁路通信、信号、信息专业工程设计年会论文集2007

[3] 薛维虎.地铁隧道火灾消防救援问题探讨.消防科学与技术2008，12（09）

协同通信范文第7篇

关键词：潜艇 通信 反侦测

中图分类号：TN97 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)06-0047-01

潜艇通信侦察与反侦察是潜艇通信对抗的一部分。从广义上说，测向也属于通信侦察的一部分，测向时间一般在毫秒级，潜艇只要被侦察就能在极短的时间被测向定位。而潜艇与反潜兵力相比速度慢，防御能力弱，被发现后易受攻击，难于逃脱，因此避免被发现是保障潜艇安全的首要目标。潜艇通信暴露是导致潜艇被发现的重要原因之一，通信侦测与反侦测之间的对抗是决定潜艇通信是否暴露的决定性因素。

本文主要从缩短信号暴露时间、减小信号暴露范围及延迟发信角度讨论潜艇通信反侦测的一些关键技术。

1、缩短信号暴露时间关键技术

1.1 猝发通信技术

猝发通信也称为瞬时快速通信，是一种采用高速数字调制技术发送短报文的军用无线电通信方式。由于其电磁暴露时间极短，加上通信时间的随机性，使敌方难于截获、测向和定位，是一种有效的反侦测通信方式。这种通信方式应用于短波频段，可进行超视距、短信息的传递。特别适用于潜艇部队、侦察部队等行动隐蔽性要求较高的作战单位使用。

最早的猝发通信设备是德国潜艇“曲廉”快速通信系统，它是德国在二战中针对无线电通信测向技术发展起来的。二战后，前苏联根据“曲廉”系统成功开发了“阿库拉”快速通信系统，目前俄罗斯潜艇短波通信依然沿袭这种猝发方式。美、日等国也十分重视猝发通信，在潜艇上也装备了类似设备。

1.2 直接序列扩频通信技术

直接序列扩频通信是扩展频谱通信的一种主要形式，其信号所占有的频带宽度远大于所传输信息必需的最小带宽，频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现，与所传信息数据无关，在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。

直接序列扩频通信是在不增加信号辐射功率的情况下，展宽信号的频谱，这样信号功率就分布在更宽的频带内，单位频带内的信号功率得到降低。由于直扩技术将信号功率分布在整个射频带宽上，信号能量以很低的功率谱密度传送，甚至淹没在噪声信号中，使通信对抗侦察接收机无法或很难对其实施搜索、截获和跟踪。

2、减小信号暴露范围关键技术

2.1 跳频通信技术

跳频通信也是扩展频谱通信的一种主要形式，特别适合于短波和超短波频段。跳频通信是在信息的发送过程中，使用不同的载频，扩展了信号的频谱。其最主要的优点就是抗干扰、抗截获，特别是抗截获性能更强。从理论上来说，假设敌方测向设备扫到信号的某个频率点上，但信号很快跳到另一个频率点上，在同一个频率点上信号持续时间很短，增加了敌方对信号截获、测向的困难。由于跳频信号具有频率分集的作用，抗干扰能力强，因此不需要太大辐射功率就能够进行可靠通信，这样更进一步降低了敌方侦测概率和测向精度。法国的TRC-3500战术电台号称世界上最好的跳频电台，采用了先进的SKYHOPPER自适应跳频系统，使得选频和跳频方案相适应，提高了电台的抗截获能力。美国研制的CHESS电台是目前跳速最高的电台，跳速可达5000跳／秒，跳频带宽为2.56MHz，输出功率为100W～200W。

2.2 定向通信技术

定向通信技术是利用方向性天线，特别是窄波束、低旁瓣天线，产生方向性很强的电波辐射进行通信的技术，主要应用于微波通信和激光通信。定向通信辐射能量集中，几何扩散传输损耗小，有利于改善接收端信噪比。从反侦测通信角度看，由于电波辐射方向性强，除辐射方向外，其它方向电波辐射微弱，敌方很难侦测到信号。

