CN101213780A - 用于协作式编码系统的自适应调制 - Google Patents

Abstract

提供一种系统(1300)、方法和装置(1900)，用于源从至少一个候选对象(1302)(1303)中选择一个伙伴/中继，将消息的至少一部分从源(1301)发射到目的地(1304)。这一选择依赖于源(1301)的信道状况，并且当源至目的地的信道质量很差时，源选择候选对象以及源(1301)和伙伴/中继(1302)(1303)的调制模式，使得源(1301)的帧差错率(FER)降低。否则，为源(1301)和伙伴/中继(1302)(1303)中的每一个选择最能改善源(1301)的吞吐量增益的调制模式。本发明可以用于由二相移键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)和16态正交幅度调制(16－QAM)组成的模式。

Description

用于协作式编码系统的自适应调制

本发明涉及用于编码协作式无线通信系统的系统和方法，在这种无线通信系统中，用户可以根据其信道质量调整其调制模式，使数据吞吐量最大。

时变多径信号的有害叠加和来自其它用户的干扰在接收机侧导致发射信号严重衰减。分集技术为接收机提供了同一信息信号的几个独立(至少不相关)拷贝，使得所有信号分量同时衰落的概率显著减小。在无线网络中，已经证明移动台之间物理层的协作是引入分集的有效途径。这种无线系统具有与共同目的地通信的独立节点，例如无线LAN系统中的接入点(AP)和蜂窝系统中的基站。对于低移动性节点，很难通过交织来充分利用时间分集的优点。同时，由于节点的大小约束，限制了通过单个设备上多个天线的空间分集。协作式无线通信能够使节点互相使用对方的天线来获得有效形式的空间分集。伙伴节点处理从初始源收到的信号，然后将它们发射到目的地，例如AP。目的地(例如AP)将从初始节点和伙伴收到的信号合并，从而形成有效形式的空间分集。

通常，事先选择伙伴，分析表明协作能够实现完全分集，同时提高中断概率或帧差错率(FER)方面的整体性能，见，例如，A.Sendonaris等等的“User Cooperation Diversity-Part I：SystemDescription”，IEEE Trans.Commun.第51卷，第11期，第1927～1938页，2003年11月；以及“User Cooperation Diversity-Part II：Implementation Aspects and Performance Analysis”，IEEE Trans.Commun.第51卷，第11期，第1939～1948页，2003年11月，在这里，将它们全部引入作为参考。此外，在Lin等等的文章中，导出了使用Stefanov等等的编码协作算法时，协作能够提高初始用户的FER性能的条件，见Z.Lin等等的“An Asymptotic Analysis On thePerformance of Coded Cooperation Systems”，Proc.IEEE VehicularTechnology Conference，Los Angeles，2004年秋；以及A.Stefanov等等的“Cooperative Coding For Wireless Networks”，IEEE Trans.Commun，第52卷，第9期，第1470～1476页，2004年9月；在这里将它们全部引入作为参考。更进一步，所引用的参考文件说明伙伴的高信道质量能够保证用户从协作编码受益。然而，在所有上述引用的文件及目前的研究中，都假设伙伴用户在使用固定且相同的调制模式。

在无线业务中，更高数据速率是设计考虑的主要事项之一。此外，在一些无线系统中，例如IEEE 802.11，节点能够以多个速率发射它们的数据，并且能够调整它们的数据速率以适应它们的信道状况，使得其给定信道状况下吞吐量最大，分别见IEEE 802.11，“Wireless LANMAC and PHY Specifications”，Standard，1999年8月；以及G.Holland等等，“A Rate-Adaptive MAC Protocol for Multi-Hop WirelessNetworks”，Proc of the 7^th Annual International Conference on MobileComputing and Networking，第236～251页，意大利罗马，2001；在这里将它们全部引入作为参考。

因此，需要一种方式让协作伙伴能够将它们的数据速率调整到适应它们的主要信道状况，使得初始用户的(源的)数据吞吐量最大。本发明提供一种装置和方法，用于编码协作系统的协作伙伴根据它们到接入点(AP)的信道的信道质量来选择它们的调制模式，从而优化到这个AP的初始用户的数据吞吐量。

在本发明中，在伙伴的调制速率的选择中，不仅考虑伙伴的信道质量，还考虑源的信道质量。另外，在本发明中，在选择源的调制速率时也考虑源的伙伴的信道质量。

本发明给出一种系统和方法，用于让编码协作系统的协作伙伴确定：

1.对于一对协作用户，在不同的信噪比状态中由这一对协作用户使用的最佳调制速率对，使得协作的吞吐量增益最大；

以及

2.对于多个候选伙伴，怎样选择伙伴，使得源的吞吐量增益最大。

图1是协作伙伴的流程图；

图2A说明两个源和一个共同目的地的用户协作；

图2B说明使用正交直接发射的时分信道分配；

图2C说明使用正交协作式分集发射的时分信道分配；

图2D说明三种发射方案：直接、多跳式和协作式；

图3说明当源和伙伴都使用BPSK调制模式时S₁的数据吞吐量增益；

图4说明当S₁使用BPSK调制模式，S₂切换到QPSK调制模式时，S₁的数据吞吐量增益；

图5说明当S₁使用BPPSK调制模式，S₁切换到16QAM调制模式时，S₁的数据吞吐量增益；

图6说明对于γ₁＝-10dB，当S₁使用BPSK调制模式，S₂分别使用BPSK、QPSK和16QAM时，S₁的数据吞吐量增益的比较；

图7说明γ₁＝-5dB，当S₁使用BPSK调制模式，S₂分别使用BPSK、QPSK和16QAM时，S₁的数据吞吐量增益的比较；

图8说明γ₁＝0dB，当S₁使用BPSK调制模式，S₂分别使用BPSK、QPSK和16QAM时，S₁的数据吞吐量增益的比较；

图9说明γ₁＝5dB，当S₁使用BPSK调制模式，S₂分别使用BPSK、QPSK和16QAM时，S₁的数据吞吐量增益的比较；

图10说明γ₁＝10dB，当S₁使用BPSK调制模式，S₂分别使用BPSK、QPSK和16QAM时，S₁的数据吞吐量增益的比较；

图11说明γ₁＝15dB，当S₁使用BPSK调制模式，S₂分别使用BPSK、QPSK和16QAM时，S₁的数据吞吐量增益的比较；

图12说明γ₁＝-5dB，当S₁使用BPSK，S₂使用QBSK和16QAM时，阈值比较和P_f，1 ^BF；

图13说明在可能有两种选择的网络中伙伴的选择实例；

图14说明当伙伴分别使用BPSK、QPKS和16QAM时，对于γ₁＝-5dB、D₁＝1且D₁与D₂之间的角度为л/6的吞吐量增益比较；

图15说明当伙伴分别使用BPSK、QPKS和16 QAM时，对于γ₁＝0dB、D₁＝1且D₁与D₂之间的角度为л/6的吞吐量增益比较；

图16说明直接发射的吞吐量；

图17说明对于D₁＝1.0、D₂＝0.6和D_in＝0.57，具有自适应调制的直接发射、多跳和编码协作的吞吐量；

图18说明对于D₁＝1.0、D₂＝0.2和D_in＝0.69，具有自适应调制的直接发射、多跳和编码协作的吞吐量；以及

图19说明本发明中用于选择伙伴和源/伙伴调制模式的装置。

本领域技术人员应明白，下面提供的描述仅用于说明目的而不用于限制。技术人员应该明白在本发明的实质及后面的权利要求的范围内还存在许多种变化。在本文描述中省略了已知功能和操作的非必要细节，以免使本发明的描述不清楚。

不失一般性，假设有两个节点(S₁和S₂)与同一目的地(例如AP)通信，如图2A所示。令γ₁和γ₂分别表示在目的地203处接收来自S₁201和S₂202的信号的平均接收SNR。假设伙伴用户S₁ 201和S₂ 202之间的信道是对称的。用γ_in表示用户间信道的平均接收SNR。假设协作是通过如图2B所示的时分复用进行的，并且假设一个潜在卷积码。另外还假设非协作用户具有由N个编码码元组成的单独时隙，并且当协作用户在步骤101决定协作时，每一用户将其时隙分为两个，如图1的流程图中步骤101所示。如图2C中231处所示，在第一个N/2信道使用231中，源发射其编码比特的一半，如图1中的步骤103所示。在步骤104处，伙伴和目的地都收到这一发射信号。在步骤105中，伙伴试图对源的信息比特进行解码。差错检测机构，例如循环冗余校验(CRC)，表明在伙伴处的已解码拷贝是否与初始相同。如同步骤107所示，如果解码成功，伙伴使用不同的奇偶校验位对这些信息比特进行再编码，在第二个N/2信道使用232中发射它们。如果解码不成功，在步骤106中源继续自己发射。目的地合并在所有N个信道使用中收到的信号，并对合并的信号进行解码。在下一帧中，将源和伙伴的角色233、234反转。由于多跳能够减少路径损耗，因此在本发明的系统和方法中提供了多跳实施例。假设每一码元的发射能量固定为ε，S₁为源节点，S₂作为纯中继。分组首先从S₁发射到S₂。接收一成功，中继S₂就将分组转发到目的地。在多跳中，所有分组都通过两跳发射。因此，为了公平地比较，假设S₁和S₂在多跳中分别使用一半发射能量，即ε/2。在直接发射(非协作情况)和编码协作中，每一分组占用一个时隙进行发射。因此，在直接发射中，S_i(i＝1、2)仍然使用ε来发射整个分组，且在编码协作中，S_i使用ε来以协作方式发射整个分组的一半。在图2D中说明这三种方案。

