多种中继协议与衰落信道下的中断概率仿真分析

资 源 简 介

该程序旨在深入分析协作通信系统在采用不同中继协议（如放大转发AF和解码转发DF）时，于多种无线衰落信道背景下的中断概率性能。程序完整地构建了包含源节点、中转节点和目标节点的三节点协作通信物理模型，支持模拟瑞利衰落信道、莱斯衰落信道以及Nakagami-m衰落信道等多种复杂电磁环境。通过运用概率论与数理统计方法，程序能够准确捕捉在随机波动的信道增益影响下，系统瞬时信噪比低于预设阈值而导致通信中断的现象。此外，项目实现了对不同中继位置、发射功率分配策略以及路径损耗模型的参数化配置，通过大量重复实验获取可靠的蒙

详 情 说 明

中继协作通信系统中断概率仿真分析项目说明

项目介绍

本项目是一个用于评估和分析协作通信系统的MATLAB仿真程序。它建立了一个包含源节点、中继节点和目标节点的三节点物理模型，重点对比分析了放大转发（AF）和解码转发（DF）两种主流中继协议。通过模拟不同无线衰落信道（瑞利衰落、莱斯衰落、Nakagami-m衰落），程序能够精确计算并对比系统在各种电磁环境和信噪比条件下的中断概率性能。

功能特性

支持多种中继转发协议：实现了放大转发（AF）和解码转发（DF）协议的性能评估，并与直接传输链路进行对比。 多信道环境模拟：集成了瑞利（Rayleigh）、莱斯（Rician）以及Nakagami-m三种典型的复杂无线衰落信道模型。 路径损耗模型：考虑了基于距离的路径损耗因子，支持自定义节点坐标以调整链路距离。 蒙特卡洛仿真逻辑：采用大规模重复实验（5万次迭代）来获取统计意义上的中断概率，确保结果的可靠性。 自动化可视化分析：自动生成对比图表，直观展示不同协议在瑞利信道下的性能差异，以及同一协议在不同信道环境下的鲁棒性。 部署位置建议：基于路径损耗模型，程序提供了简易的均衡分析，用于建议最佳的中继节点部署方案。

使用方法

1. 将所有相关代码文件放置在MATLAB的工作路径下。
2. 在命令行窗口直接运行主程序脚本。
3. 程序将自动开始信噪比循环迭代，实时计算各配置下的中断概率。
4. 仿真结束后，程序会弹出一个包含两个子图的图形窗口，展示仿真曲线。
5. 在MATLAB控制台窗口可以查看到关键信噪比采样点的性能汇总表格和最佳中继位置部署建议。

系统要求

软件环境：MATLAB R2021a 或更高版本。 必备工具箱：由于使用了特定的随机数生成和概率分布函数，需要安装 Statistics and Machine Learning Toolbox（统计与机器学习工具箱）。 硬件建议：建议内存 8GB 以上以保证大规模蒙特卡洛循环的高效运行。

功能实现细节与逻辑

1. 参数初始化与拓扑构建

程序首先定义了仿真的基础参数，包括0至30dB的信噪比范围、目标传输速率（1.0 bits/s/Hz）以及对应的中断门限值。在空间布局上，采用一维线性拓扑，将源节点固定在原点，目标节点固定在坐标1，中继节点默认置于中点。根据路径损耗因子（3.5），程序计算出源到中继、中继到目标以及直接链路的功率衰减系数。

1. 多信道生成算法

瑞利信道：利用正交分量服从正态分布的特性，生成复高斯随机变量，并进行方差归一化处理。 莱斯信道：在复高斯分布的基础上引入由K因子定义的非零均值（视距分量），模拟存在直射路径的环境。 Nakagami-m信道：通过伽马分布（Gamma Distribution）生成信道功率增益，通过设置参数m来模拟不同程度的衰落剧烈程度。

1. 协议执行逻辑

直接传输：仅计算源节点到目标节点的瞬时信噪比，若低于门限则判定为中断。 放大转发（AF）：中继节点对接收到的信号进行线性放大并转发。程序根据合并后的瞬时信噪比公式（考虑变量增益合并）计算目标端的性能。 解码转发（DF）：采用选择性转发策略。中继节点首先尝试对源信号解码，若源-中继链路的瞬时信噪比满足门限要求，则中继转发信号，目标端进行合并接收；若解码失败，则中继保持静默，系统性能取决于源-目标链路。

1. 统计与分析模块

程序通过双层循环实现仿真：外层遍历不同的平均信噪比点，内层进行数万次的独立同分布实验。在每一轮实验中，根据上述协议逻辑判断是否发生中断，并累计中断次数。最终通过中断次数与实验总数的比值得到中断概率。

1. 结果输出与对比

程序输出两组对比数据：一组是在瑞利衰落背景下，对比直接传输、AF和DF协议的优劣；另一组固定使用AF协议，对比其在瑞利、莱斯和Nakagami-m三种不同信道环境下的性能表现。此外，程序还通过简化模型分析了不同地理位置对系统可靠性的影响。