一種基于QoS的自適應(yīng)混合協(xié)同傳輸方法及性能分析

李國(guó)彥， 張有光， 廖芒

北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院， 北京 100191

一種基于QoS的自適應(yīng)混合協(xié)同傳輸方法及性能分析

李國(guó)彥， 張有光*， 廖芒

北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院， 北京 100191

理想的混合協(xié)同傳輸系統(tǒng)中，所有的中繼節(jié)點(diǎn)都參與譯碼，將帶來(lái)計(jì)算復(fù)雜度的提高、節(jié)點(diǎn)資源消耗的增加以及信息傳輸時(shí)延的增大。針對(duì)多節(jié)點(diǎn)的協(xié)同無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，提出了一種基于服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)的自適應(yīng)混合協(xié)同傳輸方法，并進(jìn)行了性能分析，給出了系統(tǒng)誤碼率(Symbol Error Rate, SER)及中斷概率的閉合表達(dá)式。該方法根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)的QoS需求以及中繼節(jié)點(diǎn)的信噪比(SNR)門限，動(dòng)態(tài)地調(diào)整中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸模式，能夠減小系統(tǒng)能耗，延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)使用壽命。數(shù)值及仿真結(jié)果表明，基于中繼節(jié)點(diǎn)信噪比門限的混合協(xié)同傳輸能夠以較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度獲得與理想的混合協(xié)同傳輸相近的性能，理論的性能分析結(jié)果與實(shí)際仿真結(jié)果相一致。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)； 服務(wù)質(zhì)量(QoS)； 混合協(xié)同； 誤符號(hào)率； 中斷概率

無(wú)線通信中，衰落是影響通信質(zhì)量的主要因素，各類衰落都會(huì)導(dǎo)致差錯(cuò)率的上升，嚴(yán)重影響通信的可靠性。協(xié)同通信技術(shù)已經(jīng)被證明是能夠有效對(duì)抗無(wú)線信號(hào)衰落，提高無(wú)線通信系統(tǒng)可靠性的有效手段[1-4]。根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)的工作方式，協(xié)同通信可分為再生中繼傳輸與非再生中繼傳輸[5-6]。非再生中繼傳輸中，中繼節(jié)點(diǎn)僅將接收到的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行加權(quán)放大后轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，也稱做放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-Forward, AF)；而再生中繼傳輸中，中繼節(jié)點(diǎn)則對(duì)接收的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼，獲得原始信息，然后經(jīng)重新編碼與調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，也稱做譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-Forward, DF)。相對(duì)于DF而言，AF實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，能夠降低中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)處理的復(fù)雜性。然而，中繼節(jié)點(diǎn)在放大有用信號(hào)的同時(shí)也放大了源-中繼信道引入的噪聲，因此AF方式存在噪聲放大效應(yīng)。對(duì)于DF，由于其需要中繼節(jié)點(diǎn)的解調(diào)、譯碼、編碼等處理，復(fù)雜度較高，節(jié)點(diǎn)能耗也較大，在中繼節(jié)點(diǎn)正確譯碼的情況下，系統(tǒng)能夠獲得較好的性能。盡管DF不會(huì)帶來(lái)噪聲放大問題，然而在中繼節(jié)點(diǎn)譯碼出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下，這種錯(cuò)誤會(huì)隨著跳數(shù)的增加不斷積累，從而影響到系統(tǒng)的分集效果。

