第４６卷第４期 西安 交通大 学 学报 Ｖｏ１．４６ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２０１２ ２０１２年４月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩ ＡＮ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩ’ＶＥＲＳＩＴ Ｙ 快衰落信道中的分布式差分空时编码传输方案 王磊，陈志刚 （西安交通大学电子与信息工程学院，７１００４９，西安） 摘要：针对分布式差分空时编码（ＤＤＳＴＣ）在时间选择性快衰落信道中出现误码率平台的问题，提 出了一种新的有效减小信号帧长的ＤＤＳＴＣ传输方案（ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ）来抵抗快衰落信道的影响．该 方案在中继节点处通过采用Ｔ个正交向量，将ＤＤＳＴＣ在丁个符号周期内的信号合并到１个符号 周期内进行转发，使得ＤＤＳＴＣ信号变为具有单位帧长的短信号．在目的节点，再对合并后的ＲＦＬ－ ＤＤＳＴＣ信号用Ｔ个正交向量进行解调，即可还原出原始的ＤＤＳＴ（：信号．该；手案由于大大缩短了 ＤＤＳＴＣ信号的帧长，因而可以有效减小信道快衰落带来的不利影响，显著地降低了ＤＤＳＴＣ性能 曲线中的平台．仿真结果表明，在发射功率为３０ ｄＢ时，ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ方案可将ＤＤＳＴＣ的误码率平 台降低一个数量级以上． 关键词：无线中继网络；协作分集；差分传输；快衰落信道 中图分类号：ＴＮ９２９．５ 文献标志码：Ａ文章编号：０２５３—９８７Ｘ（２０１２）０４—００７７—０６ Ａ Ｃｏｄｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｉｓｓｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｗｉｔｈ Ｄｉｓｔｒｉｂ ｕｔｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｐａｃｅ－Ｔｉｍｅ ｆｏｒ Ｆａｓｔ Ｆａｄｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ＷＡＮＧ Ｌｅｉ，ＣＨＥＮ Ｚｈｉｇａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００４９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ＤＤＳＴＣ ｓｃｈｅｍｅ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｆｒａｍｅ ｌｅｎｇｔｈ，ｎａｍｅｄ ａｓ ＲＦＬｒＤＤＳＴＣ，ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｃｏｄｉｎｇ（ＤＤＳＴＣ） ｓｕｆｆｅｒｓ ｆｒｏｍ ａｎ ｉｒｒｅｄｕｃｉｂｌｅ ｅｒｒｏｒ ｆｌｏｏｒ ｉｎ ｔｉｍｅ－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｆａｓｔ ｆａｄｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ＲＦＬ－ ＤＤＳＴＣ ｓｃｈｅｍｅ ｕｓｅｓ Ｔ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｖｅｃｔｏｒｓ ａｔ ｒｅｌａｙ ｎｏｄｅｓ ｔｏ ｃｏｍｂｉｎｅ ｔｈｅ １）ＤＳＴＣ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ Ｔ ｓｙｍｂｏｌ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎｔｏ ｏｎｅ ｓｙｍｂｏｌ ｐｅｒｉｏｄ ＳＯ ｔｈａｔ ＤＤＳＴＣ ｃａｎ ｂｅ ｔｕｒｎｅｄ ｉｎｔｏ ａ ｓｈｏｒｔｅｒ ｓｉｇｎａｌ ｗｉｔｈ ｕｎｉｔ ｌｅｎｇｔｈ Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ Ｔ ｏｒｔｈｏｇ【Ｄｎａｌ ｖｅｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ｎｏｄｅ ｔｏ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ＲＦＬ，ＤＤＳＴＣ ｓｉｇｎａｌｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ＤＤＳＴＣ ｓｉｇｎａｌｓ ａｒｅ ｒｅｓｕｍｅｄ．Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ＤＤＳＴＣ ｉｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕ ｃｅｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ ｉｓ；ｈｉｇｈｌｙ ｅｔ ｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎ ｍｉｔｉｇａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｆａｓｔ ｆａｄｉｎｇ ｏｎ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ。ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｒｒｏｒ ｆｌｏｏｒ ｈａｓ ｄｅｇｒａｄ— ｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕＩｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＲＦＬ—ＤＤＳＴＣ ｃａｎ ｄｅｇｒａｄｅ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｆｌｏｏｒ ｏｆ ＤＤＳＴＣ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｅｎ ｔｉｍｅｓ ａｔ ３０ ｄＥ；． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒｅｌａｙ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｆａｓｔ ｆａｄｉｎｇ ｃｈａｎｎｅ１ 在无线中继网络中，要在目的节点处获得准确 信息，因而获得了广泛的：关注 ．随着对ＤＤＳＴＣ 研究的深入，各国学者陆续提出了多种ＤＤＳＴＣ方 案，如基于Ａｌａｍｏｕｔｉ码、实正交码 、Ｓｐ（２）码、循环 的信道估计需要较高的实现复杂度和Ｉ代价，而分布 式差分空时编码（ＤＤＳＴＣ）在解码时无需知道信道 收稿日期：２０１１—０９—２３． 作者简介：ｔ￣（１９７７－－），女，博士，讲师． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０９０２０４５）；中 芬国际合作项目（２０１０ＤＦＢ１０５７０）；国家科技重大专项资助项目（２０１ＯＺＸ０３ＯＯ３—００４）． 网络出版时间：２０１２—０１—０９ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ＿ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／６１．１０６９ Ｔ．２０１２０１０９．２０５２．００３．ｈｔｍｌ 西安交通大学学报 第４６卷 码［ 、Ｃａｙｌｅｙ码＿３＿和Ｃｌｉｆｆｏｒｄ代数码［ ］等的ＤＤＳＴＣ 方案．