假设噪声为具有零均值，功率谱密度为的加性高斯白噪声。

为了简单起见，忽略伙伴处的处理功率。考虑具有零均值和单位方差的复高斯平坦衰落信道。对于低移动性环境而言，假设在发射过程期间或者对于每一时隙，每一用户只能观察到朝向目的地的一个衰落电平。由于用户之间的空间隔离，这些衰落是独立的。因此，用户到目的地的信道是准静态的，协作发射导致块衰落环境。还假设用户间信道为准静态的，并且独立于用户到目的地的链路。以下文件描述了这一协作方案和信道模型：A.Stefanov等，“Cooperative Coding forWireless Network”IEEE Transactions on Communications，第52卷，第9期，第1470～1476页，2004年9月，在这里将它全部引入作为参考。

对于本发明中多跳和协作式系统和方法里使用的自适应调制，假设两个伙伴节点都能根据在目的地(例如AP)的平均接收SNR从候选对象中选择它们自己的调制模式。候选对象包括但不限于：二相移键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)和16态正交幅度调制(16-QAM)。当采用本发明的协作协议时，令M₁和M₂分别表示由S₁201和S₂202发送的每一码元的比特数；直接与目的地通信时，N₁和N₂分别为S₁201和S₂202发射的每一码元的比特数。令K₁和K₂分别表示在多跳中由S₁和S₂发送的每一码元的比特数。因此，对于BPSK、QPSK、16-QAM，M₁、M₂、N₁、N₂、K₁和K₂∈{1，2，4}。不失一般性，假设N₁＝N₂。

在编码协作式系统中有三种方法来使用本发明的自适应调制方案：

1.伙伴改变其调制模式，但源将自己的速率保持恒定，即M₁＝N₁；

2.源调整其调制速率，伙伴固定其调制模式，即M₂＝N₂；以及

3.源和伙伴同时改变它们的调制速率。

以下仅分析前两种情况中每一种情况对应的吞吐量性能。通过扩展前两种情况的结果，能够很容易地获得第三种情况的结果。

在下面的段落中，首先分析直接发射、多跳和编码协作式系统的吞吐量性能，接着定义归因于协作的吞吐量增益，最后导出在哪种条件下协作会导致源的吞吐量增益。假设：

●目的地(例如AP)使用CRC来检测每一分组中的所有差错，没有检测到的发射差错的概率可以忽略；

●从接收机到发射机的应答发射中没有差错，并且这一发射是瞬时完成的；

●每一用户的码元发射速率固定为R_S，每一用户使用具有速率R的同一卷积码；

●每一数据分组都包含B个数据比特，并且忽略系统开销比特，使得每一帧/分组的长度都等于N比特，其中N＝B/R；以及

●将吞吐量定义为正确收到的每秒有效载荷比特的数量。直接发射：对于非协作式(直接)情形的FER为 $P_{f,i}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}}={\hat{P}}_{f,i}^{\mathrm{QS}}$ 。在这种情况下，将用户i的数据的编码非协作式(直接发射)系统的吞吐量写为：

${\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{no}-\mathrm{coop},i}=\frac{B(1-P_{f,i}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}})}{\frac{B}{N_i{R}_{s}R}}=N_i{R}_{s}R(1-P_{f,i}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}})=N_i{R}_{s}R(1-{\hat{P}}_{f,i}^{\mathrm{QS}})---\left(1\right)$

注意

是N₁和γ₁的函数。对于高阶调制，

增大，但Г_no-coop，i中的乘法因子也增大。因此存在优化调制方案N₁，这个方案依赖于平均接收SNR，从S₁到目的地的γ₁。

多跳：S₁将编码分组重新发射给S₂直到分组被S₂成功接收。接着S₂将分组中继到目的地。如果在目的地处收到的分组中有差错，S₂就重新发射。我们令P^QS _m，in和P^QS _m，2分别表示多跳中从S₁到S₂和从S₂到目的地的准静态信道的信道码的FER。对于多跳方案，要让一个分组通过，在第一跳(从S₁到S₂)中花费平均

次发射，在第二跳(S₂到目的地)中花费平均次发射。因此，平均来说，第一跳发射需要秒，第二跳发射需要

秒。将从源到目的地的时间加起来，每一分组成功通过总共需要 $\frac{B}{(1-P_{m,\mathrm{in}}^{\mathrm{QS}})K_1{R}_{s}R}+\frac{B}{(1-P_{m,2}^{\mathrm{QS}})K_2{R}_{s}R}$ 秒。于是，多跳中S₁的吞吐量为：

${\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{mhop}}=\frac{B}{\frac{B}{(1-P_{m,\mathrm{in}}^{\mathrm{QS}})K_1{R}_{s}R}+\frac{B}{(1-P_{m,2}^{\mathrm{QS}})K_2{R}_{s}R}}=\frac{R_{s}R}{\frac{1}{(1-P_{m,\mathrm{in}}^{\mathrm{QS}})K_1}+\frac{1}{(1-P_{m,2}^{\mathrm{QS}})K_2}}$

我们从上述公式中发现由于P_m，in ^QS和P_m，2 ^QS独立地依赖于从S₁到S₂和从S₂到目的地的信道质量，S₁和S₂独立地根据从S₁到S₂和从S₂到目的地的信道质量调整它们的调制速率K₁和K₂。

对于编码协作式发射，如图2D所示，在编码协作的第一次发射中，S_i将一半编码比特发射至目的地和S_j，其中i≠j，i，j∈{1，2}。如果S_i正确地将S_j发送的信息比特解码，那么S_j将另一半编码比特发送给目的地。如果在目的地处有差错，那么所有后续分组都由S_i和S_j以协作方式发射。另一方面，如果S_j不能对S_i的信息解码，那么S_i继续发射剩余的编码比特。在这种情况下，所有的重新发射将直接来自源。这就使我们能够快速释放伙伴的源，同时仍然受益于协作。当目的地从S_i接收一半分组，从S_j接收剩余一半时，令P_f，i ^QS表示从S_i到目的地的准静态信道的FER，P_f，i ⁱⁿ表示从S_i到S_j的准静态信道的前一半信道码的FER，P_f，i ^BF表示协作式块衰落信道的FER。当S_i与S_j以协作方式发射时(这种情况具有(1-P_f，i ⁱⁿ)的概率)，平均需要次重新发射，分组的每一发射需要

秒。当S_i自己发射时(这种情况具有P_f，i ⁱⁿ的概率)，我们平均需要

次发射，每次发射需要

秒。于是，

${\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{coop},i}=\frac{B(1-P_{f,i}^{\mathrm{in}})(1-P_{f,i}^{\mathrm{BF}})}{\frac{B}{2M_1{R}_{S}R}+\frac{B}{2M_2{R}_{S}R}}+\frac{{\mathrm{BP}}_{f,i}^{\mathrm{in}}(1-P_{f,i}^{\mathrm{QS}})}{\frac{B}{2M_i{R}_{S}R}}$

$=\frac{R_{S}R(1-P_{f,i}^{\mathrm{in}})\left(1{-P}_{f,i}^{\mathrm{BF}}\right)}{\frac{1}{2M_1}+\frac{1}{2M_2}}+\frac{R_{S}R{P}_{f,i}^{\mathrm{in}}(1-P_{f,i}^{\mathrm{QS}})}{\frac{1}{2M_i}}---\left(2\right)$

由于S₁和S₂会使用不同的调制模式，因此P_f，1 ⁱⁿ可能不等于P_f，2 ⁱⁿ。

将直接发射和协作式发射方案进行比较，由于对于非协作式(直接)发射和协作式方案，S_i可能具有不同的调制方案，因此P_f，i ^QS不必等于

。注意，在多跳中，S₁以每码元发射能量ε/2将所有编码比特发射给S₂，但在编码协作中，S₁仅将一半编码比特发射给S₂，每码元发射能量为ε。因此，P_m，in ^QS不同于P_f，1 ⁱⁿ。从公式(2)中可以看到，在编码协作式系统中S_i的吞吐量依赖于P_f，i ^BF，P_f，i ^QS和P_f，i ⁱⁿ，这些FER概率依赖于所有三个链路SNR，γ₁、γ₂和γ₁₂。因此，为了优化Г_coop，S₁和S₂应当使它们的调制不仅基于它们自己至目的地的信道质量，还要基于所有这些链路。