混合協(xié)同傳輸(Hybrid Cooperation, HC)將AF和DF相結(jié)合，根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)的譯碼結(jié)果來(lái)決定其是采用AF還是DF進(jìn)行傳輸[7-10]。若中繼節(jié)點(diǎn)能夠正確譯碼，則工作于DF模式；否則，工作于AF模式。盡管HC能夠同時(shí)利用AF和DF的優(yōu)勢(shì)，最大限度地抑制了AF中的噪聲放大及DF中的錯(cuò)誤傳播所帶來(lái)的影響，然而，在多節(jié)點(diǎn)協(xié)同傳輸?shù)那闆r下，各中繼節(jié)點(diǎn)工作于HC模式需要其首先進(jìn)行譯碼，之后根據(jù)譯碼結(jié)果來(lái)決定所采用的傳輸方式，雖然這種方式能夠提升系統(tǒng)性能，然而每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都參與譯碼勢(shì)必會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)復(fù)雜度及節(jié)點(diǎn)資源消耗的增加以及信息傳輸時(shí)延的增大。此外，系統(tǒng)的輸出信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)能夠反應(yīng)系統(tǒng)多個(gè)方面的性能，例如誤碼率、中斷概率等，因此，可以用系統(tǒng)的輸出信噪比作為目的端服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)的度量來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的低復(fù)雜度、低能耗協(xié)同傳輸策略。本文針對(duì)多節(jié)點(diǎn)協(xié)同傳輸?shù)膱?chǎng)景，從接收端的QoS約束出發(fā)，提出了一種自適應(yīng)的混合協(xié)同傳輸方法并對(duì)其進(jìn)行了性能分析。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)性能與復(fù)雜度的有效折中，能夠節(jié)省系統(tǒng)資源，減小節(jié)點(diǎn)能耗，延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的使用壽命，便于在實(shí)際無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

1 系統(tǒng)模型

考慮如圖1所示的多節(jié)點(diǎn)協(xié)同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸模型，其中包括1個(gè)源節(jié)點(diǎn)S，1個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D以及N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)Ri(i=1,2,…,N)。源節(jié)點(diǎn)S在中繼節(jié)點(diǎn)的幫助下將信息發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)D。中繼節(jié)點(diǎn)受到半雙工的約束，即節(jié)點(diǎn)不能在同一頻率上同時(shí)收發(fā)信息。

圖1 系統(tǒng)模型Fig.1 System model

源節(jié)點(diǎn)S到目的節(jié)點(diǎn)D的信息傳輸分為兩個(gè)階段：在第1個(gè)階段，源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送信息，中繼節(jié)點(diǎn)Ri和目的節(jié)點(diǎn)D接收信息；在第2個(gè)階段，各中繼節(jié)點(diǎn)Ri通過正交信道(時(shí)間、頻率、碼字)采用AF或DF方式將接收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)對(duì)兩個(gè)階段的接收信號(hào)進(jìn)行最大比合并(Maximal Ratio Combining, MRC)后檢測(cè)。假設(shè)信道為準(zhǔn)靜態(tài)的平坦衰落信道，目的節(jié)點(diǎn)可以獲得準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息。

ySRi=hSRix+nSRi

(1)

ySD=hSDx+nSD

(2)

式中：hSD、hSRi分別為S-D和S-Ri鏈路的信道衰落系數(shù)；nSRi、nSD分別為中繼節(jié)點(diǎn)Ri和目的節(jié)點(diǎn)D處的均值為零、方差為σ2的復(fù)高斯噪聲隨機(jī)變量。

在第2個(gè)階段，若中繼節(jié)點(diǎn)Ri采用AF方式轉(zhuǎn)發(fā)接收到的信號(hào)，則目的節(jié)點(diǎn)D接收到的來(lái)自中繼節(jié)點(diǎn)Ri的信號(hào)yRiD可以表示為

yRiD=hRiDβiySRi+nRiD

(3)

式中：hRiD為Ri-D鏈路的信道衰落系數(shù)；nRiD為目的節(jié)點(diǎn)D處的零均值復(fù)高斯噪聲隨機(jī)變量，不失一般性，假設(shè)各噪聲項(xiàng)nSRi、nSD、nRiD相互獨(dú)立且具有相同的方差σ2(i=1,2,…,N)；βi為中繼節(jié)點(diǎn)Ri處的放大因子，由式(4)給出：

(4)

式中：PRi為中繼節(jié)點(diǎn)Ri的發(fā)射功率。

將式(1)、式(4)代入式(3)中，則目的節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)yRiD可以重新表示為

yRiD=hRiDβi(hSRix+nSRi)+nRiD=
βihRiDhSRix+βihRiDnSRi+nRiD

(5)