然而，迄今为止，上述ＤＤＳＴＣ方案都假设了 不同的；Ｈ 一Ｉｆ１ｇ … ｇＲ］ 是发送第ｒ个 数据块时对应的Ｒ×１维信道向量；Ｗ ’一 中继网络中的无线信道是服从慢变化的，而且信道 在发送２个连续的ＤＤＳＴＣ数据块时是保持不变 （ 、 ｌ Ｉ ）” ∑ｇｉＡ ＇， ＋ｗｃｒ 是中继网络中总的噪 ２—１ 的，但协作传输包括源节点广播和中继转发２个阶 段（每个阶段占用丁个符号周期），因而传输一次 ＤＤＳＴＣ数据块将占用２Ｔ个符号周期，在上述假设 声，其中．１， 和ｗｂ 分别为第１阶段在第ｉ个中继节 点处和第２阶段在目的节点处的加性高斯白噪声 （ＡＷＧＮ）． 下信道则需要在４Ｔ个符号周期内保持不变．在实 际的通信环境中，由于目的节点的移动将导致信道 在发送第ｒ个数据块时，为了传输真正的有用 信息ｕ ∈Ｕ，其中Ｕ表示酉矩阵集合，对发射信号 ｓ 进行如下的差分编码＿２ ｓ（ｒ）一Ｕ‘ｒ ｓ（ｒ－ （２） 呈现出时间选择性快衰落，这使得信道服从准静态 慢衰落的假设很难成立，因此ＤＤＳＴＣ的性能在快 衰落信道中会出现恶化，其误码率曲线在高信噪比 时将出现严重的“平台”现象＿８］． 式中：Ｔ×丁维的信息矩阵Ｕ 为酉矩阵．Ｕ ’和每 个中继节点处的处理矩阵Ａ！满足如下关系 Ａ Ｕ‘ｒ 一Ｕ‘ Ａ （３） 为此，本文针对时间选择性快衰落信道提出了 一种新的ＤＤＳＴＣ传输方案．受到文献［９—１０］中空 时扩展（ＳＴＳ）思想的启发，新方案利用Ｔ个不同的 现有的ＤＤＳＴＣ方案ｌ＿２ 中均假设信道 和ｇ 在２ 个连续传输的数据块内是保持不变的，即Ｈ ＝＝＝ Ｈ ’，将式（２）和式（３）代人到式（１）中并且联合接 收信号ｘ ’，得到如下的差分方程 Ｘ‘ｒ’一Ｕ‘ｒ Ｘ‘ｒ ＋Ｎ ｒ （４） 正交向量将ＤＤＳＴＣ在Ｔ个符号周期内信号的压缩 到１个符号周期内进行发送，使得ＤＤＳＴＣ信号的 帧长大大减小，因此称之为减小帧长（ｒｅｄｕｃｅｄ ｆｒａｍｅ ｌｅｎｇｔｈ，ＲＦＬ）的ＤＤＳＴＣ方案（ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ）．ＲＦＬ－ ＤＤＳＴＣ方案由于信号帧长减小，因而可以有效抵 式中：Ｎ ＝＝＝ｗ 一【， Ｗ ．对于ｘ 和Ｘ ，可 以采用如下的最大似然解码 抗信道快衰落对其性能带来的影响，而且这种减小 信号帧长的思想可以适用于现有的所有ＤＤＳＴＣ编 码方案中．理论分析与仿真结果进一步验证了ＲＦＩ『 （ｒ）一ａｒｇ ｍｉｎ ｌ ‘ｌ 一ｕ‘ｒ）ｘ（ｒ－１）ｊｌ Ｕｔｒ）ＥＵ （５） 式中：ｌｌ・ｌＩ表示Ｆｒｏｂｅｎｉｕｓ范数． ＤＤＳＴＣ在快衰落信道中的性能优越性． ２ ＤＤＳＴＣ存在的问题 在实际的通信环境中，由于目的节点的运动会 导致信道呈现时间选择性快衰落，这使得信道服从 １ 系统模型 考虑一个具有单个源节点、单个目的节点和Ｒ 个中继节点的协作通信系统，系统内的每个节点均 设置单根天线．假定 和ｇ 分别表示从源节点到 第ｉ个中继节点和从第ｉ个中继节点到目的节点之 慢变化的假设不再成立．在协作通信系统中，由于目 的节点往往处于移动状态，而中继节点的位置是相 对固定的，因此本文假设信道ｇ 为快衰落，信道 间的信道．源节点向目的节点传输Ｔ个符号需要经 过源节点广播和中继转发这２个阶段来完成，每个 为准静态慢衰落．这样，在ｔ 时刻信道增益ｇ （￡ ）可 以采用如下的快衰落信道模型来建模＿１１］ ｇ （ １）一ｃｅ（ｔ１一ｔ２）ｇ （ ２）＋ （ｔ１） （６） 阶段占用丁个符号周期．为了方便起见，本文将传 输的丁个符号称为１个数据块．假定ｓ ’一 式中： （￡ ）是另一个独立的０均值复高斯噪声，其 厂 …Ｓ ］ 是源节点在发送第ｒ个数据块时的 ，Ｄ Ｉ）个、１／２ 方差为 ２—１一ａ （￡ 一￡ ）．在ｔ 时刻和ｔｚ时刻的信 道增益ｇ （￡ ）和ｇ （ ２）服从Ｊａｋｅｓ衰落模型，两者的 相关系数为 信号向量，则此时目的节点接收到的信号为＿２］ ｘ ）一ｆ 上一 １ ｓ Ｈ ＋Ｗ ’ ＼ １十ｌ／ （１） ａ（ｔ１一ｔ２）一ＥＥｇ （￡１）ｇ （￡２）－ｊ— Ｊｏ（２ｎｆｄ（ １一ｔ２） ） （７） 式中：Ｐ 和Ｐ。