已经说明当 $(\frac{P_{f,i}^{\mathrm{BF}}}{P_{f,i}^{\mathrm{QS}}}<1)$ 时，在某些条件下协作有益于用户，见Zinan Lin等等，“An Asymptotic Analysis On the Performance of CodedCooperation Systems”，Proc.IEEE Vehicular Technology Conference，Los Angeles，2004年秋，在这里将它全部引入作为参考。

以下段落定义用户吞吐量增益，以便测量由于协作而获得的吞吐量改善。假设协作用户S₁和S₂在协作式通信中根据它们至目的地的信道的质量调整它们的调制模式。对于在它们之间使用固定信道码的协作，将归因于协作的S₁的数据吞吐量增益定义为

$G_{\mathrm{\&Gamma;},i}=\frac{{\mathrm{\&Gamma;}}_{\mathrm{coop},i}}{{\mathrm{\&Gamma;}}_{\mathrm{no}-\mathrm{coop},i}}=\frac{2(1-P_{f,i}^{\mathrm{in}})(1-P_{f,i}^{\mathrm{BF}})}{N_i(\frac{1}{M_i}+\frac{1}{M_j})(1-{\hat{P}}_{f,i}^{\mathrm{QS}})}+P_{f,i}^{\mathrm{in}}\frac{M_i}{N_i}\frac{1-P_{f,i}^{\mathrm{QS}}}{1-{\hat{P}}_{f,i}^{\mathrm{QS}}}---\left(3\right)$

其中N_i、M_i、M_j∈{1，2，4，6}，i≠j，i和i，j∈{1，2}。基于这一定义，当G_Г，i＞1时，协作能够改善S_i的数据吞吐量，并且S_i的总数据速率得到提高。请注意，如果两个伙伴用户都使用相同的调制速率并将它固定下来，即M_i＝N_i＝M_j，那么归因于协作的吞吐量增益等于归因于协作的FER增益。关于信道质量如何影响FER增益的所有结果在本文中都是正确的。

命题1a：用户在吞吐量方面受益于编码协作，即，当且仅当 ${\mathrm{\&theta;}}_{f,i}=\frac{P_{f,i}^{\mathrm{BF}}}{P_{f,i}^{\mathrm{QS}}}<1$ 时，G_Г，i＞1。

命题2a：如果 ${\mathrm{\&theta;}}_{f,i}=\frac{P_{f,i}^{\mathrm{BF}}}{P_{f,i}^{\mathrm{QS}}}<1,$ 那么G_Г，i是γ_in的递增函数(或P_f，i ⁱⁿ的递减函数)，即，协作增益随用户间信道质量的改善而提高。

不失一般性，在下面的命题中仅考虑S₁：

命题3a(伙伴具有好的链路质量)：假设目的地处的S₁和用户间信道的SNR是固定的，即，γ₁和γ_in是固定的，那么，S_i的协作增益，G_Г，1＞1，是γ₂的递增函数。当γ₂∞时，G_Г，1＞1，也就是说协作有益于S₁，而与γ₁和γ_in无关。因此，与好用户协作，在吞吐量方面始终是有益的。

命题4a(用户具有好链路质量)：假设γ₂和γ_in固定。那么G_Г，1是γ₁的递减函数。当γ₁∞时，G_Г，1当且仅当γ₂≥γ₂ ^*，其中该阈值γ₂ ^*仅依赖于所使用的信道码。因此，仅当伙伴具有高于特定阈值的接收SNR时，协作才有益于好用户，而与用户间信道质量无关。

命题5a(具有好链路质量的对称用户)：考虑用户S₁和S₂之间的编码协作，两个用户都具有到目的地的类似信道质量，即γ₁≈γ₂＝γ。我们假设γ_in是固定的。那么每一用户的协作增益，G_Г，1或G_Γ，2是γ的递增函数。当γ∞时，G_Г，i＞1，而与γ_in无关。因此，在两个好用户之间的协作总是有益于双方。

然而，为了更有效地提高系统的吞吐量，用户根据它们不同的信道质量选择它们的调制速率，即，M_i不一定等于M_j或N_i。因此，不再保持归因于协作的FER增益和吞吐量增益之间的平衡。但是，伙伴的接收SNR影响吞吐量增益和FER增益的方式是类似的。

不失一般性，S₁是下面所有讨论中的焦点。

命题1：对于固定的γ₁和γ_in(P_f，1 ⁱⁿ)及选定的N₁、M₁和M₂，G_Г，1随γ₂增大。

证明：对于固定的γ₁和γ_in(P_f，1 ⁱⁿ)及选定的N₁、M₁和M₂，公式(3)中除P_f，1 ⁱⁿ以外所有项都固定。随着γ₂的增大，1-P_f，1 ^BF也增大。因此，S₁的吞吐量增益，G_Г，1因为γ₂增大而得到改善。

命题1说明，当伙伴处于更好情形时，吞吐量增益增大。换句话说，与“更好的”伙伴协作能够为初始用户带来更多益处，其中更好指的是到目的地的信道具有更好的信道质量。

在下面的段落中，假设仅有一个伙伴将它的调制速率调整到适应于它的信道条件，源保持其调制模式不变，即M₁＝N₁。

命题2：当用户S₁201和S₂202分别使用具有M₁比特/码元和M₂比特/码元的调制速率时，在协作期间，当且仅当

时，用户1从协作获得吞吐量增益，即，G_Г，1＞1，其中

${\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}=\frac{2}{\frac{M_1}{M_2}+1}---\left(4\right)$

证明：源固定其调制模式，因此， $P_{f,1}^{\mathrm{QS}}={\hat{P}}_{f,1}^{\mathrm{QS}}.$ 使用G_Г，1的定义，我们可以很容易地得到 $G_{\mathrm{\&Gamma;},1}\underset{>}{<}1\&DoubleLeftRightArrow;{\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}\frac{1-P_{f,1}^{\mathrm{BF}}}{1-P_{f,1}^{\mathrm{QS}}}\underset{>}{<}1.$ 根据命题1，当源在协作期间不改变其调制速率时，归因于协作的吞吐量增益仅依赖于

用户间信道的质量(该质量导致不同的P_f，1 ⁱⁿ值)并不决定源是否因为协作而得到吞吐量收益。这一结论与以下参考文件给出的结论是一致的：Zinan Lin等等，“An Asymptotic Analysis On thePerformance of Coded Cooperation Systems”，Proc.IEEE VehicularTechnology Conference，Los Angeles，2004年秋，其中说明了用户i归因于协作的FER是否得到改善仅依赖于 ${\mathrm{\&Theta;}}_f=\frac{P_{f,i}^{\mathrm{BF}}}{P_{f,i}^{\mathrm{QS}}},$ 而与用户间信道质量无关。但是，通过协作能获得多少吞吐量收益由用户间信道的信道质量确定。

使用在Zinan Lin等等的参考文件(Zinan Lin等等，“AnAsymptotic Analysis On the Performance of Coded CooperationSystems”，Proc.IEEE Vehicular Technology Conference，Los Angeles，2004年秋)中定义的用户在FER方面获益于协作的条件(θ_f＜1)和命题2，由于协作的吞吐量增益和FER增益之间的如下关系：

命题3：考虑S₁和S₂之间的编码协作，其中S₁固定其调制模式，S₂根据信道质量改变其调制模式。当S₂使用比S₁高的调制速率时，即，M₂＞M₁，S₁归因于协作的FER改善能够保证S₁具有得益于协作的更高的吞吐量，即 $P_{f,1}^{\mathrm{coop}}<P_{f,1}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}}\&DoubleRightArrow;G_{\mathrm{\&Gamma;},1}>1.$ 但是，当S₂使用比S₁低的调制速率时，即，M₂＜M₁，如果协作为S₁带来更高的吞吐量，那么协作一定也能够改善S₁的FER性能，即， $G_{\mathrm{\&Gamma;},1}>1\&DoubleRightArrow;P_{f,1}^{\mathrm{coop}}<P_{f,1}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}}.$

证明：在参考文件Zinan Lin等等，“AnAsymptotic Analysis On thePerformance of Coded Cooperation Systems”，Proc.IEEE VehicularTechnology Conference，Los Angeles，2003年秋中说明了，对于图1中描述的编码协作，当且仅当 $P_{f,1}^{\mathrm{BF}}<P_{f,1}^{\mathrm{QS}}$ 时， $P_{f,1}^{\mathrm{coop}}<P_{f,1}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}}.$

