协作通信AF协议链路仿真平台

资 源 简 介

该项目旨在深入研究并实现协作通信系统中的放大转发（Amplify-and-Forward, AF）传输协议。程序详细模拟了从源节点经由中继节点到达目的节点的多阶段信号传输过程：第一阶段，源节点广播调制信号，由中继节点和目的节点同时接收；第二阶段，中继节点不对信号进行解码，而是直接根据预设的功率约束条件对接收到的含噪信号进行线性放大并转发给目的节点。该仿真系统实现了瑞利衰落信道（Rayleigh Fading Channel）模型构建、加性高斯白噪声（AWGN）干扰注入以及目的节点处的多径信号合并。核心功能

详 情 说 明

协作通信放大转发（AF）协议MATLAB链路仿真平台

项目介绍

本项目是一个专注于无线通信中协作分集技术的仿真平台。其核心目标是模拟和评估放大转发（Amplify-and-Forward, AF）协议在衰落信道下的性能。程序通过构建包含源节点、中继节点和目的节点的典型三节点协作模型，对比了传统直接传输方案与中继辅助协作方案在误码率（BER）性能上的差异。

功能特性

1. 完整模拟了两阶段协作通信流程：第一阶段源节点广播，第二阶段中继节点放大转发。
2. 实现了基于距离和路径损耗指数的链路衰减模型。
3. 采用瑞利衰落（Rayleigh Fading）模拟复杂的无线多径环境。
4. 包含精确的加性高斯白噪声（AWGN）注入机制。
5. 集成了最大比合并（MRC）接收技术，实现了空间分集增益。
6. 提供闭环蒙特卡洛仿真，支持多信噪比（SNR）点下的性能统计。
7. 提供直观的图形化结果展示，包括比特误码率曲线及信号星座图分布。

系统要求

1. 运行环境：MATLAB R2016a 及以上版本。
2. 依赖工具箱：基础 MATLAB 函数库。

实现逻辑与功能细节

1. 参数初始化与环境设置 仿真设定信噪比范围为 0dB 至 25dB，步长为 2dB。 每个信噪比点执行 10^5 次比特传输，以确保统计结果的准确性。 系统定义了源节点到目的节点、源到中继以及中继到目的节点的几何距离，并设定路径损耗指数为 3，模拟信号随距离增加的功率衰减。

2. 信号调制与信道建模 系统采用 BPSK 调制技术，将随机生成的 0/1 比特映射为 +1/-1 的基带信号。 信道模型采用独立同分布的复高斯分布构建瑞利衰落因子，每个时隙动态更新。 路径损耗根据节点间距离的负幂次方进行幅度缩放，反映了真实的尺度衰落。

3. 第一阶段：源节点广播 源节点发射信号，目的节点和中继节点同时接收。 信号在传输过程中经历瑞利衰落和路径损耗，并在接收端合并对应功率的加性高斯白噪声。

4. 第二阶段：中继放大与转发 中继节点采用 AF 协议。其核心在于计算放大增益因子。 增益因子的计算严格遵循功率约束：通过归一化处理，使得中继节点转发信号的平均功率保持恒定。计算公式充分考虑了源节点发射功率、中继接收路径的信道增益以及中继处的噪声功率。 中继将接收到的含噪信号整体放大后发送至目的节点。

5. 接收端处理与分集合并 直接路径检测：仅利用第一阶段目的节点接收的信号进行相干检测，作为对比基准。 协作路径处理：目的节点接收到中继转发的信号。该信号包含了两段信道的复合衰落以及经过中继放大后的两级噪声。 最大比合并（MRC）：这是系统的核心算法。程序计算了协作链路的等效信道增益和等效噪声方差。随后根据两条路径（S-D 和 S-R-D）的信噪比质量分配权重，对接收信号进行线性加权合并。 合并后的信号经过判决器还原为比特流。

6. 性能评估与可视化 统计各信噪比下的误码总数，计算误码率。 绘制 BER vs. Eb/N0 对数曲线图，直观对比 AF 协议与单路传输的性能增益。 输出仿真数据表，提供精确的数值对比。 展示高信噪比下的接收信号星座图，反馈 MRC 合并后的信号聚集程度，辅助分析链路质量。

关键算法分析

放大增益计算： 程序实现的是可变增益 AF 模式，增益因子能够根据瞬时信道状态进行调整，确保了中继节点的发射功率不会因为信道波动而超限。 等效信道建模： 在 MRC 处理中，程序将中继转发路径建模为一个等效的端到端信道，并计算了由中继放大引入的“噪声放大”效应对总噪声功率的影响，保证了合并权重的优化。 空间分集： 通过 MRC 技术，系统成功利用了来自不同物理路径的独立衰落信号，有效克服了深衰落对通信质量的影响。