(6)

式中：上標(biāo)*表示共軛。進(jìn)一步，將式(2)、式(4)、式(5)代入式(6)中，可得系統(tǒng)的輸出信噪比γT為

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

2 自適應(yīng)混合協(xié)同傳輸

理想的基于循環(huán)冗余檢驗(yàn)編碼的多節(jié)點(diǎn)混合協(xié)同傳輸系統(tǒng)中，所有中繼節(jié)點(diǎn)都需要參與譯碼，這將帶來(lái)計(jì)算復(fù)雜度的提高、節(jié)點(diǎn)資源消耗的增加以及信息處理時(shí)延的增大。同時(shí)，在協(xié)同通信系統(tǒng)中，有效降低系統(tǒng)能耗是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)綠色化的一種解決方案。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了減小實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性，可以在中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)信噪比門限γthreshold，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的接收信噪比與γthreshold之間的關(guān)系來(lái)確定中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸方式。目前，已有一些文獻(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)譯碼信噪比門限的選擇進(jìn)行了研究，然而采用解析的方法給出最優(yōu)的譯碼門限仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題[11-13]。此外，對(duì)于一個(gè)通信系統(tǒng)，其誤碼率(Symbol Error Rate, SER)、中斷概率等都可以描述為系統(tǒng)輸出信噪比的單調(diào)遞減函數(shù)，因此，這里以系統(tǒng)的輸出信噪比作為QoS參數(shù)，給出一種基于接收端QoS的自適應(yīng)混合協(xié)同傳輸方法。在該方案中，預(yù)先給定目的節(jié)點(diǎn)的QoS需求(接收信噪比門限γth)，目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)獲得的信道狀態(tài)信息形成關(guān)于各中繼節(jié)點(diǎn)傳輸模式的最佳判決向量，之后將判決結(jié)果通過控制信道發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的信息調(diào)整其傳輸模式。相對(duì)于理想的混合協(xié)同傳輸，這種基于QoS的混合協(xié)同傳輸不需要所有中繼節(jié)點(diǎn)都參與譯碼，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能夠減小節(jié)點(diǎn)能耗，便于在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。具體實(shí)現(xiàn)流程如下：

1) 初始階段根據(jù)系統(tǒng)性能要求，在目的節(jié)點(diǎn)設(shè)置信噪比門限γth，源節(jié)點(diǎn)S以廣播方式向目的節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)。各中繼節(jié)點(diǎn)Ri采用AF方式轉(zhuǎn)發(fā)接收到的源信號(hào)到目的節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)采用MRC合并接收信號(hào)并計(jì)算輸出信噪比γT，由式(7)給出。

2) 定義z=[z1z2…zN]，其中zi表示第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)所采用的傳輸方式：

zi={

1 AF
0 DF

3) 將2)得到的信噪比γ與門限γth進(jìn)行比較。若γ≥γth，執(zhí)行5)。若γ<γth，則目的節(jié)點(diǎn)將剩余中繼節(jié)點(diǎn)中最大的源-中繼鏈路信噪比γSRk與γthreshold進(jìn)行比較。若γSRk≥γthreshold，則調(diào)整此中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸模式為DF，并置相應(yīng)的標(biāo)識(shí)zk為0，同時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算輸出信噪比γ，執(zhí)行4)；若γSRk<γthreshold，則該中繼節(jié)點(diǎn)保持傳輸方式不變，執(zhí)行5)。

4) 重復(fù)3)的操作，直到γ≥γth。若最終γ<γth，則將z置為對(duì)應(yīng)于最大γ時(shí)的判決向量，執(zhí)行5)。

5) 目的節(jié)點(diǎn)將判決向量z通過反饋控制信道發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的信息在接下來(lái)的傳輸中調(diào)整傳輸模式。