对于M₂＞M₁且 ${\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}>1$ 的情况，当 $P_{f,1}^{\mathrm{coop}}<P_{f,1}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}},$ $\frac{1-P_{f,i}^{\mathrm{BF}}}{1-P_{f,i}^{\mathrm{QS}}}>1,$ 并且利用命题2时， ${\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}\frac{1-P_{f,1}^{\mathrm{BF}}}{1-P_{f,1}^{\mathrm{QS}}}>1\&DoubleLeftRightArrow;G_{\mathrm{\&Gamma;},1}>1.$ 对于M₂＜M₁且 ${\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}<1$ 的情况，如果G_Г，1＞1，那么， ${\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}\frac{1-P_{f,i}^{\mathrm{BF}}}{1-P_{f,i}^{\mathrm{QS}}}>1,$ 因此由于 ${\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}<1$ 所以

必定大于1。因此，对于M₁＞M₂的情况，G_Г，1＞1能够保证 $\frac{P_{f,i}^{\mathrm{BF}}}{P_{f,i}^{\mathrm{QS}}}<1$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{coop}}<P_{f,1}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}}.$

下面的段落说明，当初始用户在协作中保持它与目的地单独通信中使用的相同调制模式的时候，初始用户的接收SNR如何影响其吞吐量增益：

命题4：对于固定的γ₂和γ_in(P_f，2 ⁱⁿ)及选定的M₁和M₂，如果协作导致源的FER下降，即， $P_{f,1}^{\mathrm{coop}}<P_{f,1}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}},$ 那么S₁的数据吞吐量增益(为G_Г，1)随着γ₁的增大而减小。

证明：我们有

$\frac{\&PartialD;G_{\mathrm{\&Gamma;},1}}{{\&PartialD;\mathrm{\&gamma;}}_1}={\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}(1-P_{f,1}^{\mathrm{in}}\left[\frac{\frac{1}{{\left(P_{f,1}^{\mathrm{QS}}\right)}^2}\frac{\&PartialD;P_{f,1}^{\mathrm{QS}}}{\&PartialD;{\mathrm{\&gamma;}}_1}(1-{\mathrm{\&Theta;}}_{f,1})+\frac{\&PartialD;{\mathrm{\&Theta;}}_{f,1}}{\&PartialD;{\mathrm{\&gamma;}}_1}(1-\frac{1}{P_{f,1}^{\mathrm{QS}}})}{{(\frac{1}{P_{f,1}^{\mathrm{QS}}}-1)}^2}\right]---\left(5\right)$

其中， ${\mathrm{\&Theta;}}_{f,1}=\frac{P_{f,1}^{\mathrm{BF}}}{P_{f,1}^{\mathrm{QS}}}.$ 在参考文件Zinan Lin等等，“An AsymptoticAnalysis On the Performance of Coded Cooperation Systems”，Proc.IEEE Vehicular Technology Conference，Los Angeles，2003年秋中已经说明，对于固定的γ_in和γ₂，Θ_f，1是γ₁的递增函数。因此 $\frac{\&PartialD;G_{\mathrm{\&Gamma;},1}}{\&PartialD;{\mathrm{\&gamma;}}_1}>0.$ 根据 $P_{f,1}^{\mathrm{QS}}<1$ 及 $P_{f,1}^{\mathrm{coop}}<P_{f,1}^{\mathrm{no}-\mathrm{coop}}\&DoubleLeftRightArrow;{\mathrm{\&Theta;}}_{f,1}<1$ 等价的情况，得出 $\frac{\&PartialD;G_{\mathrm{\&Gamma;},1}}{\&PartialD;{\mathrm{\&gamma;}}_i}<0.$ 因此，G_Г，1随γ₁递减。

根据命题4，如果协作式编码在FER方面有益于初始用户，那么归因于协作的吞吐量增益随着源的信道质量的改善而减小。但是，如果协作在FER方面不能给源带来好处(Θ_f，1＞1)，那么，当源的信道质量改善时，很难确定源的吞吐量增益怎样改变。

在下面的段落中，伙伴保持跟它与目的地单独通信相同的调制模式，但源动态地改变其调制模式。由于源有可能使用跟其与目的地单独通信时不同的调制模式，M₁不必与N₁相同，于是P_f，1 ^no-coop不是总等于P_f，1 ^qs。根据(3)得知，如果源调整其调制模式，源归因于协作的吞吐量增益依赖于用户间信道的FER，这一点不同于源固定它自己的调制模式的情况。因此，如果源在协作期间调整其调制速率，那么协作是否改善源的吞吐量将依赖于用户间信道质量。

下面分析源固定其调制模式，伙伴改变其调制模式的情况，这一分析的目的是寻找在不同SNR范围的情况下能够由伙伴使用，使源的数据吞吐量最大的优选调制模式。

在参考文件Zinan Lin等等，“An Asymptotic Analysis On thePerformance of Coded Cooperation Systems”，Proc.IEEE VehicularTechnology Conference，Los Angeles，2003秋中说明了，与具有至目的地的好信道质量的用户协作总是有益于源。在这种情况下，伙伴可以利用其好的信道质量，可以选择更高的调制模式，从而能够提高至目的地的总数据速率。

接下来，确定由伙伴使用的更高的调制速率是否单独就能够提高系统的吞吐量，或者伙伴的调制速率的选择也依赖于源的SNR。

不失一般性，首先考虑M₁≤M₂的情况。下面的段落研究的是(a)伙伴仅根据它自己的信道质量来选择其调制模式，(b)初始用户的信道质量也影响伙伴的调制速率选择，和(c)伙伴根据SNR的不同范围选择最佳调制速率。最后，给出将这三种情况与M₁＞M₂的情况相合并的分析，以确定对于这两个伙伴用户不同范围SNR对，这两个伙伴用户的最佳调制速率对，使得这一选择使源的吞吐量增益最大。由于M₁、M₂∈{1，2，4}，并且M₁≤M₂，我们有Θ_M1的六种可能值。在编码协作算法中，前一半编码比特由源发送，由伙伴和目的地两者收到。如果伙伴成功地对这些编码比特解码，那么伙伴帮助初始用户发射另一半编码比特。否则，源继续自己发射。因此，为了提高由源发送的前一半编码比特的解码成功概率，假设源的调制模式被固定为BPSK，即M₁＝1。请注意如果源至目的地的信道质量很好，那么源可以使用另一个调制速率。同时，当M₁＝1时，M₂在M₁≤M₂的条件下对其值有更多的选择。使用(4)，当M₂等于1、2、4时分别得到 ${\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}^1=\frac{1}{2}$ 、 ${\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}^2=\frac{2}{3}$ 、 ${\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}^3=\frac{4}{5},$ 并且我们将G_Г ⁿ作为具有Θ_M1 ⁿ值的相应情况的对应吞吐量增益，其中n＝1，2，3分别对应于M₂＝1，2，4。现在，问题变成为了选择G_Г ⁿ的最大值，针对M₁＝1及给定的γ₁和γ₂，怎样选择最佳调制速率。为了比较给定γ₁和γ₂处G_Г ⁿ的值，由于用户间信道和源至目的地的信道质量相同，所以源的P_f，1 ⁱⁿ和P_f，1 ^QS不变。但是，由于M₂值的不同，所以P_f，1 ^BF，n的值也不同，其中P_f，1 ^BF，n是具有不同M₂值的协作块衰落信道的FER，且n＝1，2，3分别表示M₂＝1，2，4。因此，

$G_{\mathrm{\&Gamma;}}^n=2\frac{(1-P_f^{\mathrm{in}})}{(1-P_{f,1}^{\mathrm{QS}})}{\mathrm{\&Theta;}}_{M_1}^n(1-P_{f,1}^{\mathrm{BF},n})+P_{f,1}^{\mathrm{in}}---\left(6\right)$

使用公式(6)比较G_Г ⁿ的值，有下列条件：

1) $G_T^1\underset{<}{>}{G}_T^2\&DoubleLeftRightArrow;P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}\underset{<}{>}{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 其中 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{1}{4}+\frac{1}{2}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}---\left(7\right)$

2) $G_T^1\underset{<}{>}{G}_T^3\&DoubleLeftRightArrow;P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}\underset{<}{>}{\mathrm{\&Lambda;}}_{13},$ 其中 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{3}{8}+\frac{5}{8}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}---\left(8\right)$

3) $G_T^2\underset{<}{>}{G}_T^3\&DoubleLeftRightArrow;P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}\underset{<}{>}{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 其中 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{6}+\frac{5}{6}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2}---\left(9\right)$

对于给定的任意γ₁和γ₂，比较Λ₁₂、Λ₁₃和Λ₂₃，我们得到

Λ₁₂＜Λ₁₃    (10)

在参考文件J.Proakis的Digital Communication第四版，McGraw-Hill，New York，2001，第264～272页(在这里将它全部引入作为参考)中说明了较高的调制速率导致较高的差错率。因此，

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}---\left(11\right)$

将不等式(10)～(11)和条件1～3合并，我们在假设初始用户使用BPSK调制的情况下得到下列结果：

1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ¹最大，即，如果伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大；

2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ²最大，即，如果伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；

3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ³最大，即，如果伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大；

4)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ²最大，即，如果伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_T ³最大，即，如果伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大。