分别为源节点和每个中继节点处的 平均发射功率；ｓ 一［Ａ１ｓ ’ … ＡＲｓ ］为Ｔ×Ｒ 维的ＤＤＳＴＣ编码矩阵，其中 是第ｉ个中继节点 处对信号向量ｓ 进行转发时采用的处理矩阵，对 于不同的ＤＤＳＴＣ编码方案，矩阵｛ ｝ 的设计是 式中：Ｊ。（・）为第一类０阶贝塞尔函数； 为最大 多普勒频移；Ｔｓ为符号周期． 当源节点发送第（ｒ一１）和第ｒ个数据块时对应 的信道增益状态如图１所示． ｈｔｔｐ：／／ＷＷＷ．ｊｄｘｂ．ｃｎ ｈｔｔｐ：／／ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ＣＩ＂１ 第４期 王磊，等：快衰落信道中的分布式差分空时编码传输方案 阶段１ 阶符号周期 发送 （ｆ一 ） 发送ｓ（ ） ； 阶段２ 价符号周期 ｇ （Ｔ－Ｉ－１），如图２所示． ｌ ｌ…Ｉ Ｉ ｇｌ（Ｔ＋１）ｌ ｇｌ（Ｔ＋２）ｌ…ｌ ｇ』（２ ） ｌｇ￣３ｒ＋１）Ｉｇ ３ｎ２）ｌ…ｌ ｇｌ（４Ｔ） 发 ；阶籍霉ｌ周期ｊ。个籍 期 ｌ－『；Ｉ…ｌ 亡正＝ｊ＝ ］至 图１ ＤＤＳＴＣ在快衰落信道下对应的信道状态 发迅㈣［ ］二二亡 圃当源节点连续发送 ’和 时 ，信道ｇ 的变 图２ ＲＦＬ—ＤＤＳＴＣ方案对应的信道状态图 化状态从ｇ （Ｔ＋１）变化到ｇ （４Ｔ），它们之间最大 的时间间隔为（３Ｔ一１）个符号周期．然而，在文献 这样，发送 一 时目的节点对应的接收信号为 ［２—４］中的慢衰落信道假设下，要得到式（４）中的差 分方程必须满足下面的约束条件 ｇ （Ｔ＋１）一ｇ （Ｔ＋１＋￡），ｔ＝＝＝１，２，…，３Ｔ一１ （８） ｙ‘ｒ ’一∑ （Ｔ＋１） ｒ ＋ｗ‘ｒ 一 Ｒ Ｔ＋１）ｃ（（ 工＼ＪＩ／２ （ｒｌ ）＋ （１０） 显然，在快衰落信道下式（８）是很难保证的，因此在 快衰落信道中ＤＤＳＴＣ的性能将出现恶化． 将一ｒ＿”＝＝：（Ｐ１ Ｔ）１／２ ｂ ＋ （ｒ”代人到式（１０）中 进行整理，可得 ３减小帧长的ＤＤＳＴＣ方案 针对上述问题，本文提出的ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ方案 ｌ，ｃ 一（ ） 。（ ｃｒ一” ＋ １）（１１） 式中：霸‘ｒ 一１．ｆｌｇ （Ｔ＋１） 厂２ｇ２（丁＋１） … 的思想是减小ＤＤＳＴＣ信号的帧长来抵抗快衰落信 道带来的影响．在第２阶段，ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ方案在每 个中继处采用Ｔ个正交向量将帧长为Ｔ的信号压 缩为具有单位帧长的短信号．Ｔ个正交向量可以采 用任意的范数为１的正交向量，为了简单起见，这里 （Ｔ＋１） １）ＣＡ ｌ， 一’＋ｗ ¨． （而Ｐ２） 。妻ｉ＝１ 丁＋ 同样，对于信号 ，仍然采用扩频码矩阵来压 缩．这样信号 一Ｃｆ 仍然只占用了１个符号周 期，其对应的信道增益为ｇ （２Ｔ＋２），如图２所示． 将Ｔ个正交向量选为Ｔ个正交扩频码序列． 采用ＤＤＳＴＣ传输时，当源节点发送数据块 叫 时，第ｉ个中继的接收信号为［１２］， 一 发送６｛ 时对应的接收信号为 ｙ‘ｒ）一＼ＰＰ， ．Ｐ２Ｔ／２（Ｐｌ丁） 。 ｓ ＋ ｒ－”，在第２个阶段中继对ｒ｝广＂ 用矩阵Ａ 进行处理并转发，转发的信号为［ ｆ ＂ ， １９ 一＋ｌ／ ｔ３［，‘ｒ ｓ‘ｒ－１）霸（ｒ ＋ （ （１２） 、１／２ 式中： （ 、ｊ １ Ｉ Ｊ， ） Ａ，（ｒ¨．为了便于分析，将第ｉ个中继 Ｈ ’一ｆ厂１ｇ１（２ ’＋２） ：ｇ２（２Ｔ＋２）… ￡（彳 ］ ，其中 ”表示在Ｔ＋ 处的Ｔ×１维的转发信号表示为 ｒ”：＝： ［￡ ￡窭叫 …走时刻由中继ｉ转发的信号，可见，此时转发ｆ（ｒ” 将占用Ｔ个符号周期．在ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ方案的每个 中继处，首先采用１个扩频码矩阵Ｃ— （２Ｔ＋２）］ 一（鼎） 妻ｉ＝１ ２Ｔ＋ ２）ＣＡ ＋ ． 