分散式時空編碼符號錯誤率模擬

本節中我們將依照圖4.5 的系統和表 4.1 執行分散式時空編碼的模擬，調變方 式為16 QAM，其中我們會對於兩種中繼站的功能(AF、DF)和 2-hop SISO(沒有 分散式時空編碼)的符號錯誤率比較其差異性，而 2-hop SISO 的中繼站功能是採 取AF 的模式，為了公平起見，2-hop SISO 的發射功率必須要跟執行合作式通訊 的發射功率ㄧ樣，例如2-hop SISO 時基地台發送給中繼站的功率為 1 而中繼站的 發射功率也為1，所以 2-hop SISO 的發射功率為 1，然而合作式通訊時必須把基 地台發射給使用者的功率設為 1/2，基地台送給中繼站和中繼站送給使用者的發 射功率設為1/2，所以合作式通訊的 total 功率為 1，這樣子 2-hop SISO 和合作式 通訊比較才有公平性。

0 5 10 15 20 25 30

10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰

SIR BS-RS=infinite ,SIR BS-MS=30dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO AF

DF

圖 5.9 SIR(BS-RS) infinite SIR(BS-MS)=30 符號錯誤率

所說明的，因為此時的γ_{SR i,} ≈ ∞ ，AF 和 DF 的中繼站所收到的訊號幾乎都沒有出 錯，所以此時 DF 和 AF 的符號錯誤率是相同的，在圖中可以看的到沒有執行分 散式時空編碼和執行分散式時空編碼在符號錯誤率上的差異性，因為合作式通訊 時會獲得diversity gain，所以在圖中看的到錯誤率下降的比 2-hop SISO 的還快。

0 5 10 15 20 25 30

10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰

SIR BS-RS=30 dB SIR BS-MS=30dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO

Amplify and forward Decode and forward

圖 5.10 SIR(BS-RS)=30，SIR(BS-MS)=30 符號錯誤率

在圖5.10 中，我們改變圖 5.9 的γ_{SR i,}，將其改成30dB，比較圖 5.9 和圖 5.10，

其中DF 的錯誤率沒有改變，原因在於γ_{SR i,} =30時,中繼站的解調能力很好,也就是 說幾乎都解調正確，所以錯誤率跟圖5.9 的ㄧ樣，然而在 2-hop SISO 和 AF 的情 況則是受到了前端BS-RS 的干擾影響到，錯誤率都往上提升，而在此時錯誤率表 現DF 比 AF 好。

0 5 10 15 20 25 30 10^-4

10^-3 10^-2 10^-1 10⁰

SIR BS-RS=30 dB SIR BS-MS=20dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO

Amplify and forward Decode and forward

圖 5.11 SIR(BS-RS)=30，SIR(BS-MS)=20 符號錯誤率

0 5 10 15 20 25 30

10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰

SIR BS-RS=30 dB SIR BS-MS=10dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO

Amplify and forward Decode and forward

圖 5.12 SIR(BS-RS)=30，SIR(BS-MS)=10 符號錯誤率

圖5.11 中我們改變了圖 5.10 的γ_{sd i,} ，將其改成20dB，由於並沒有改變 2-hop

成20 的影響，2 者錯誤率往上提升，不過比較之下還是 DF 的表現較好，因為中 繼站的正確解調的能力還是不錯，而AF 還是受到前端的雜訊影響到。

圖5.12 我們改變了圖 5.11 的γ_{sd i,} ，將其改成10dB， 2-hop SISO ㄧ樣沒有改 變，然而DF 和 AF 受到γ_{sd i,} 變為10 的影響，所以在作分散式時空編碼時，其中 的 1 條路(BS-MS)變的太差，導致使用者端沒辦法成功解調出訊號，所以此時反 而是沒有進行合作式通訊的錯誤率較低。