上述结果提供了用于确定伙伴使用的合适调制速率以优化源的数据吞吐量的手段。这些结果表明不仅伙伴的信道质量，还有源的信道质量都会影响伙伴调制速率的选择。为了使源的数据吞吐量最大，这些结果还要求在源选择其调制速率时也考虑其伙伴的信道质量。

本领域技术人员很容易就能将前述结果扩展到初始用户所使用的任何调制模式。例如，如果源使用QPSK，那么可以应用结果4，即如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 那么G_T ²最大，且如果伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_T ³最大，且伙伴选择16-QAM调制模式为初始用户带来最大吞吐量。另一方面，如果源具有比伙伴更高的调制速率，那么Θ_M1 ⁿ的值改变。但是，上述算法用于确定伙伴使用的选定调制速率最好，使源的数据吞吐量最高的条件。

在这一节中，集中讨论源将其调制模式固定为QPSK或16-QAM时的情况，以及伙伴怎样调整其调制模式，使得源的吞吐量最大。类似于源使用BPSK的情况，当源使用QPSK时，Λ₁₂、Λ₁₃和Λ₂₃变为 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 、 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 和 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{4}+\frac{3}{4}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2}.$

对于给定的任意γ₁和γ₂，我们有

Λ₁₂＜Λ₁₃    (12)

且

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}---\left(13\right)$

使用不等式(12)到(13)，我们在假设初始用户使用QPSK调制的情况下得到下列结果：

1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ¹最大，即，如果伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大；

2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ²最大，即，如果伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；

3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ³最大，即，如果伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大；

4)当 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12}$ 时，如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 那么G_Г ²最大，即，如果伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_Г ³最大，即伙伴所选择的16-Qam调制模式给源带来最大吞吐量。当源使用16-QAM，Λ₁₂、Λ₁₃和Λ₂₃变为 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{2}{5}+\frac{3}{5}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 、 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{3}{5}+\frac{2}{5}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 和 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2}.$

对于给定的任意γ₁和γ₂，我们仍然有

Λ₁₂＜Λ₁₃    (14)

使用不等式(13)和(14)，当源使用16-QAM时，我们得到类似的结果：

1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ¹最大，即，如果伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大；

2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ²最大，即，如果伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；

3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ³最大，即，如果伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大；

4)当 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12}$ 时，如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 那么G_Г ²最大，即，如果伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_Г ³最大，即伙伴所选择的16-QAM调制模式会给源带来最大吞吐量。

在本节中讨论两种情况：第一种情况是当伙伴固定其调制速率时，源怎样调整其调制模式的情况，第二种情况是两个伙伴用户同时调整它们的调制模式。

在这两种情况中，随着源改变其调制模式P_f ⁱⁿ，P_f，1 ^QS和P_f，1 ^BF都改变。很难仅仅根据吞吐量增益表示G_Г来分辨伙伴用户使用的哪些调制对能够带来最高吞吐量。但是，我们可以进行如下处理：我们可以对伙伴用户针对任意固定的γ₁和γ₂使用不同调制模式情况下的FER进行模拟，然后计算这些FER的吞吐量。接着我们比较伙伴用户使用不同调制模式时的吞吐量值，并找出用户使用什么调制模式使得对于不同γ₁和γ₂的吞吐量最大。在实际情况中，伙伴用户可能根据从模拟获得的结果来选择调制模式，以使不同接收SNR(γ₁和γ₂)的吞吐量最大。

在下面的段落中，给出吞吐量增益的数值结果，这些数值结果说明源的信道质量怎样影响数据吞吐量增益，通过协作能够获得多少吞吐量增益，以及通过使用根据本发明的系统和方法中的自适应调制能够获得什么样的进一步改善。为了简化这一介绍，在下面所有模拟实例中，仅考虑BPSK、QPSK和16QAM调制模式，并且将[5，7，5，7]卷积码用作信道码。

固定的源调制模式：我们假设理想的用户间信道，即 $P_f^{\mathrm{in}}=0$ 。在所有实例中，我们分别固定γ₁为-10dB、-5dB、0dB、10dB、15dB，并改变γ₂。S₁针对非协作式通信使用BPSK调制模式。我们假设理想的用户间信道。图3、4和5说明当S₁固定其调制模式为BPSK且S₂分别使用BPSK、QPSK和16-QAM调试模式时S₁的吞吐量增益。我们可以从这三个图确定，随着伙伴的SNR(γ₂)增大，对于任意固定的γ₁，S₁的吞吐量增益改善得越来越多。这与命题1是一致的。当S₁的信道质量很差(低SNR状态)时，归因于协作的吞吐量增益对于任意固定的γ₂最大。当S₁使用BPSK且S₂使用BPSK和QPSK时，S₁的FER从图3、4和5提供的实例中的协作受益。我们从图3和4中观察到，对于任意固定的γ₂，S₁的吞吐量增益随着γ₁减少。对于S₁使用BPSK且S₂使用16-QAM的情况，由于与BPSK和QPSK调制模式相比，16-QAM导致较高的FER，当在该实例中  足够高时(＞7.5dB)，初始用户仅在FED方面从协作获益，即P^coop＜P^no-coop。因此，我们可以从图5中看到，当γ₂＞7.5dB时(其导致P^coop＜P^no-coop)，S₁的吞吐量增益随γ₁减少。这与命题4相一致。此外，我们可以从图5中看到，即使γ₂＜7.5dB，当S₁处于低SNR情况下(例如γ₁＝-10dB、-5dB)，与S₂协作，S₁仍然能够在吞吐量方面有很大程度的改善。这说明当伙伴用户具有不同速率时FER增益和吞吐量增益之间的不平衡。简而言之，我们从这些图得出结论：当S₁处于低SNR情况时，协作对初始用户吞吐量的改善多得多；如果伙伴使用比初始用户高的调制模式，即使初始用户的FER不因为协作而改善，初始用户仍然能够在吞吐量方面从协作受益。

图6-11针对S₂分别使用BPSK、QPSK和16-QAM，γ₁＝-10dB、-5dB、0dB、5dB、10dB和15dB的情况，比较S₂归因于协作的数据吞吐量增益。观察这些图，我们可以发现当γ₁处于非常低SNR情形，即γ₁＝-10dB、-5dB时，对于低γ₂值，S₂所使用的BPSK调制模式可以导致S₁的较高吞吐量增益。这是因为如果两个用户的SNR都很低，那么与较高调制模式相比，较低调制模式导致较低FER值。再一次，对于γ₁＝-10dB或-5dB的情况，随着γ₂的增大，当γ₂足够高时(即对于γ₁＝-10dB，γ₂＞14dB，以及对于γ₁＝-5dB，γ₂＞13.5dB)，与使用QPSK调制的S₂协作将为S₁带来最大的吞吐量增益。S₂使用的16-QAM给予S₁最高的吞吐量增益。对于γ₁＞0dB的情况，当γ₂＝-11dB时，与使用QPSK调制的S₂协作给初始用户带来最高的吞吐量；当γ₂＝11dB时，如果S₂使用16-QAM，S₁从协作获得最大的吞吐量收益。这是因为虽然较高的调制模式能够每次发射较多比特，但是当初始用户的信道质量很差时，从与具有较高调制模式的伙伴的协作获得的FER非常高，它导致每一信息比特的成功发射率较低。当γ₁很大时，例如γ₁＝5dB、10dB、15dB，我们可以从图9～11中看到，只要γ₂不是很低，伙伴使用的16-QAM总是为S₁带来最大的吞吐量增益。原因是伙伴用户具有足够好的信道质量时，得到的归因于较高调制模式的FER不再很高，因此伙伴使用的较高调制模式给予初始用户较高的吞吐量增益。如同这些图所示，我们可以发现为了使初始用户的吞吐量最大，如果伙伴根据信道质量来调整其调制速率，那么归因于协作的吞吐量增益会提高更多，并且伙伴对调制模式的选择不仅依赖于它自己的信道质量，还依赖于初始用户的信道质量。由于协作涉及两个用户而不是仅一个，因此当初始用户具有很低SNR时，伙伴使用的较高调制模式不能为初始用户带来较高吞吐量增益；仅当初始用户具有足够好的信道质量时，伙伴使用的较高调制模式才能使协作导致初始用户的较高吞吐量增益。

对于伙伴对调制模式的选择，我们可以基于吞吐量增益的直接计算或使用结果1～4的标准。例如，γ₁＝-5dB，当γ₂＜3dB时，S₂选择BPSK，给与S₁最大的吞吐量增益，如图7所示。图12说明在S₁使用BPSK和S₁分别使用QPSK和16-QAM的情况下P_f，1 ^BF的值，以及Λ₁₂、Λ₁₃和Λ₂₃的阈值。对于γ₂＜3dB，P_f，1 ^BF，2比Λ₁₂大，P^BF，3比Λ₂₃大。根据结果1，S₂使用的BPSK在吞吐量方面给S₁带来最大的收益。对于3dB＜γ₂＜10.5dB， $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12}$ 且P^BF，3＞Λ₁₃，使用结果2，我们得到S₁选择具有QPSK的S₂以得到最大的吞吐量增益。对于10.5dB＜＜13.5dB， $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ P^BF，3＜Λ₁₃且P^BF，3＞Λ₂₃，因此，使用结果4，我们发现S₂应该选择QPSK以使S₁的吞吐量增益最大。当γ₂＞13.5dB， ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}>P_{f,1}^{\mathrm{BF},3},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}>P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}$ 且 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}>P_{f,1}^{\mathrm{BF},3},$ 使用结果4，S₂选择16-QAM以使S₁的吞吐量最大。γ₂的所有这些阈值都与图7所示结果相匹配。

