不同瑞利衰落信道中再生中继的中断率和误码率的封闭式

JeremiahHuandNormanC.Beaulieu

iCOREWirelessCommunicationsLaboratory

阿尔伯塔大学

2楼ECERFBuilding

加拿大艾伯塔省埃德蒙顿T6G2V4

摘要-----用户合作协议是已经为无线网络提出的协议. 移动台的中继信号通过它到达最终目的地. 可以使用通用的数学概率模型来研究解码正向中继协议的性能. 实际系统中的中继通道是不同信号衰减的经验统计. 研究了该解码转发中继在不同衰落信道上的性能. 特别是，得出了任意数量的继电器组的系统的继电器中断率和误码率的闭合表达式.

多样性是一种行之有效的技术，可以减轻无线5G异构网络系统中多径衰落的有害影响[1]. 已经提出，可以通过空间分集创建虚拟天线阵列来实现用户合作，例如文献[2] [3]. 这些创新的系统建立在经典的5G异构网络信道模型[4]之上，该模型旨在增加信道容量并提高无线5G异构网络的可靠性. 已经提出了几种可行的协议来实现用户合作的好处. 在本文中，我们主要关注再生（DF）中继协议[3]. 再生中继是指对从信号源发送来的信号进行解调和解码，对信号进行重新编码，然后再将其发送到最终目标. 在目的地，通过组合来自物理上分离的源和中继的多个信号的复制信号来获得空间分集.

用户合作协议的履行通常被定义为系统的中断率. 此方法定义了源节点和目标节点之间相互信息的概率，并降低了固定频谱的信噪比的有效性. 在文献[5]中，在假设信道的源节点再生中继的目的，中继节点和目的节点是独立且固定分布的前提下，分析了再生中继中断率的封闭式. 然而，在特定环境中，中继信道可能遭受与统计信号不同的衰落. 因此，此环境可能更适合于独立但不固定的分销渠道模型. 为了解决这个问题，文献[5]和[6]分别提出了降低和渐近极限的方法. 衡量用户合作协议绩效的另一有用措施是误码率. 就是说，预期的可能性是，接收机以不同的信噪比检测到发射机处的错误信息. 在本文中，我们给出了瑞利衰落信道中再生继电器的中断率和误码率的精确封闭表达式. 这种封闭形式的解决方案非常理想，因为它们可以快速有效地评估系统的性能. 通过与仿真结果的比较，确定了新的闭锁率和误码率闭合解表达式.

本文的组织方式如下.

第二部分描述了无线中继信道的系统模型.

第三部分提出了再生继电器的数学概率模型，并推导了中断率的闭合率表达式.

第四部分使用二进制相移调制（bpsk）计算再生继电器的错误率.

第5节有一些结论

在图1所示的无线网络中，如图1所示，源节点S通过一系列中继节点c ＝ {R1，...，RM}将信息发送到目的节点D. 我们对彼此独立的复杂渠道建模. 源节点用hSD表示，hSRi，i = 1 ... m用作圆对称零点高斯随机变量. 另外，遵循指数分布的随机变量假定x0 = | |. hSD | 2，x（^）i = | hSRi | 2，x0 = |人力资源| 2具有不同的参数λ0再生中继的目的，λ（…）i和λi. 在我们的分析中，假定在中继节点和目标节点处具有准确的信道状态信息. 因此，可以使用最大合并比率（MRC地址），但是当前在源或中继信息上没有可实现的信道状态. 为了保证正交传输模式，在文献[5]，[6]中使用了具有m + 1倍间隙的时分正交信道分配方案. 在第一个间隙中，在第一个间隙中，源节点将信号广播到m个中继节点和目标节点. 我们将C定义为中继完全正确解码源节点信息的能力. 换句话说，中继节点是解码设置. 此解码设置有利于成功解码源节点和中继节点之间的信道. 在接下来的m个间隔中，中继将解释源信息，然后解码的成员将信息发送到每个间隔中的目标节点.

在本部分中，我们提出了一组用于在无线中继信道中进行重新中继的数学概率模型，并使用这组数学概率模型来得出系统故障率的封闭式. 正如我们将在第四部分中看到的那样，该通用模型还可以用于计算再生继电器的错误率.

源与第i个中继节点之间的交互信息为[6]

此信噪比是传输信噪比. 因此，假设i大于某个固定频谱效率R，则第i个中继器可以成功地解码从源发送的属于解码集C的信号. 当代码集被重新生成和中继时，交互信息源和目标之间的关系可以表示为:

根据概率分布定理，中断率可以表示为:

如参考文献5中所述，当假设信道独立地不均匀地分布时，难以如示例3中那样给出中断率的表达. 为了解决该困难，文献6和7提出具有给定限制的中断率的表达.

为了简化中断率的计算，我们首先在图1中定义m-relay序列. 该m-relay序列可以视为m + 1源到宿通道. 表示路径0是具有S→D路径的串行通道，而路径i是S→Ri→D，其中i = 1，... m，令随机变量yi表示第i个串行通道的增益的平方

因此，考虑yi从源到中继以及从中继到宿的衰落. 使用条件概率的定义，我们可以得出yi的概率密度函数（pdf）为:

第i个向下的路径定义为Ai

条件概率密度函数（pdf）是

其中δ（0）是影响函数，因此Ai是第i个中继而不是解码集或前向源的概率. 设A0 = 0表示从s到d的路径中没有中继节点，条件概率密度函数为

可以启动:

图2解释了概率密度函数. 等式6给出了无条件概率密度函数fyi（x），它表示考虑从源到中继以及从中继到宿衰落的情况. 从源到的串行通道中断的可能性. 使用此概率密度函数，从源到汇的中断率可以写为:

等式4至7表示无线中继再生网络的数学概率模型. 我们意识到等式7很简单

累计分布仅限于

. 为了找到分布函数cdf，我们首先定义求和矩生成函数（mgf）的总和来计算pdf，然后从pdf积分中获得cdf. 第i个通​​道的mgf定义为:

因为彝族是独立的，所以

mgf可以写为:

通过使用一些Laplace变换，我们得到了m节点再生继电器的中断率的闭合表达式，写为:

其中

本文验证了独立但分布不同的再生继电器的性能. 推导了不同衰落信道上再生继电器不同数学模型的中断率和误码率的封闭式. 观察到仿真结果与导出的表达式非常吻合. 这些结果的最大优点是，它们有助于有效地评估系统性能，并通过仿真节省时间和精力. 此外，封闭的解决方案表达式还可以深入了解系统性能，例如，在大SNR或小SNR条件下的上述行为.

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