目前潜艇采用的卫星通信就是一种定向通信方式，特别是毫米波卫星通信，它利用小口径天线就可以获得方向性很强的电波辐射，有利于减小电波暴露的范围，在潜艇上有很好的应用前景。此外，激光通信也有很好的方向性，目前国外已用于编队内部视距协同通信。

3、中继延迟发信关键技术

3.1 抛弃式浮标通信技术

抛弃式通信浮标是一种专门为潜艇发信设计的无线电浮标。浮标内的录音或报文存储装置可存储待发射的信息，并装配了完整的发射设备和天线。浮标从潜艇发射出去后，潜艇离开现场，浮标以一定速度上浮，并在约定时间后发送信息，而此时潜艇已离开发信位置，即使发射信号被敌方侦测，也无法确定潜艇位置，有利于提高潜艇的隐蔽性。目前美国潜艇装备有类似的浮标，型号为AN／BRT-1和AN／BRT-2，主要工作在超短波频段，用于潜艇与水面及空中目标通信。

3.2 UUV技术

随着无人控制技术的发展，潜艇携带UUV成为一种发展趋势。为UUV配备各波段发射机和收发天线，再通过光缆与潜艇的控制台连接，这样，潜艇的通信控制台可以通过光缆遥控UUV上的各种通信设备，从而实现与外界的双向高效通信。通信结束后，潜艇可向UUV发出各种指令，指示其后续行动，然后截断光缆，潜艇背向UUV迅速驶离，这种通信方式在一定程度上保障了潜艇的隐蔽性。

4、结语

从目前看，单独的潜艇通信反侦测技术手段已不能满足潜艇通信对隐蔽性的要求，潜艇通信反侦测往往需要综合多种技术手段，使其有机结合和最佳配合，充分发挥它们的最佳效能。

参考文献

[1]王红星,曹建平.通信侦察与干扰技术[M].国防工业出版社,2005,8．

协同通信范文第8篇

关键词:协同通信; 中继选择; 中断概率; 最佳中断

outage probability analysis of two relay selection schemes in wireless sensor network

liu lei, tang yan

(nanjing collage of information technology, nanjing 210046, china)

abstract: wireless sensor networks are always constrained by transmission power, therefore relay communication is often used to expand coverage, the selection of relay is one of key technologies in relay communication. different relay selection schemes generate different influences on outage probability, the 1st scheme selects all nodes of the candidate nodes, the 2nd one selects the node with the highest snr. the close form formulae of the two schemes are derived and analyzed numerically. the results indicate that the 1st scheme outperforms the 2nd one without consideration of power consumption balance.

keywords: cooperative communication; relay selection; outage probability; best relay

收稿日期:2010-06-11

基金项目:南京信息职业技术学院2010年科研基金资助

0 引 言

无线传感网的各传输节点发射功率是严格受限的,因此,通常采用中继通信的方式扩展网络覆盖区域,中继选择是其关键技术之一。具有中继选择功能的协同式中继,通过用户之间共享天线而引入空间分布,从而有效对抗高工作频段的路径损耗,显著提高传输的可靠性和有效性,即系统吞吐量[1-2]。中继选择是指如何在众多的中继用户中选择一个或者若干个中继来协助传输。不同的中继选择策略会对系统性能产生不同的影响[3-4],文献[5-7]分别对不同中继选择策略下的端到端误码率、系统容量和功率消耗等因素进行了分析,并提出以最小化系统中断概率为目标的最优和次最优功率分配算法。本文主要分析两种中继选择策略下的中断概率,并通过数值分析及仿真进行比较。

1 系统模型

1.1 中断概率

设无线传感网链路,γ为瞬时信噪比,c(γ) 表示链路容量,p(γ)表示信噪比概率分布密度,r为单位带宽要求的速率, 当链路满足r>c(γ)=log2(1+γ)时就会产生中断事件,其概率分布取决于链路的平均信噪比及其信道衰落分布模型。实际中信道满足瑞利快衰落的情况,即信道瞬时信噪比满足参数为1/γ的指数分布(γ为经过快衰后的平均信噪比)。此时的中断概率pout可表示为:

pout=∫2r-10p(γ)dγ=∫2r-101γexp-γγdγ

=1-exp-2r-1γ

(1)