圖5.13 中我們改變了圖 5.12 中的 γ_{SR i,} ，把其降低成20dB，所以對於 2-hop SISO 受到 BS-RS 的改變，錯誤率比圖 5.12 中還高，而 DF 和 AF 的還是ㄧ樣受 到BS-MS 這端的通道太差，所以錯誤率還是ㄧ樣很高，不過因為 AF 又受到 BS-RS 變低的影響，所以錯誤率較圖5.12 中的在高一點，而 DF 的沒有變化，原因是此 時中繼站能正確解調的能力還是不錯，所以此時最主要還是受到BS-MS 的影響，

然而整體來看還是2-hop SISO 錯誤率的表現較佳。

0 5 10 15 20 25 30

10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰

SIR BS-RS=20 dB SIR BS-MS=10dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO

Amplify and forward Decode and forward

圖 5.13 SIR(BS-RS)=20，SIR(BS-MS)=10 符號錯誤率

0 5 10 15 20 25 30 10^-4

10^-3 10^-2 10^-1 10⁰

SIR BS-RS=20 dB SIR BS-MS=20dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO

Amplify and forward Decode and forward

圖 5.14 SIR(BS-RS)=20，SIR(BS-MS)=20 符號錯誤率

0 5 10 15 20 25 30

10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰

SIR BS-RS=20 dB SIR BS-MS=30dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO

Amplify and forward Decode and forward

圖 5.15 SIR(BS-RS)=20，SIR(BS-MS)=30 符號錯誤率

圖5.14 中我們改變了γ_{sd i,} ，改成20dB，跟圖 5.13 比較可得知，由於 BS-MS

中以DF 改善的幅度較大，因為 AF 還是ㄧ樣遭受到 BS-RS 的干擾影響，所以整

SIR BS-RS=10 dB SIR BS-MS=30dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO

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圖 5.16 SIR(BS-RS)=10，SIR(BS-MS)=30 符號錯誤率

圖5.16 中我們改變了γ_{SR i,} ，將其改成10dB，所以跟圖 5.15 比較看的出來，3 條線的表現都比圖5.15 還差，然而圖中我們看到驚人的發現，其中 AF 的錯誤率 反而比DF 的還要低，原因應該是此時 DF 受限 BS-RS 太差，所以中繼站解調錯 誤的機率太大，跟基地台在second phase 發送的訊號，差異太大，已經不是時空

編碼的形式，然而使用者端還是依照時空編碼方式來解調訊號，所以會有錯誤累 增的問題，導致使用者端的錯誤率表現不好，而AF 沒有進行 decode 的動作，所 以就使用者端來看，其接收到的訊號還保有時空編碼的形式，不會因為 decode 而導致A 訊號整個變成 B 訊號，所以 AF 在此情況下比 DF 還好，而 2-hop SISO 因為沒有進行decode 的動作，所以還是比 DF 的表現還要好。

圖5.17 我們將γ_{sd i,} 改變成20dB，DF 還是ㄧ樣受限於 BS-RS 太差的影響而錯 誤率表現不好，而AF 則因為 BS-MS 變差，錯誤率稍為往上升一點，在此情況下 還是AF 的表現最好。

0 5 10 15 20 25 30

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

SIR BS-RS=10 dB SIR BS-MS=20dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO

Amplify and forward Decode and forward

圖 5.17 SIR(BS-RS)=10，SIR(BS-MS)=20 符號錯誤率

0 5 10 15 20 25 30

SIR BS-RS=10 dB SIR BS-MS=10dB

SIR RS-MS

SER

2-hop SISO

Amplify and forward Decode and forward

圖 5.18 SIR(BS-RS)=10，SIR(BS-MS)=10 符號錯誤率

圖5.18 我們改變了γ_{sd i,}，將其變成10dB，在圖中看的到 AF 還是比 DF 還好，

但是錯誤率表現最好的是2-hop SISO 的，原因在於此時的 BS-MS 也變很差，所 以此時如果執行合作式通訊反而是沒有好處的。

綜合以上的模擬結果，我們整理何時該利用哪種中繼站並且需不需要進行合 作式通訊才會獲得最佳的錯誤率，如表5.2

(SIR BS-RS，SIR BS-MS) The best selection

(30,30) DF

第六章 結論

在中繼通訊時，最重要的就是要如何挑選 2-hop 的使用者，然而中繼站可以 用來幫助距離基地台很遠的使用者，來提升個人的通訊品質，但是會因此降低了 系統容量，所以在本篇論文中，我們以提高系統的容量為目標，來挑選2-hop 的 使用者，對於這些被挑選出的2-hop 使用者，則代表從 1-hop 變 2-hop 一定會提 高系統容量，此挑選作法可以得到高系統容量，然而對於2-hop 的使用者，我們 可以更進ㄧ步的執行合作式通訊，合作式通訊的目的在於降低錯誤率，而在合作 式通訊時，我們在基地台和中繼站執行了分散式時空編碼，從模擬中看的到，只 要當BS-MS 和 BS-RS 的 SIR 不是很差的情況下，合作式通訊可以有效的降低符 號錯誤率，而降低了錯誤率即可等效的提高系統的傳輸容量，所以我們可以得到 1 個高系統容量並且同時又降低錯誤率的 2-hop 通訊系統。

然而在論文中的路徑選擇演算法，我們是均勻的分配頻寬，但是在多媒體通 訊時，每個使用者所要求的服務並不同，則每個使用者所需要的頻寬就不一樣，

因此就需要考慮到了排程機制，我們該如何設計1 個排程機制來滿足每個使用者 所要求的服務，然而要如何在每個使用者的要求頻寬都不一樣的情況下，來挑選 能提升系統容量的2-hop 使用者，是未來我們所要研究的目標。

我們在第4 章中負責執行時空編碼機制的站台，是由 1 個中繼站和基地台來 執行時空編碼，當然我們也可以考慮由2 個中繼站來執行時空編碼，然而如果要 使用2 個中繼站來執行時空編碼時，此時所需要考慮到的因素是這 2 條 relay link 是否會1-hop 還好，由於我們在路徑選擇會選擇中繼站，ㄧ定是 1-hop 的路徑比 2-hop 的路徑還差才會選擇 2-hop，然而此時就必須修改路徑選擇演算法，我們首 先要對於使用者挑2 條 relay link，而這兩條 relay link 一定都是要比 1-hop 的路徑 還要好，ㄧ旦有2 條好的 relay link 則可以利用這 2 條執行時空編碼，我們可以在 first phase 中，基地台首先傳送s s 给 2 個中繼站，由於是送相同的訊號給 2 個,

在second phase，1 個中繼站傳送s₁,− 給使用者，另 1 個中繼站傳送s^*₂ s s 給使用₂, ₁^* 者，由於2 個中繼站傳送的訊號屬於共鄂形式，所以在 second phase 中，2 個中 繼站是使用同一段的頻寬傳送訊號給使用者。但是如果使用者沒辦法挑到2 條好 的relay link，只挑的到 1 條 relay link，我們則維持原本的形式執行時空編碼，即 基地台和中繼站執行，所以如果想要使用第2 條的 relay link 傳送時空編碼訊號的 話，ㄧ定要保證第2 條的 relay link 要比 1-hop 還好，才可以使用 2 條 relay link 傳送訊號。

而圖 6.1 呈現 1 個使用者只挑 1 個中繼站時，2-hop 使用者的 threshold 隨著 2-hop 數量增加的變化量，即

(

^{Nk+ −+Xm 1}

)

，所以在未來要對於路徑選擇演算法做 修改就必須要改變圖6.1 中的 threshold，原因在於當 1 個使用者挑 2 個中繼站時 會改變X，X 不再是只有 1 個中繼站的變化，而是擁有兩個中繼站的變化量，所 以該如會挑選使用者有2 個中繼站並且還可以達到最高系統容量將是未來研究的 目標。

5 10 15 20 25 30 35 40 45

1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95

N2

圖 6.1 threshold 隨著 2-hop 數量的變化量

在文檔中 利用中繼站提升通訊系統容量 (頁 66-76)