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，目的節(jié)點(diǎn)相對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)較容易獲得信道的狀態(tài)信息，目的節(jié)點(diǎn)在得到了關(guān)于各中繼節(jié)點(diǎn)傳輸模式的判決向量后，為實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同傳輸，還需要額外的控制協(xié)議提供支持，用于向中繼節(jié)點(diǎn)傳輸協(xié)同控制信息。這里并不介紹如何傳輸這種信息，而是著重說明需要傳輸何種信息。由于每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)只有AF和DF兩種傳輸模式，因此只需1個(gè)比特就能夠表征該節(jié)點(diǎn)的傳輸模式，N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)只需N個(gè)比特就能夠表征(實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中N并不是很大)。此外，由于信道的廣播特性，如果使用獨(dú)立的控制消息，只需1個(gè)控制消息(目的節(jié)點(diǎn)的判決向量)就能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同傳輸。因此，所提出的自適應(yīng)混合協(xié)同傳輸方法具有較小的控制開銷。同時(shí)，由于并不需要所有的中繼節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行解調(diào)、譯碼等處理，因此相對(duì)于理想的混合協(xié)同傳輸具有較低的復(fù)雜性。

3 SER性能分析

(12)

式中：Pr(Θm)表示集合Θm的概率；Pe|Θm表示在譯碼集合為Θm時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)的條件SER。

(13)

式中：pd,Ri表示節(jié)點(diǎn)Ri成功譯碼的概率。

pd,Ri=Pr(γSRi>γthreshold) =e-λSRiγthreshold

(14)

將式(14)代入式(13)中，可得

(15)

利用矩生成函數(shù)(Moment Generating Function, MGF)的方法[14]，在譯碼集合Θm下，目的節(jié)點(diǎn)的SER可以表示為

(16)

(17)

式中：EγA{·}表示對(duì)隨機(jī)變量γA求期望。

在高信噪比的情況下(γ0?1)，式(17)可以近似表示為

(18)

γj≤γup,j=min(γSRj,γRjD)

(19)

式中：γup,j的累積分布函數(shù)Fγup,j(γ)可以表示為

Fγup,j(γ)=Pr(min(γSRj,γRjD)≤γ)=
1-Pr(min(γSRj,γRjD)>γ)=
1-[1-FγSRj(γ)][1-FγRjD(γ)]=
1-e-(λSRj+λRjD)γ

(20)

式中：FγSRj(γ)和FγRjD(γ)分別為γSRj和γRjD的累積分布函數(shù)。

由式(20)可知，γup,j服從參數(shù)為λγup,j=λSRj+λRjD的指數(shù)分布。因此，其MGF可以表示為

(21)

在高信噪比的情況下，式(21)可以表示為

(22)

將式(19)代入式(11)中，可得

(23)

由于各鏈路的信道衰落相互獨(dú)立，因此，根據(jù)式(23)可得γup的MGF為

(24)

進(jìn)一步，將式(17)、式(21)代入式(24)中，可得

(25)

對(duì)式(25)采用部分分式展開可得

(26)

將式(26)代入式(16)中，再結(jié)合式(12)、式(15)，得到系統(tǒng)的SER為

(27)

式中：

(28)

式中：

4 中斷性能分析

在譯碼集合Θm下，當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)的輸出信噪比低于預(yù)設(shè)的信噪比門限，即γ<γth時(shí)，就認(rèn)為出現(xiàn)中斷，相應(yīng)的概率Pr|Θm(γ<γth)為中斷概率[19]。在圖1所示的混合協(xié)同傳輸系統(tǒng)中，其中斷概率Pout可以表示為

(29)

式中：Pr|Θm(γ)為給定集合Θm時(shí)的中斷概率，可以表示為

Pr|Θm(γ)=Pr|Θm(γ<γth)=Fγ|Θm(γth)

(30)

式中：Fγ|Θm(·)為γ的累積分布函數(shù)。

為便于進(jìn)一步分析，這里采用式(23)給出的結(jié)果。對(duì)式(26)進(jìn)行逆拉普拉斯變換，得到γup的概率密度函數(shù)pγup(γ)為