下面的段落说明源对伙伴的选择，即，怎样在候选对象的清单中选择最佳伙伴，使得源的数据吞吐量可以通过与伙伴协作而得到最大改善。同时在该下面的段落介绍的是源的信道质量如何影响伙伴选择。不失一般性，考虑一种情况，在这种情况中可能的伙伴被分为两群，一群具有至目的地的非常好的信道质量，但是用户间SNR低，另一群具有非常好的用户间信道质量，但是至目的地的信道质量不好。在图13中描述了这种特定情况。

假设伙伴已经使用最佳调制，因而当单独的伙伴和源协作时，吞吐量增益最大。在这里S₂代表具有良好质量的用户间信道(例如S₂可能接近S₁)，至目的地和到源S₁一样，具有类似的信道质量，S₂代表具有至目的地的良好信道质量的伙伴(例如S₃接近目的地)。注意，与S₂的协作导致两级分集，与S₃的协作总是有助于源明显提高吞吐量，如同前述数值实例所说明的一样。因此，找出那种影响占主导地位，并且源的信道质量是否影响其伙伴对调制速率的选择是有意义的。下面的数值实例说明伙伴选择问题。

在下面的实例中将路径损耗效应与平坦瑞利衰落结合。如图14和15所示，其中D₁固定在1.0，S₁和S₂之间的角度为

，并且假设

分别为0dB和5dB，我们得到在伙伴和目的地之间的不同距离的吞吐量增益。当伙伴和目的地之间的距离很小(这意味着伙伴接近目的地但远离源)时，两个伙伴用户之间的用户间信道更差，因此P_f ⁱⁿ更高。假设D₂＝0.7并且D3＝0.1。如图14和15所示，对于 $\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}=0\mathrm{dB},$ 16QAM是当S₁与S₃协作时，S₃使用以获得S₁的最大吞吐量增益的最佳调制速率。QPSK是S₂使用的最佳调制速率，因此S₁归因于S₁和S₂之间协作的吞吐量增益最大。在这种情况下，当S₁至源的信道质量很差时，由于更好的用户能够更好地帮助S₁，因此S₁选择S₃而不选择S₂以获得更大的协作增益。但是，对于 $\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}=-5\mathrm{dB}$ (这意味着源至目的地的链路质量很差)，由于S₂在协作期间使用比S₃的更低的调制速率，因此源倾向于S₂。当源至目的地的信道质量已经很差时，源选择能够帮助源获得较低FER值的伙伴，而不选择具有较高数据速率的伙伴。从这两个例子可知，当存在一列使用不同调制模式以使源的吞吐量增益最大的候选对象时，源的信道质量影响其最佳伙伴选择，因此它的吞吐量增益能得到最大程度的改善。

本发明的系统和方法提供编码协作式系统中的协作用户的自适应调制，以优化源的吞吐量。在协作能够提高源的数据吞吐量的条件下定义归因于协作的吞吐量增益。已证明信道质量影响归因于协作的吞吐量增益。对于固定源调制模式和可变伙伴调制模式这些情形，提供一种方法来根据两个伙伴用户的信道质量条件1～4选择伙伴调制速率。协作能够提高源的数据吞吐量，并且当协作用户使用本发明的自适应调制时，能够进一步增大吞吐量。

本发明还提供了一种方法，用于源在多个可用伙伴中选择伙伴，通过让所选择的伙伴为源中继信息，使得归因于与所选伙伴的协作的源的吞吐量增益为通过与每一可用伙伴协作获得的吞吐量增益中的最高增益。

在下面的例子中，考虑每一链路中路径损耗的影响，针对直接发射、多跳和编码协作，给出吞吐量性能的数值结果。这些例子说明用户信道质量怎样影响归因于协作和多跳的数据吞吐量增益，以及能够获得多少吞吐量增益。我们用D₁和D₂分别表示S₁和目的地，S₂和目的地之间的距离，且令D_in为S₁和S₂之间的距离。

路径损耗分量α为4。假设归一化距离D₁＝1.0，D₂＝0.6且D_in＝0.57。因此，对于直接发射和协作式发射，在目的地处从S₁接收的SNR为 ${\mathrm{\&gamma;}}_1=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}+101{\mathrm{og}}_{10}\left(D_1^{-\mathrm{\&alpha;}}\right)=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0},$ 在目的地处从S₂接收的SNR为 ${\mathrm{\&gamma;}}_2=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}+101{\mathrm{og}}_{10}\left(D_2^{-\mathrm{\&alpha;}}\right)=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}+8.87\left(\mathrm{dB}\right).$ 然而，对于多跳，发射机仅使用一半发射能量，在S₂处从S₁接收的SNR为 ${\mathrm{\&gamma;}}_{m,\mathrm{in}}=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}+101{\mathrm{og}}_{10}\left(0.5\right)+101{\mathrm{og}}_{10}\left(D_{\mathrm{in}}^{-\mathrm{\&alpha;}}\right)=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}+6.87\left(\mathrm{dB}\right),$ 在目的地处从S₂接收的SNR为 ${\mathrm{\&gamma;}}_{m,i2}=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}+101{\mathrm{og}}_{10}\left(0.5\right)+101{\mathrm{og}}_{10}\left(D_{\mathrm{in}}^{-\mathrm{\&alpha;}}\right)=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}+5.86$ (dB)。

图16说明直接发射吞吐量如何随SNR和调制模式改变。如图16所述，在BPSK、QPSK和16-QAM之间，当所接收的SNR低于0dB时，具有BPSK调制的直接发射具有最高吞吐量。当所接收的SNR为0dB～6dB时，QPSK为优选调制。最后，当所接收的SNR高于6dB时，16-QAM为最佳选择。

图17说明直接发射、多跳和协作式方案的归一化吞吐量(相对于R_S)。图4说明具有自适应调制的编码协作具有比自适应调制多跳发射和自适应调制直接发射高得多的吞吐量。对于这个实例，协作吞吐量值和直接发射吞吐量值的比较得到的结果是，协作比直接发射提供至少20％的协作增益。当SNR低于4dB，增益高达100％。增益的来源包括接收机处的分集，协作式信道编码和多跳。

单独归因于多跳的增益也在图17中进行了说明。虽然具有自适应调制的多跳发射比协作式差，但是对于低于中SNR，它比自适应调制直接发射具有更高的吞吐量。但是，当SNR足够高(在这个例子中大约为6dB)，直接发射的吞吐量高于多跳的吞吐量。这种现象主要有两个原因。首先，最高调制模式为16QAM，因此，即使每一跳中接收的SNR足够高，也没有更高阶的调制可用。其次，当SNR增大时，直接发射的FER也下降，导致直接发射和每一多跳发射的FER之间的差别减小。换句话说，当SNR足够高时，路径损耗对FER性能没有显著影响。结果，对于高SNR，从吞吐量方面看，多跳发射与直接发射相比并不具有任何优势。

从图4中可以看出，每跳的最佳调制速率仅仅由每跳的信道质量决定，即，S₁到S₂以及S₂到目的地。当γ_m，12为-4+6.86＝2.86dB到-2+6.86＝4.86dB，γ_m，2为-4+5.86＝1.86dB到-2+5.86＝3.86dB时，S₁和S₂都选择QPSK来使吞吐量最大。随着SNR增大，即，对于 $\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{N_0}>0\mathrm{dB},$ 16QAM变为最佳调制选择。与多跳不同，在编码协作中，当S₁与S₂共同调整它们的调制模式时吞吐量最大。例如，当γ₁＝-2dB，γ₂＝6.87dB时，如果S₁和S₂仅以其各自至目的地的信道质量为选择调制的根据时，它们将选择BPSK和16QAM。但是，如图4所述，两者都选择QPSK能够提供最高的吞吐量。当γ₁＝4dB且γ₂＝12.87dB时，S₁和S₂分别选择16QAM和BPSK能够提供最高吞吐量。

图18说明D₁＝1.0，D₂＝0.2且D_in＝0.69的结果，其中归因于协作的吞吐量增益比得上图17中的吞吐量增益，即使S₁和S₂之间的用户间信道更差。但是注意，由于中继接近目的地，因此中继在协作和多跳方式两者中都是用最高阶调制，16QAM。

