基于DF 中繼協(xié)作的通信安全傳輸性能分析

王海峰

（中移鐵通有限公司邯鄲分公司，河北 邯鄲056000）

目前，我國學(xué)者對(duì)通信系統(tǒng)的研究很豐富，比如文獻(xiàn)[1]中作者提出基于Andriod 的方法對(duì)通信終端進(jìn)行設(shè)計(jì)，并列出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容；文獻(xiàn)[2]在通信系統(tǒng)中融入了無線電技術(shù)，并深入的研究了實(shí)現(xiàn)認(rèn)知用戶和帶寬最大化的相關(guān)研究。趙楠楠研究了通信系統(tǒng)中相同地址存在互相影響的問題[3,4]。但是傳統(tǒng)文獻(xiàn)方法未能更細(xì)致的研究數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和高效性。這是因?yàn)樵谕ㄐ畔到y(tǒng)中，數(shù)據(jù)位置是隨機(jī)的，而且系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，終端與目的端在建立數(shù)據(jù)連接時(shí)會(huì)出現(xiàn)困難。因此，本文利用中繼協(xié)作對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理，能夠?qū)崿F(xiàn)以上問題的解決。中繼系統(tǒng)的工作原理是將信號(hào)接收后提高信噪比，然后發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收與發(fā)送的實(shí)時(shí)性。中繼協(xié)作是解決通信系統(tǒng)的相關(guān)問題的有效途徑之一。

1 基于中繼協(xié)作的通信傳輸過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)建中繼協(xié)作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在研究得到網(wǎng)絡(luò)通信特征的基礎(chǔ)上，對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼轉(zhuǎn)發(fā)處理（DF），首先構(gòu)件中繼協(xié)作模型，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地接收和處理，并在中繼協(xié)作模型基礎(chǔ)上構(gòu)建中繼協(xié)作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 中繼協(xié)作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，在構(gòu)建的中繼協(xié)作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，包括多個(gè)信息源、多個(gè)中繼，而目的端和監(jiān)聽者則各為一個(gè)，且目的端和監(jiān)聽者的數(shù)據(jù)信號(hào)源只能從中繼獲取。由于單個(gè)中繼無法保證信號(hào)處理的效率與及時(shí)性，因此添加其它的中繼群體進(jìn)行輔助工作。

1.2 信道估計(jì)與信號(hào)檢測(cè)優(yōu)化

基于上文所得到的中繼協(xié)作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行信道估計(jì)與信號(hào)檢測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)。假設(shè)從信號(hào)源到第n 個(gè)中繼的信道增益為Zn，那么其到目的端的信道增益為Zni，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)信號(hào)源將通信數(shù)據(jù)傳輸給所有中繼時(shí)，第n 個(gè)中繼所接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)可表示為：

因?yàn)閔1、g1彼此獨(dú)立，所以求得系統(tǒng)信噪比snrA為：

基于上述分析，通過中繼與目的端所接收的數(shù)據(jù)信號(hào)，得到所有中繼中能夠成功進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼的信息集合，對(duì)信道容量進(jìn)行估計(jì)，結(jié)合解碼轉(zhuǎn)發(fā)處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從降低接收信號(hào)的誤碼率。

2 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

當(dāng)各路信號(hào)實(shí)現(xiàn)最后的最大比合并時(shí)，誤碼率與信噪比成反比，因此為了驗(yàn)證本文方法的應(yīng)用性能，在Matlab 軟件平臺(tái)中，設(shè)定高斯分布加性噪聲方差為1、均值為0，每一個(gè)傳輸幀共包含1000 個(gè)符號(hào)，監(jiān)聽者監(jiān)聽閾值傳輸速率為1 bit/s·Hz，訓(xùn)練序列符號(hào)數(shù)目為10?；谏鲜鰠?shù)設(shè)定，將本文方法作為實(shí)驗(yàn)方法，將文獻(xiàn)[1]方法和文獻(xiàn)[2]方法作為對(duì)比方法，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。分別就通信安全傳輸性能的誤碼率和傳輸時(shí)間指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 誤碼率結(jié)果對(duì)比分析

為了提高傳輸及接收速率，降低傳輸過程中所產(chǎn)生的信道干擾，設(shè)置高斯分布，并結(jié)合各鏈路的信噪比作為代表的信道衰減特性，記錄三種方法下的誤碼率結(jié)果，得到對(duì)比圖，如圖2所示。

圖2 誤碼率對(duì)比結(jié)果

由圖2 可知，隨著中繼數(shù)目逐漸增多，本文方法的誤碼率則越低，究其原因，主要是因?yàn)橹欣^的數(shù)量越多，在本文方法下所提供的原始信號(hào)副本的信噪比有所提高，從而降低了信號(hào)處理的誤碼率；而文獻(xiàn)[1]方法和文獻(xiàn)[2]方法的誤碼率則隨著中繼數(shù)目的增多而增加。由此可見，本文方法進(jìn)行通信安全傳輸?shù)男阅芨鼉?yōu)。

2.2 傳輸時(shí)間結(jié)果對(duì)比分析

記錄三種方法下的傳輸時(shí)間結(jié)果，得到對(duì)比圖，如圖3 所示。

圖3 傳輸時(shí)間對(duì)比結(jié)果

通過分析圖3 可知，本文方法的傳輸時(shí)間更短，且隨著中繼數(shù)目的增多而緩慢增加，這是因?yàn)樵谔岣咝盘?hào)接收信噪比的基礎(chǔ)上，對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了歸一化處理，使轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)模式實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，從而提高了傳輸效率；而文獻(xiàn)[1]方法和文獻(xiàn)[2]方法的傳輸時(shí)間則更高，并且隨著中繼數(shù)目的增多，其傳輸時(shí)間成倍的增多，此外，文獻(xiàn)[1]方法下的通信安全傳輸時(shí)間更加不穩(wěn)定。

綜上所述分析，通過仿真實(shí)驗(yàn)得出本文方法的通信安全傳輸誤碼率要低于傳統(tǒng)方法下的誤碼率，仿真結(jié)果能夠驗(yàn)證本文方法的有效應(yīng)用性能。

結(jié)束語

根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到在同等信道條件下與傳統(tǒng)方法的通信安全傳輸性能相比，本文方法進(jìn)行通信安全傳輸?shù)男阅芨鼉?yōu)，具有較低的誤碼率，且安全傳輸時(shí)間更短。在一定程度上為協(xié)作方式的選擇提供了理論依據(jù)，為通信順利進(jìn)行提供了重要手段。