(31)

在式(31)中對(duì)γ積分，得到γup的累積分布函數(shù)Fγup(γ)為

(32)

將式(32)代入式(30)中，并令γ=γth，得到給定集合Θm時(shí)的中斷概率為

(33)

進(jìn)一步，將式(13)、式(30)、式(33)代入式(29)中，系統(tǒng)的中斷概率可以表示為

(34)

5 仿真結(jié)果與分析

本節(jié)通過計(jì)算機(jī)仿真對(duì)提出的混合協(xié)同傳輸方法及理論的性能分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。首先給出不同中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)的情況下，目的節(jié)點(diǎn)的信噪比門限γth與所需要的DF中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)之間的關(guān)系。相對(duì)于AF方式而言，由于DF方式需要中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行解調(diào)、譯碼、重新編碼等處理，因此其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高，相應(yīng)的能耗也較大，所以DF中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)目的多少在一定程度上也反應(yīng)出系統(tǒng)能耗的高低以及節(jié)點(diǎn)使用壽命的長(zhǎng)短。相對(duì)于理想的混合協(xié)同傳輸，所提出的自適應(yīng)混合協(xié)同傳輸方法能夠根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)的性能需求動(dòng)態(tài)地調(diào)整中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸模式，不需要所有中繼節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行解調(diào)、譯碼等處理，因此其復(fù)雜度及能耗也較低。

圖2給出的是在中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)N=3,4,…,10的情況下，為達(dá)到接收端的信噪比門限所需要的平均DF中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)，其中參數(shù)設(shè)置為：中繼節(jié)點(diǎn)的譯碼信噪比門限γthreshold=5；各節(jié)點(diǎn)間的信道為瑞利衰落信道，信道衰落系數(shù)是零均值，方差為1的復(fù)高斯隨機(jī)變量；源節(jié)點(diǎn)S及各中繼節(jié)點(diǎn)Ri(i=1,2,…,N)的發(fā)射信噪比為10 dB；節(jié)點(diǎn)處的噪聲方差σ2=1。從圖2中可以看出，在目的節(jié)點(diǎn)的信噪比門限γth較低時(shí)，所有中繼節(jié)點(diǎn)工作于AF模式即能滿足要求。隨著信噪比門限的提高，所需要的DF中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)隨之增加且當(dāng)門限增大到一定值時(shí)，需要所有能夠正確譯碼的中繼節(jié)點(diǎn)都參與DF傳輸。例如當(dāng)N=10，γth>25 dB時(shí)，則需要所有的DF中繼節(jié)點(diǎn)參與DF傳輸以提高接收性能；而當(dāng)γth=18 dB時(shí)，則只需3個(gè)DF中繼節(jié)點(diǎn)參與DF傳輸，而并非所有能夠正確譯碼的節(jié)點(diǎn)都參與DF傳輸。因此，目的節(jié)點(diǎn)可以通過選擇合適的信噪比門限來(lái)達(dá)到通信質(zhì)量與系統(tǒng)能耗的折中。

圖2 DF中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)與信噪比門限γth的關(guān)系Fig.2 Number of DF relay node versus SNR threshold γth

圖3 SER隨信噪比的變化曲線(N=1)Fig.3 SER versus SNR (N=1)

圖4 SER隨信噪比的變化曲線(N=2)Fig.4 SER versus SNR (N=2)

下面給出混合協(xié)同傳輸系統(tǒng)的中斷性能以及文中理論分析中斷性能結(jié)果的仿真與分析。

圖5 中斷概率隨信噪比的變化曲線(N=1)Fig.5 Outage probability versus SNR (N=1)

圖6 中斷概率隨信噪比的變化曲線(N=2)Fig.6 Outage probability versus SNR (N=2)