上面的结果只适用于单条链路时的中断概率计算, 实际情况中,常会出现如图1所示[8]的中继通信结构。在图1中,假设源到目标之间无视距链接,则目标收到的是多个中继节点发送的信号,这种情形下的中断概率计算将是多重的概率积分,其积分可以表示如下:

pout,i=∫f…∫∏j∈sip(rj)drj

(2)

式中:si是中继被选择的概率集合。f表达式可以表示为:

fnlos{1+∑j∈sirj<2αr}

(3)

式中:α=(|si|+1);si为第i个源节点的协同中继集合。当中继个数增多时,中断概率的有效积分区域增大。因此,为了使中断概率最小,应选择一组协同中继集合:

si=argmindi(s)pout,i(si)

(4)

显然si只能在能够接收到第i个用户广播数据的用户集合di(s)中选取,即si∈di(s)。

图1 存在多个中继节点的无线传感网链路

1.2 中断概率积分区域的确定

中断概率积分区域的确定主要受源节点及中继节点到达终端的传输方式的影响。如果源节点和中继节点采用tdma或fdma的正交传输方式,每个节点占用一个正交传输信道,这样在目标很容易就将这些正交信号分离开并合并;但是这样需要很大的带宽,特别是当中继集合增大的情况下,所以这种方式更适用于宽带通信系统。这种方式的好处是比较简单,不需要中继和目标做复杂的数学变换或反馈信息的交互。在这种传输方式下,积分区域f中参数α的选择为:

α=(si+1)

(5)

如果中继节点到目标采用空时编码传输或者同步传输,虽然占用相同的时间和频带,但是同步传输则需要目标对每个中继到目标的信道信息完全了解,所以两者之间要进行信息的反馈,这两者都是以复杂度和时延的增大为代价换取带宽的减小,目标也能得到源信息的正确接收,所以在频带受限系统中,这种传输方式是不可或缺的。在这种传输制式下,中继个数越多,中断概率会越小,其积分区域中α参数取值为:α=2。

2 两种中继选择策略

对于每个移动终端而言,其中断概率均可表示为[4]:

p[i

(6)

式中:集合c表示所有中继组合的集合,所以p[d(s)]表示所有中继节点中能够正确解码源节点消息的中继集合为d(s)的概率,p[i

2.1 策略一:选择候选集合中的所有节点

该选择策略的核心思想可以概括为:所有能够正确接收源节点消息的中继都作为协同中继参与解码转发。设源节点到所有中继节点的信道、中继节点到终端的所有信道、源节点到终端的信道分别服从参数为λsr,λrd,λsd的瑞利衰落。如果每个λsr和λrd都不一样,表达式中就要给出所有可能的中继集合2c。进一步假设所有节点间的信道独立同分布,都服从参数为λ的指数分布,则中断概率的计算只与中继集合的大小d(s)有关,设网络中继的总个数为c,则式(6)可变换为如下形式:

p[i

(7)

源节点和某个协同中继节点r∈d(s)之间的互信息可以表示为:

ir=11+d(s)log2(1+snr×xr)

(8)

式中:1/[1+d(s)]说明了在正交传输方式下中继r只允许在1/[1+d(s)]的时间或频段里传送信息;当采用空时编码或同步传输的中继通信方式时,这个因子始终为1/2。xr=hsr2服从参数为λsr的指数分布;snr表示发送端信噪比值,对于源节点到终端有视距链接时需加上相应的snr,但是为公式表达的简便起见,可以只计算源节点和终端无直接链接这种情况下的中断概率,有链接时的中断概率计算方法类似,在计算总的互信息时xr用∑r∈d(s)xr代替。

根据式(1)和式(8),单个中继能够正确解码的概率为:

p[r∈d(s)]=p[ir≥r]=

p[xr≥2(1+d(s))r-1snr]=e-λ2(1+d(s))r-1snr

(9)

令γ=2(1+d(s))r-1snr,则式(7)中因式可表示为:

p[d(s)=k]=ck(e-λγ)k(1-e-λγ)c-k

(10)

可借助于矩生成函数找出∑r∈d(s)xr,因为每个xr服从参数为λ的指数分布,且xr独立,其矩阵生成函数可表示为:

m(s)=λλ+sk

用拉普拉斯反变换可以得到他的概率密度函数,进而得到其概率分布函数为:

f(x)=1-e-λx∑k-1i=0(λx)ii!