在目的节点 首先对信号ｌ， 和ｙ 用ｃ＾（足一 １，…，Ｔ）分别进行解扩处理，得到 Ｅｃ Ｃ２ …ｃｒ］来压缩信号ｆ（广¨．假设Ｐ×１维 的扩频码ｃ （足一１，…，Ｔ）相互正交且范数为１，Ｃ 的 长度Ｐ定义为其扩频增益．因此，在第 个中继处转 ｌ『＿ ＝＝＝ｃｌ｛Ｙ‘ｒ ＝＝＝∑ （ Ｔ＋１）￡５『 ＋ｃ Ｗ‘ｒ （１３） 一发的Ｐ×１维压缩信号为 Ｔ ｃ｛｛ｌ， ｒ 一∑ （２丁＋２） ＋ｃｌ｛Ｗ ｒ （１４） ｂＦ”：＝：Ｃｆ 一 ：Ｃｋｔ ” ＾＝１ （９） 令Ｙ 一¨：一［ ｛ ［ ｛ ｌ 一＂ … 显然， ”仅占用了１个符号周期，即 ｒ＿＂具有单 位帧长．这样发送第（ｒ一１）个数据块的第２个阶段 将在第Ｔ＋１时刻完成，此时对应的信道增益为 一Ｄ］ ，Ｙ‘ ：一 ５ … ｝ｒ ］ ，贝０．）， 一”和Ｙ 分另 为 ｈｔｔｐ：／； ｗｗｗ．ｊｄｘｂ．ｃｎ ｈｔｔｐ：／／ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．（：“ 西安交通大学学报 第４６卷 １）一（ ）１＇／２Ｓ（ｒ＿１） １ ＋ｚ（ （１５） ㈤一（ ） ｓ 式中：ｚ“ 一［ｃ Ｗ ’ ｃ Ｗ … ｃ ｗ ’］ ．显 道增益之间的时间间隔只差（丁＋１）个符号周期，可 得当Ｐ一∞时，ＲＲ 嘲℃一１／ｒ１／ａ （Ｔ－！－１）一１］．与 了误码率的平台效应，而且随着ＤＤＳＴＣ信号帧长 ＴＣ相比，很明显ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ方案显著地降低 （１６） ＲＤＤＳ丁的增加，这种性能的提升会更加明显． 然，对ｙ 和ｙ 解扩后，在如下假设成立的条件 下，就可以用式（５）中的差分解码器从式（１５）和（１６） 中解出原始信号Ｕ“， ５实验仿真 本节通过实验仿真来比较ＤＤＳＴＣ和ＲＦＬ－ 百（ｒ－１）一豆（ｒ’ （１７） ＤＤＳＴＣ在快衰落（ｆａｓｔ ｆａｄｉｎｇ，ＦＦ）信道中的性能． 实验结果如图３～图８所示，正交扩频码序列采用 可见，条件式（１７）中的２个信道增益之间的时间间 隔仅为（Ｔ＋１）个符号周期．与式（８）相比，式（１７）中 扩频增益为６４的Ｈａｄａｍａｒｄ扩频码，系统载波频率 ｆｃ一２ ＧＨｚ，目的节点的移动速度分别为Ｖ 一１５０ ｋｍ／ｈ和Ｖ ＝２５０ ｋｍ／ｈ．为了进行对比，图３～图８ 信道增益间的时间间隔大大缩短了． ４性能分析 为了分析ＤＤＳＴＣ在快衰落信道中的性能，假 设在发送ｓ 叫 和ｓ 的第２阶段的第足个时刻，第ｉ 个中继上相应转发的信号分别为 对应目的节点处的接收信号分别为 和￡ ，这样， 中还给出了不同的ＤＤＳＴＣ方案在准静态（ｑｕａｓｉ— ｓｔａｔｉｃ，ＱＳ）慢衰落信道下的性能曲线． 图３给出了分布式差分Ａｌａｍｏｕｔｉ码（ＤＤＡ）的 性能曲线，此时中继数Ｒ一２，信号帧长Ｔ＝Ｒ，源节 点发送符号采用ＱＰＳＫ调制，由于发送１个数据块 ｌ 一∑ｇｉ（Ｔ＋ ）￡ ＋叫ｌ ＝（１８） （１９） 需要占用２Ｔ个符号周期，因此对应的编码传输速 率ｒ＝＝＝ －１ ｂ・ｓ一 ・ＨＺ－－ ，而采用压缩帧长的 ∑ｇｉ（３Ｔ＋ ）￡ ＋叫 根据式（６）中的快衰落信道模型，式（１８）、（１９）中的 信道增益ｇ （３丁＋ ）和ｇ （Ｔ＋走）之间的关系为 ｇ （３Ｔ＋是）一ａ（２Ｔ）ｇ （Ｔ－ｔ－是）＋ （３Ｔ＋忌） （２０） 方法后，该编码发送１个数据块占用（Ｔ＋１）个符号 周期，对应的传输速率Ｙｌ一 一１．３３３ ｂ・Ｓ ・Ｈｚ＿。；图４～图６给出了不同中继数目下 循环码（ＣＩＲ）的性能曲线，其中各图中对应的中继 数Ｒ分别为３、４和５，其信号帧长Ｔ＝Ｒ，源节点符 式中： （３Ｔ＋ｋ）是另一个独立的０均值复高斯噪 声，其方差为 一１一 （２Ｔ）．将式（２０）代人到式 （１９）中，可得 号采用ＱＰＳＫ调制，各图中循环码的传输速率ｒ分 别为 ５９７ ５、 ５和 ＿０．４３２ ２ 一ａ（２Ｔ）∑ｇｉ（Ｔ＋足）￡ ＋ ∑ｎｉ（３丁＋足） ＋ ｒ 时等效信噪比为 ｂ・Ｓ ・Ｈｚ～，而对循环码采用压缩帧长方法后， （２１） 各编码对应的传输速率分别为 一Ｏ．