图19说明用于选择伙伴并调整源和伙伴的模式的装置1900，该装置包括连接发射机1902和接收机1903的天线1901，该发射机1902和接收机1903分别用于源向候选伙伴/中继发送和从候选伙伴/中继接收消息。由伙伴选择和调制模式自适应模块1904处理由接收机1903接收的消息，模块1904通过与候选伙伴合作来确定信道质量和吞吐量增益的可能改善。调制模式自适应模块还为源和候选伙伴确定提高吞吐量增益需要的调制模式。模块1904根据公式(10)到(14)的计算及上面讨论的它们之间有关判断标准，来选择候选伙伴/中继和源以及提供最佳改善的调制模式，这些计算及标准接着由发射机1902发射到候选对象。但是，如果不能很容易地导出闭合形式的公式，那么由模拟提供用于选择候选对象的条件和模式。

虽然已经说明和描述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应该理解，在本文中描述的用于编码协作式无线通信系统中的自适应调制体系的系统和方法是说明性的，在不脱离本发明的真实范围的情况下，可以进行各种改变和修改，还可以对其元件进行等同替换。此外，可以在不脱离本发明的中心范围情况下，可以进行各种修改，从而使本发明给出的启示适合特定条件。因此，这意味着本发明并不局限于所公开的用于实现本发明最佳方式的特定实施例，而是本发明包含落入随附的权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (27)

1.一种在无线编码协作式通信系统中进行自适应调制的系统(1300)，包括：

具有可变调制模式的源(1301)；

目的地(1304)；

所述源(1301)的至少一个候选伙伴/中继(1302)(1303)，所述候选对象(1302)(1303)具有可变调制模式，并且被调整以执行预定编码协作式通信协议，将从所述源(1301)收到的信号转发到所述目的地(1304)；

其中，根据由所述源(1301)和所述至少一个候选对象(1302)(1303)之一组成的对的信道条件，所述源选择所述候选对象(1302)(1303)和对应的调制模式设置对，所述调制模式设置对由所述候选对象调制模式和所述源调制模式中每一个的设置组成，所述调制模式设置对提供吞吐量增益，与所述候选对象(1302)(1303)和所述对应的调制模式设置对的任何其它选择的吞吐量增益相比，这一吞吐量增益改善更多。

2.如权利要求1所述的系统(1300)，其中比任何其它都要改善更多的所述吞吐量增益由下面确定：

当所述源(1301)至所述目的地(1304)的信道质量很差时，所述源(1301)选择所述候选对象(1302)(1303)及所述对应对，从而降低所述源(1301)的帧差错率(FER)；以及

否则，所述源(1301)选择所述候选对象(1302)(1303)及具有一组吞吐量增益中最高吞吐量增益的所述对应对，所述组吞吐量增益包括在所述源(1301)与所述至少一个候选伙伴/中继(1302)(1303)中的每一个协作以将信号从所述源(1301)转发到所述目的地(1304)时得到的所有吞吐量增益。

3.如权利要求2所述的系统(1300)，其中所述组的每一吞吐量增益是根据从一群选出来的对计算出来的，所述群包括：

a.所述至少一个伙伴/中继(1302)(1303)调整其调制模式，所述源(1301)保持它自己的调制模式恒定；

b.所述源(1301)调整其调制模式，所述至少一个伙伴/中继(1302)(1303)固定其调制模式不变；以及

c.在所述至少一个伙伴/中继(1302)(1303)调整其调制模式的同时，所述源(1301)调整自己的调制模式。

4.如权利要求3所述的系统(1300)，其中所述对的每一模式是从二相移键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)和16态正交幅度调制(16-QAM)组成的模式群中选择出来的。

5.如权利要求4所述的系统(1300)，其中对于情况‘a’，如果所述源(1301)的调制模式固定为BPSK，并且对于n＝1，2，3，所述吞吐量增益为G_Г ⁿ，那么伙伴/中继(1302)(1303)的最佳调制速率通过以下计算确定：

对于 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{1}{4}+\frac{3}{4}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{3}{8}+\frac{5}{8}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{6}+\frac{5}{6}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2},$ 并且对于给定的任意γ₁和γ₂，有

Λ₁₂＜Λ₁₃

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}$

当所述源(1301)使用BPSK调制模式时：

(1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ¹最大，即，如果所述伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

(4)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_T ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

其中P_f，1 ^BF，n为协作式块衰落信道的帧差错率，γ₁，γ₂分别为所述源(1301)与所述目的地(1304)之间以及所述伙伴/中继(1302)(1303)与所述目的地(1304)之间的链路信噪比。

6.如权利要求4所述的系统(1300)，其中对于情况‘a’，如果所述源(1301)的调制模式固定为QPSK，并且对于n＝1，2，3，所述吞吐量增益为G_Г ⁿ，

：

${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 和 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{4}+\frac{3}{4}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2},$

对于给定的任意γ₁和γ₂，有

Λ₁₂＜Λ₁₃

并且

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}$

在假设初始用户使用QPSK调制的情况下得到下列结果：

(1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ¹最大，即，如果所述伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

(4)当 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12}$ 时，如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_Г ³最大，即，所述伙伴选择的16-QAM调制模式带给所述源最大的吞吐量，

其中P_f，1 ^BF，n为协作式块衰落信道的帧差错率，γ₁、γ₂分别为所述源(1301)与所述目的地(1304)之间以及所述伙伴/中继(1302)(1303)与所述目的地(1304)之间的链路信噪比。

7.如权利要求4所述的系统(1300)，其中对于情况‘a’，如果所述源(1301)的调制模式固定为16-QAM，并且对于n＝1，2，3，所述吞吐量增益为G_Г ⁿ，那么伙伴/中继(1302)(1303)的最佳调制速率通过以下计算确定：

${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{2}{5}+\frac{3}{5}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{3}{5}+\frac{2}{5}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 和 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2},$

对于给定的任意γ₁和γ₂，有

Λ₁₂＜Λ₁₃

并且

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}$

当所述源(1301)使用16-QAM时：

(1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ¹最大，即，如果所述伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

(4)当 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12}$ 时，如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_Г ³最大，即，所述伙伴选择的16-QAM调制模式带给所述源最大的吞吐量，

其中P_f，1 ^BF，n为协作式块衰落的帧差错率(FER)P_f，1 ^BF，n，γ₁、γ₂分别为所述源(1301)与所述目的地(1304)之间以及所述伙伴/中继(1302)(1303)与所述目的地(1304)之间的链路信噪比(SNR)。

8.如权利要求4所述的系统(1300)，其中对于情况‘b’和‘c’，分别根据所述源(1301)和目的地(1304)的不同接收信噪比(SNR)(γ₁和γ₂)，从对的预定组中选择最佳调制模式对。

9.如权利要求9所述的系统(1300)，其中通过针对不同的接收SNR(γ₁和γ₂)模拟调制模式对来获得对的所述预定组。

10.一种在无线编码协作式通信系统(1300)中调整调制模式的方法，该方法包括下列步骤：

由具有可变调制模式的源(1301)将消息发送到目的地；

由所述源(1301)的至少一个候选伙伴/中继(1302)(1303)接收发送的所述消息，所述至少一个候选伙伴/中继(1302)(1303)具有可变调制模式，并且调整为与所述源协作，执行预定编码协作式通信协议，将发送的所述消息的至少一部分中继到所述目的地；

根据所述源(1301)和所述至少一个候选伙伴/中继(1302)(1303)之一的信道状况，所述源(1301)选择候选对象(1302)(1303)和由源调制模式和候选对象调制模式组成的对应对，使得所述源(1301)的吞吐量增益比所述源(1301)和其它候选对象(1302)(1303)构成的任何其它对的吞吐量增益都要改善更多。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述选择步骤进一步包括通过执行下面的步骤确定比任何其它吞吐量增益都要改善更多的所述吞吐量增益：

当所述源(1301)至所述目的地(1304)的信导质量很差时，所述源(1301)选择所述对应对，使得所述源(1301)的帧差错率(FER)降低；以及

否则，所述源(1301)执行下列子步骤：

-计算由3元组组成的组，每一个3元组都包含候选伙伴/中继(1302)(1303)，调制模式对应对，以及吞吐量增益，该吞吐量增益是由所述源(1301)与所述候选对象(1302)(1303)协作以利用所述调制模式对应对将信号从所述源(1301)转发到所述目的地(1304)时得到的，以及

-从计算得到的组中选择具有最大吞吐量增益的3元组。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述组的每一吞吐量增益是根据从一群选出来的对应调制模式对计算出来的，所述群包括：

a.所述至少一个伙伴/中继(1302)(1303)调整其调制模式，但是所述源(1301)保持它自己的调制模式恒定；

b.所述源(1301)调整其调制模式，所述至少一个伙伴/中继(1302)(1303)固定其调制模式不变；以及

c.在所述至少一个伙伴/中继(1302)(1303)调整其调制模式的同时，所述源(1301)调整自己的调制模式。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述对应对的每一模式是从二相移键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)和16态正交幅度调制(16-QAM)组成的模式群中选择出来的。