6 結(jié) 論

1) 在多節(jié)點(diǎn)協(xié)同無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)中，提出了一種基于QoS的自適應(yīng)混合協(xié)同傳輸方法，該方法根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)的QoS需求動(dòng)態(tài)地調(diào)整中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸模式，能夠減小系統(tǒng)能耗，延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)使用壽命，降低信息傳輸時(shí)延。從分析結(jié)果可以看出，隨著目的節(jié)點(diǎn)信噪比門限的增加，所需要的DF節(jié)點(diǎn)數(shù)隨之增加，這意味著系統(tǒng)的能耗隨之增加，因此可以通過選擇合適的信噪比門限來(lái)達(dá)到通信質(zhì)量與系統(tǒng)能耗的折中。

2) 基于中繼節(jié)點(diǎn)信噪比門限的混合協(xié)同傳輸能夠以較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度獲得與理想的混合協(xié)同傳輸相近的誤碼率以及中斷性能，便于在實(shí)際的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

3) 理論的SER及中斷性能分析結(jié)果與實(shí)際的仿真結(jié)果相一致，表明了理論分析的正確性，給出的結(jié)果有利于采用解析的方法來(lái)分析混合協(xié)同傳輸系統(tǒng)的性能。

[1] Du B, Zhang J. Relaying selection with network-coded cooperative protocols in aeronautical communications. Chinese Journal of Aeronautics, 2010, 23(1): 75-83.

[2] Du B, Xue R, Zhang J. Network coded partners selection between cooperative nodes in air-based wireless networks. Second International Conference on Space Information Technology, 2007, 6795: 67950C.

[3] Ma S, Yang Y, Sharif H. Distributed MIMO technologies in cooperative wireless networks. IEEE Communications Magazine, 2011, 49(5): 78-82.

[4] Amin O, Ikki S S, Uysal M. On the performance analysis of multi-relay cooperative diversity systems with channel estimation errors. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2011, 60(5): 2050-2059.

[5] Laneman J N, Tse D N C, Wornell G W. Cooperative diversity in wireless networks: efficient protocols and outage behavior. IEEE Transactions on Information Theory, 2004, 50(12): 3062-3080.

[6] Torabi M, Haccoun D, Ajib W. Performance analysis of cooperative diversity with relay selection over non-identically distributed links. IET Communications, 2010, 4(5): 596-605.

[7] Li Y B, Yin Q Y, Wang J S. Outage-optimal relaying through opportunistic hybrid forward cooperation. Science China: Information Sciences, 2011, 54(6): 1264-1273.

[8] Huo Q, Liu T X, Song L Y, et al. All-participate hybrid forward cooperative communications with multiple relays. International Conference on Wireless Communications and Signal Processing, 2010: 1-6.

[9] Chen H, Liu J, Zhai C, et al. Performance analysis of SNR-based hybrid decode-amplify-forward cooperative diversity networks over Rayleigh fading channels. IEEE Wireless Communications and Networking Conference, 2010: 1-6.

[10] Bao X K, Li J. Efficient message relaying for wireless user cooperation: decode-amplify-forward (DAF) and hybrid DAF and coded-cooperation. IEEE Transactions on Wireless Communication, 2007, 6(11): 3975-3984.

[11] Onat F A, Fan Y J, Yanikomeroglu H, et al. Threshold based relay selection in cooperative wireless networks. IEEE Global Telecommunications Conference, 2008: 1-5.

[12] Onat F A, Adinoyi A, Fan Y J, et al. Threshold selection for SNR-based selective digital relaying in cooperative wireless networks. IEEE Transactions on Wireless Communication, 2008, 7(11): 4226-4237.

[13] Liu T X, Song L Y, Jiao B L, et al. A threshold-based hybrid relay selection scheme. IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops, 2010: 1-5.

[14] Elkashlan M, Yeoh P L, Louie R H Y, et al. On the exact and asymptotic SER of receive diversity with multiple amplify-and-forward relays. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2010, 59(9): 4602-4608.

[15] Barua B, Ngo H Q, Shin H. On the SEP of cooperative diversity with opportunistic relaying. IEEE Communications Letters, 2008, 12(10): 727-729.