８…ＩＤ ＡＵ一０．一０．８９６ ２、 进一步，由上式可得在快衰落信道中传输ＤＤＳＴＣ ７２０ ３ ｂ・ｓ ・Ｈｚ～，可见，压缩 Ｒｔ 。ｚ ２（２Ｔ）／［１ Ｉ ２（２丁）＋ 时，Ｒ ］ （２２） ＤＤＳＴＣ信号的帧长可以在一定程度上提高其传输 速率． 图３～图６的仿真结果表明，在快衰落信道中 ＤＤＳＴＣ出现了严重的平台效应，而且随着信号帧 长Ｔ的增大或者目的节点移动速度的增大，平台效 式中：Ｐ是整个中继网络中总的发送功率．当Ｐ—ｃ×３ 一ｌ／ｒ１／ａ。（２Ｔ）一１］，可见，在快衰落信道 中ＤＤＳＴＣ在发送功率较高时其性能曲线将会出现 平台效应，即误码率曲线不会随着发送功率的增大 而下降，而是趋于一个定值． 采用同样的方法分析ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ方案在快 衰落信道中的性能．此时，由于式（１５）、（１６）中的信 应愈加严重，而ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ则显著地降低了 ＤＤＳＴＣ的性能平台，而且在发射功率较低时，ＲＦＬ－ ＤＤＳＴＣ的性能较为接近ＤＤＳＴＣ在理想的假设即 准静态慢衰落信道中的性能．进一步，由于ＤＤＳＴＣ 的信号帧长了、等于中继节点数尺，因此从图３到图 ｈｔｔｐ：∥Ｗ￣／ｖ－ＴＶ．ｊｄｘｂ．ｃｎ ｈｔｔｐ：／／ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 第４期 王磊，等：快衰落信道中的分布式差分空时编码传输方案 图３ Ｒ一２时分布式差分Ａｌ枷ｏｕｔｉ码的误码性能 图６ Ｒ：＝５时循环码的误码性能比较 此外，如果采用另一组Ｔ个正交列向量将源节 点发送出的帧长为Ｔ的信号ｓ ＝＝＝［ｓ …Ｓｒ］ 也压缩为单位帧 长信号的话，这样发送１个数据块 只占用２个符号周期，因此对应发送 叫’和Ｓ 时 第２阶段的信道增益则分别为ｇ （２）和ｇ （４）．图７ 和图８中分别给出了中继数Ｒ一４时Ｓｐ（２）码和循 环码的性能曲线 此时Ｓｐ（２）码中口 、ｂ 采用ＢＰＳＫ 调制，ａ２、ｂ 采用３ ＰＳＫ调制＿２］，其传输速率为 图４ Ｒ＝３时循环码的误码性能比较 图７ ＳＰ（２）码源节点信号也经过压缩后的误码性能 图５ Ｒ＝４时循环码的误码性能比较 ６中依次可以看到，随着Ｒ的增大，ＤＤＳＴＣ的性能 进一步恶化，即ＤＤＳＴＣ信号的帧长越大其在快衰 落信道中的性能越差，这是因为随着Ｔ的增大，２个 数据块所对应的信道增益之间的时间间隔增大．由 性能分析可知，时间间隔越大则平台效应愈加明显． ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ由于将ＤＤＳＴＣ缩短为单位帧长，因 此在丁的增大过程中相比于ＤＤＳＴＣ的性能优势愈 加明显．上述仿真结果很好地验证了性能分析中得 图８循环码源节点信号也经过压缩后的误码性能 出的结论． ｈｔｔｐｔ ｆｆ ． ｄｘｂ．ｃｎ ｈｔｔｐｔ？｝ ．ｘｉｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ ８２ 西安交通大学学报 第４６卷 一ｏ．６４６ ２ ｂ．８－－１．Ｈｚ＿。，循环码采 ＧＡＯ Ｙａｎｇ，ＧＥ Ｊｉａｎｈｕａ，ＸＩＥ Ｄａｐｉｎｇ．ＳＥＲ ｐｅｒｆｏｒＩｎ— ａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｏｕｂｌｅ 用ＱＰＳＫ调制，其传输速率为 ：０．５ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｂ・Ｓ ・Ｈｚ；对Ｓｐ（２）码和循环码源节点的发送 Ｃｈｉｎａ，２０１１，４０（２）：１８５—１９１． 信号也进行压缩后，对应的编码传输速率则分别为 一Ｅ６］高贞贞，朱世华，徐静．放大转发异步协作通信系统中 ２．５８５和 厶 ：：＝２ ｂ．