基于信噪比排序的协作通信中继选择仿真系统

资 源 简 介

本程序详细实现了在无线协作通信网络环境下的中继选择机制，主要针对信噪比驱动的选择策略进行建模与仿真。程序通过构建包含源节点、多个中继节点以及目的节点的多支路通信模型，计算每一条潜在中继路径的等效信噪比。其核心逻辑在于对所有中继节点的信道增益进行实时监测，并根据瞬时信噪比水平对所有候选节点进行升降序排列，从而能够准确识别并选取出能够提供最大通信容量或最低误码率的最优选择工作。该系统不仅支持对多径衰落环境的模拟，还能够自动计算不同信噪比条件下各个中继支路的竞争力。本程序通过对比不同中继选择方案下的性能表现，展

详 情 说 明

项目介绍

本项目提供了一个完整的无线协作通信中继选择仿真平台。该系统专注于研究在多径衰落环境下，如何通过实时监测和对比各条中继路径的等效信噪比（SNR），从多个候选节点中选出最优中继以优化通信质量。系统建立了包含源节点、目的节点以及多个并行中继节点的模型，重点对比了直接传输方案与基于SNR排序选择的最优中继协作方案在误码率（BER）性能上的差异。

功能特性

• 多节点协作建模：支持自定义中继节点数量，模拟多支路并行协作的复杂网络环境。
• 信噪比驱动的选择逻辑：实现瞬时信噪比计算，并根据等效信噪比进行降序排列，自动识别最优传输路径。
• 协议仿真：完整模拟了放大转发（AF）协议的两阶段传输过程，包括信号放大因子的计算。
• 衰落信道模拟：内置瑞利衰落信道模型，能够反映移动通信中无线信号的随机起伏特性。
• 性能可视化：程序自动生成信噪比与误码率的关系曲线，并提供单次抽样下的中继竞争力排序分布图。
• 量化分析：仿真结束后自动计算最优中继方案相比直接传输方案带来的性能提升倍数。

使用方法

1. 打开MATLAB软件（建议R2016b及以上版本）。
2. 将提供的仿真代码脚本文件放置在MATLAB的工作路径下。
3. 点击“运行”按钮或在命令行窗口输入该脚本对应的函数名。
4. 在命令行窗口实时观察不同信噪比下的仿真进度。
5. 仿真完成后，系统将自动弹出性能对比曲线图和中继排序分析表。

系统要求

• 软件环境：MATLAB 2016b 或更高版本。
• 硬件要求：具备基本运算能力的个人电脑，建议内存4GB以上以确保蒙特卡洛大规模循环的运行效率。

实现逻辑说明

程序的执行遵循标准的通信系统仿真流程，具体逻辑如下：

1. 参数初始化阶段：设置中继节点总数（默认为4个）、仿真信噪比范围（0至20dB）、蒙特卡洛仿真比特数以及调制方式（BPSK）。
2. 信号生成与调制：随机产生二进制比特流，并将其映射为标准的BPSK符号（-1和1）。
3. 多径信道建模：利用复高斯分布构建瑞利衰落信道，包括源到目的（S-D）、源到各个中继（S-R）以及中继到目的（R-D）的所有链路增益。
4. 等效SNR计算：

* 直接计算源到目的链路的瞬时信噪比。 * 针对每一个中继节点，根据放大转发（AF）协议的数学模型，计算其两跳链路的等效信噪比。

1. 最优选择算法：调用排序函数对所有候选路径的等效信噪比进行从大到小的排序，锁定当前信道状态下性能最好的中继节点索引。
2. 协同传输模拟：

* 第一阶段：源节点发送信号，选定的最优中继接收信号并叠加高斯白噪声。 * 第二阶段：中继利用根据接收功率计算出的放大因子G对信号进行归一化处理，并转发至目的节点。

1. 合并与判决：在目的节点对接收到的信号进行相位补偿处理和硬判决，统计不同SNR点下的误码个数。
2. 结果产出：计算最终误码率，并绘制半对数坐标系下的性能对比图，直观展示分集增益。

关键算法与实现细节分析

• AF等效信噪比公式：程序采用了经典的AF等效SNR计算公式，即结合了首跳和第二跳信噪比的非线性组合，准确捕捉了中继处噪声被放大的效应。
• 排序选优机制：核心排序逻辑通过对信噪比向量的降序排列实现。这种机制能够保证在每一个仿真时刻，系统总是选择能够提供最大链路容量的中继，从而实现空间分集。
• 放大因子G的计算：为了保证中继节点的发射功率恒定，程序依据源到中继的信道增益及噪声功率实时计算归一化增益因子，确保了仿真的严格性。
• 最大比合并简化处理：在检测环节，程序通过对选定最优支路的信号进行共轭相乘来模拟相位补偿，有效提取了协作支路的信号分量。
• 可视化呈现：除了BER曲线，程序还特别设计了一个柱状图快照，用于展示在随机信道条件下的中继节点竞争力分布，便于理解中继选择的动态过程。