[16] Ikki S S, Ahmed M H. Performance analysis of incremental-relaying cooperative-diversity networks over Rayleigh fading channels. IET Communications, 2011, 5(3): 337-349.

[17] Kwon J W, Ko Y C, Yang H C. Maximum spectral efficiency of amplify-and-forward cooperative transmission with multiple relays. IEEE Transactions on Wireless Communication, 2011, 10(1): 49-54.

[18] Olfat E, Olfat A. Performance of hybrid decode-amplify-forward protocol for multiple relay networks over independent and non-identical flat fading channels. IET Communications, 2011, 5(14): 2018-2027.

[19] Suraweera H A, Soysa M, Tellambura C, et al. Performance analysis of partial relay selection with feedback delay. IEEE Signal Processing Letters, 2010, 17(6): 531-534.

MethodandPerformanceofQoS-basedAdaptiveHybridCooperativeTransmission

LIGuoyan,ZHANGYouguang*,LIAOMang

SchoolofElectronicsandInformationEngineering,BeihangUniversity,Beijing100191,China

Inanidealhybridcooperativetransmissionsystem,allrelaynodesareinvolvedindecodingthe

signalsfromthesource,whichwillresultinanincreaseincomputationalcomplexity,resourceconsumptionandtransmissiondelay.Inthispaper,anovelqualityofservice(QoS)-basedadaptivehybridcooperativetransmissionmethodisproposedinamulti-relayassistedwirelesstransmissionnetwork.Thesymbolerrorrate(SER)andoutageprobabilityperformanceoftheproposedmethodareanalyzedandtheiranalyticalexpressionsaregiven.ThismethodcanadjustthetransmissionmodeoftherelaynodesadaptivelyaccordingtotheQoSrequirementatthedestinationandthethresholdofsignal-to-noiseratio(SNR)attherelaynodes.Therefore,theresourceconsumptionofthesystemcanbereducedandthelife-spanoftherelaynodescanbeextended.NumericalandsimulationresultsshowthattheperformanceoftheSNRthresholdbasedhybridcooperativetransmissionisclosetothatoftheidealhybridcooperativetransmissionwhiletheformerhaslowerimplementationcomplexity.ThetheoreticalperformanceanalysisisconsistentwiththeresultsofactualMonteCarlosimulation.

wirelessnetwork;qualityofservice(QoS);hybridcooperation;symbolerrorrate;outageprobability

2011-11-29；Revised2011-12-15；Accepted2012-02-20；Publishedonline2012-03-051108

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s：NationalBasicResearchProgramofChina(2010CB731803);NationalScienceFoundationforInnovativeResearchGroupsofChina(60921001);NationalNaturalScienceFoundationofChina(61071072)

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2011-11-29；退修日期2011-12-15；錄用日期2012-02-20； < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間

時(shí)間：2012-03-051108

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.Tel.：010-82339530E-mailzhangyouguang@vip.sina.com

LiGY,ZhangYG,LiaoM.MethodandperformanceofQoS-basedadaptivehybridcooperativetransmission.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2012,33(9):1688-1696.李國(guó)彥，張有光，廖芒．一種基于QoS的自適應(yīng)混合協(xié)同傳輸方法及性能分析．航空學(xué)報(bào),2012,33(9):1688-1696.

http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn

1000-6893(2012)09-1688-09

V443.1； TN925

A

李國(guó)彥男，博士研究生。主要研究方向：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)鏈通信和協(xié)同通信技術(shù)。

Tel: 010-82324390

E-mail: lgy198211@ee.buaa.edu.cn

張有光男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向：通信網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)、寬帶無(wú)線通信和信號(hào)處理。

Tel: 010-82339530

E-mail: zhangyouguang@vip.sina.com

廖芒女，博士研究生。主要研究方向：通信網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)、MIMO與協(xié)同通信技術(shù)。

Tel: 010-82339530

E-mail: liaomang87@163.com