Ｓ－－Ｉ．Ｈｚ一－，可 的差分空时频传输方案［Ｊ］．西安交通大学学报， ２００９，４３（６）：６２－６６． 厶 见，压缩帧长后编码的传输速率进一步提高．由图 ７、图８还可以看出，由于对源节点的信号帧长也进 行了压缩，发送２个数据块时信道增益的时间间隔 进一步缩短为２，因此进一步提升了ＲＦＬ－ＤＤＳＴＣ ＧＡ０ Ｚｈｅｎｚｈｅｎ，ＺＨＵ Ｓｈｉｈｕａ，ＸＵ Ｊｉｎｇ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｏｒ ａｍｐｌｉｆｙ－ａｎｄ－ｆｏｒ— ｗａｒｄ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９，４３（６）：６２— ６６． 在快衰落信道中的性能． ［７］高洋，葛建华．一种非恒定幅度调制的差分空时协作 ６结论 方案［Ｊ］．华中科技大学学报，２００９，３７（７）：２２—２６． ＧＡＯ Ｙａｎｇ，ＧＥ Ｊｉａｎｈｕａ．Ａ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｎｏｎｃｏｎｓｔａｎｔ ｍｏｄｕｌｕｓ－ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ 本文提出了压缩帧长的ＤＤＳＴＣ传输方案—— ＲＦＬ厂ＤＤＳＴＣ．该方案在中继节点处通过采用Ｔ个 正交列向量将ＤＤＳＴＣ在Ｔ个符号周期内的信号合 并到１个符号周期内进行转发，使得ＤＤＳＴＣ信号 ｃｏｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，３７（７）：２２—２６． ［８］ＬＩＮ Ｄｉｎｇｂｉｎｇ，ＣＨＩＡＮＧ Ｐｉｎｇｈｕｎｇ，ＬＩ Ｈｓｕｅｈｉｇｈ． Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｗｏ－ｂｒａｎｃｈ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｂｌｏｃｋ－ｃｏｄｅｄ ０ＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ ｔｉｍｅ－ｖａｒｙｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ 的帧长大大缩短，因而可以有效减小快衰落信道带 来的影响．理论分析与仿真结果进一步验证了本文 提出的ＲＦＬ—ＤＤＳＴＣ方案在快衰落信道中对误码 性能的提升． 参考文献： ［１］ ＪＩＮＧ Ｙｉｎｄｉ，ＪＡＦＡＲＫＨＡＮＩ Ｈ．Ｕｓｉｎｇ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ａｎｄ ｑｕａｓｉ—ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎｓ ｉｎ ｒｅｌａｙ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，２００７，５３（１ １）： ４１０６—４１１８． Ｒａｙｌｅｉｇｈ－ｆａｄｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，５４（１）：１３６—１４８． ｒ９］ＨＯＣＨＷＡＬＤ Ｂ，ＭＡＲＺＡＴＴＡ Ｔ Ｌ，ＰＡＰＡＤＩＡＳ Ｃ Ｂ Ａ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｗｉｄｅｂａｎｄ ＣＤ－ ＭＡ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ＥＪ］．ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００１， １９（１）：４８—６Ｏ． ［１Ｏ］ＡＣＯＬＡＴＳＥ Ｋ，ＢＡＲ－ＮＥＳＳ Ｙ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ＤＳ－ＣＤＭＡ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｖｅｒ ｆａｓｔ— Ｅ２］ ＪＩＮＧ Ｙｉｎｄｉ，ＪＡＦＡＲＫＨＡＮＩ Ｈ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎ— ｔｉａｌ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒｅｌａｙ ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｉ－Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００８，５６（７）： １０９２－１１００． ｆａｄｉｎｇ ｇｅｎｅｒａｌ ｔｉｍｅ－ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｃｈａｎｎｅｌｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０１０，１４（１１）：９９３—９９５． ［１１］ＺＨＥＮＧ Ｆ Ｃ，ＢＵＲＲ Ａ Ｇ．Ｓｉｇｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｎｏｎ－ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｂｌｏｃｋ ｃｏｄｉｎｇ ｏｖｅｒ ｔｉｍｅ－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ［３］ＯＲＲＩＥＲ Ｆ，ＬＥＱＵＥＵ Ｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆａｄｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ ＥＪ］．ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ２００４，８（８）：４９１－４９３． Ｃａｙｌｅｙ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｃｏｄｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００９，８（７）：３８０８－３８１４． Ｅｌ２］儿ＮＧ Ｙｉｎｄｉ，ＨＡＳＳＩＢＩ １３．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｃｏｄ— ｉｎｇ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒｅｌａｙ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００６，５（１２）：３５２４— ３５３６． ［４］ ＲＡＪＡＮ Ｃ Ｓ，ＲＡＪＡＮ Ｂ Ｓ＿Ａｌｇｅｂｒａｉｃ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｄｉｆ— ｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｃｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘｉ— ｔｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ— ｔｉｏｎｓ，２００８，７（１０）：３９６２—３９７１． Ｅ５２高洋，葛建华，谢大平．双差分协作传输的误码率性能 分析和最佳功率分配ＥＪ］．电子科技大学学报，２０１１， ４０（２）：１８５—１９１． （编辑刘杨） ｈｔｔｐ：／／Ⅵｒｖ州．ｊｄｘｂ．ｃｎ ｈｔｔｐ：ｆｆｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