(11)

化简可以得到:

p[i

=1-e-λγ∑k-1i=0(λγ)ii!

(12)

将式(10)和式(12)代入式(7)中,即得到最终的中断概率表达式为:

pout=∑ck=1(1-e-λγ∑k-1i=0(λγ)ii!)×ck(e-λγ)k(1-e-λγ)c-k

(13)

2.2 策略二:选择候选集合中的信噪比最大的节点[5]

该策略的核心思想可以概括为:仅将信噪比最大的中继节点作为协同中继。这样,中继数量限制为1,从而使网络结构简单,运算量大为减少,是比较理想的中继选择策略。

这里的假设条件与前面一致,则:

pout=∑ck=1p[imax

(14)

式中:imax表示中继到目标信噪比最大的单条链路的互信息,p[imax

p[imax

=pxmax<22r-1snr

(15)

根据顺序统计论,在k个统计平均的概率函数中找到最大者的累积概率密度函数为[7]:

f(xmax)=∏rr=1fr(x)=(1-e-λγ)k

(16)

令γ=(22r-1)/snr,则中断概率表达式为:



pout=∑ck=1(1-e-λγ)k×ck(e-λγ)k(1-e-λγ)c-k

(17)

3 数值分析

根据式(13)和式(17),经数值分析,得到两种策略下的中断概率随信道平均信噪比和中继个数变化的规律,如图2所示。图中,横轴表示中继到目标的平均信噪比值,纵轴表示中断概率,不同的中继数由图中不同的曲线标识予以区分。从图中发现,第二种选择策略的中继性能在低snr时要优于第一种,这是由于在低snr时,一部分候选中继很有可能不能满足用户的速率要求,从而不能参与中继,且导致分集增益恶化。

由图2中同时发现,如果采用第二种策略,则中断概率随着总中继个数的增多,呈逐渐减小趋势。这是由于,当两组随机数总元素个数不同而概率统计性质相同时,则从总个数多的那组元素中选择一个信噪比最大的元素,再从总个数少的那组元素中选择一个信噪比最大的元素,两者相比,前者信噪比大于后者信噪比的概率更大。对于第一种选择策略,其结果是由因子1/[1+d(s)]所决定的,说明在低snr时,总中继个数越多,意味着d(s)中不能正确解码的中继节点数多的概率越大。

图2 两种选择方法中继概率性能的比较

如果考虑中继上功率的限制条件,则第一种方法虽然比第二种方法的中断概率上要差一些,但是它把一个用户的业务要求放到多个中继上去完成,这样对单个中继的功率要求就要比较小;相比较而言,第二种选择策略完全由一个中继去负责一个用户的业务传输,所以中继上的资源利用很有可能非常不均衡。换句话而言,有的中继可能会需要很大的发射功率,而有的中继可能一直处于闲置状态,没有得到有效的使用。从这个意义上说,策略二性能优于策略一。

4 结 论

无线传感网的应用场景决定了其能源供给的不方便,因而每个传输节点的发射功率是严格受限的,中继通信方式是扩展网络覆盖区域的有效方法,具有中继选择功能的协同式中继可以明显改善通信的有效性和可靠性。中继选择策略对中断概率性能有着重要的影响。本文分析了两种中继选择策略下的中断概率,第一种,选择候选节点中的所有节点作为中继节点;第二种,选择候选节点中的信噪比最大的节点作为中继节点,导出了两种策略下的中断概率闭合式,并进行了数值分析。结果表明,在纯粹的中断概率意义下,不考虑功率平衡因素,则策略二的性能优于策略一;然而,在实际应用中,可以根据需要进行中继选择,还可以结合功率约束,致力于最小化总发送功率,选择最能帮助延长网络生存时间的中继,满足系统吞吐量和错误概率的性能折衷[9]。

参考文献

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