14.如权利要求13所述的方法，其中对于情况‘a’，如果所述源(1301)的调制模式固定为BPSK，并且对于n＝1，2，3，所述吞吐量增益为G_Г ⁿ，那么伙伴/中继(1302)(1303)的最佳调制速率通过以下计算确定：

对于 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{1}{4}+\frac{3}{4}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{3}{8}+\frac{5}{8}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{6}+\frac{5}{6}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2},$ 并且对于给定的任意γ₁和γ₂，有

Λ₁₂＜Λ₁₃

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}$

当所述源(1301)使用BPSK调制模式时：

(1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ¹最大，即，如果所述伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

(4)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_T ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

其中P_f，1 ^BF，n为协作式块衰落信道的帧差错率，γ₁，γ₂分别为所述源(1301)与所述目的地(1304)之间以及所述伙伴/中继(1302)(1303)与所述目的地(1304)之间的链路信噪比。

15.如权利要求13所述的方法，其中对于情况‘a’，如果所述源(1301)的调制模式固定为QPSK，并且对于n＝1，2，3，所述吞吐量增益为G_Г ⁿ，那么伙伴/中继(1302)(1303)的最佳调制速率通过以下计算确定：

${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 和 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{4}+\frac{3}{4}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2},$

对于给定的任意γ₁和γ₂，有

Λ₁₂＜Λ₁₃

并且

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}$

在假设初始用户使用QPSK调制的情况下得到下列结果：

(1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ¹最大，即，如果所述伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

(4)当 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12}$ 时，如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_Г ³最大，即，所述伙伴选择的16-QAM调制模式带给所述源最大的吞吐量，

其中P_f，1 ^BF，n为协作式块衰落信道的帧差错率，γ₁、γ₂分别为所述源(1301)与所述目的地(1304)之间以及所述伙伴/中继(1302)(1303)与所述目的地(1304)之间的链路信噪比。

16.如权利要求13所述的方法，其中对于情况‘a’，如果所述源(1301)的调制模式固定为16-QAM，并且对于n＝1，2，3，所述吞吐量增益为G_Г ⁿ，那么伙伴/中继(1302)(1303)的最佳调制速率通过以下计算确定：

${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{2}{5}+\frac{3}{5}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{3}{5}+\frac{2}{5}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 和 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2},$

对于给定的任意γ₁和γ₂，有

Λ₁₂＜Λ₁₃

并且

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}$

当所述源(1301)使用16-QAM时：

(1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ¹最大，即，如果所述伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

(4)当 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12}$ 时，如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_Г ³最大，即，所述伙伴选择的16-QAM调制模式带给所述源最大的吞吐量，

γ₁、γ₂分别为所述源(1301)与所述目的地(1304)之间以及所述伙伴/中继(1302)(1303)与所述目的地(1304)之间的链路信噪比。

17.如权利要求13所述的方法，其中对于情况‘b’和‘c’，分别根据所述源(1301)和目的地(1304)的不同接收信噪比(SNR)(γ₁和γ₂)，从对的预定组中选择调制模式对。

18.如权利要求17所述的方法，其中通过针对不同的接收SNR(γ₁和γ₂)模拟调制模式对来获得对的所述预定组。

19.一种为编码协作式通信调整无线设备调制模式的装置(1900)，该装置包括：

发射机(1902)，具有可变调制模式并且将消息从源(1301)发射到目的地(1304)；

接收机(1903)，具有可变调制模式并且从至少一个候选伙伴/中继(1302)(1303)接收消息，所述接收机(1903)被调整为与所述候选对象(1302)(1303)协作，来执行预定编码协作式通信协议，使所述候选对象(1302)(1303)将所述发送的消息的至少一部分中继到所述目的地(1304)；以及

伙伴/调制模式选择模块(1904)，可操作地连接到所述发射机(1902)和接收机(1903)，并且配置成根据所述源(1301)的信道状况选择候选对象和由源调制模式和候选对象调制模式组成的对应对，以协作方式将所述消息的至少一部分发射至所述目的地(1304)，使得与以协作方式跟所述至少一个候选伙伴/中继(1302)(1303)的任何其它候选对象(1302)(1303)发射所述消息相比，所述源(1301)的吞吐量增益改善更多。

20.如权利要求19所述的装置，其中所述伙伴/调制模式选择模块(1904)进一步配置成通过下面的步骤确定所述候选对象(1302)(1303)，与以协作方式跟所述至少一个候选伙伴/中继(1302)(1303)的任何其它候选对象(1302)(1303)发射所述消息相比，所述候选对象(1302)(1303)的吞吐量增益改善更多：

当所述源(1301)至所述目的地(1304)的信导质量很差时，所述源(1301)选择所述候选对象(1302)(1303)，使得所述源(1301)的帧差错率(FER)降低；以及

否则，所述源(1301)：

-计算由3元组组成的组，每一个3元组都包含候选伙伴/中继(1302)(1303)，调制模式对应对，以及吞吐量增益，该吞吐量增益是由所述源(1301)与所述候选对象(1302)(1303)协作以利用所述调制模式对应对将所述消息的至少一部分从所述源(1301)发射到所述目的地(1304)时得到的，以及

-从计算得到的组中选择具有最大吞吐量增益的3元组。

21.如权利要求11所述的装置，其中所述组的每一吞吐量增益是根据从一群选出来的对应调制模式对计算出来的，所述群包括：

a.所述至少一个伙伴/中继(1302)(1303)调整其调制模式，但是所述源(1301)保持它自己的调制模式恒定；

b.所述源(1301)调整其调制模式，所述至少一个伙伴/中继(1302)(1303)固定其调制模式不变；以及

c.在所述至少一个伙伴/中继(1302)(1303)调整其调制模式的同时，所述源(1301)调整自己的调制模式。

22.如权利要求21所述的装置，其中所述对应对的每一模式是从二相移键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)和16态正交幅度调制(16-QAM)组成的模式群中选择出来的。

23.如权利要求22所述的装置，其中对于情况‘a’，如果所述源的调制模式固定为BPSK，并且对于n＝1，2，3，所述吞吐量增益为G_Г ⁿ，那么伙伴/中继(1302)(1303)的最佳调制速率通过以下计算确定：

对于 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{1}{4}+\frac{3}{4}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{3}{8}+\frac{5}{8}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{6}+\frac{5}{6}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2},$ 并且对于给定的任意γ₁和γ₂，有

Λ₁₂＜Λ₁₃

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}$

当所述源(1301)使用BPSK调制模式时：

(1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ¹最大，即，如果所述伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

(4)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_T ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_T ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

其中P_f，1 ^BF，n为协作式块衰落信道的帧差错率，γ₁，γ₂分别为所述源(1301)与所述目的地(1304)之间以及所述伙伴/中继(1302)(1303)与所述目的地(1304)之间的链路信噪比。

24.如权利要求22所述的装置，其中对于情况‘a’，如果所述源(1301)的调制模式固定为QPSK，并且对于n＝1，2，3，所述吞吐量增益为G_Г ⁿ，那么伙伴/中继(1302)(1303)的最佳调制速率通过以下计算确定：

${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 和 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{4}+\frac{3}{4}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2},$

对于给定的任意γ₁和γ₂，有

Λ₁₂＜Λ₁₃

并且

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}$

在假设初始用户使用QPSK调制的情况下得到下列结果：

(1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ¹最大，即，如果所述伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

(4)当 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12}$ 时，如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_Г ³最大，即，所述伙伴选择的16-QAM调制模式带给所述源最大的吞吐量，

其中P_f，1 ^BF，n为协作式块衰落信道的帧差错率，γ₁、γ₂分别为所述源(1301)与所述目的地(1304)之间以及所述伙伴/中继(1302)(1303)与所述目的地(1304)之间的链路信噪比。

25.如权利要求22所述的装置，其中对于情况‘a’，如果所述源(1301)的调制模式固定为16-QAM，并且对于n＝1，2，3，所述吞吐量增益为G_Г ⁿ，那么伙伴/中继(1302)(1303)的最佳调制速率通过以下计算确定：

${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{2}{5}+\frac{3}{5}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{3}{5}+\frac{2}{5}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},1}$ 和 ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}{P}_{f,1}^{\mathrm{BF},2},$ 对于给定的任意γ₁和γ₂，有

Λ₁₂＜Λ₁₃

并且

$P_{f,1}^{\mathrm{BF},1}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}$

当所述源(1301)使用16-QAM时：

(1)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ¹最大，即，如果所述伙伴使用BPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(2)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大，

(3)如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{12},$ 那么G_Г ³最大，即，如果所述伙伴使用16-QAM调制模式，那么吞吐量最大，

(4)当 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{13}$ 并且 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},2}<{\mathrm{\&Lambda;}}_{12}$ 时，如果 $P_{f,1}^{\mathrm{BF},3}>{\mathrm{\&Lambda;}}_{23},$ 那么G_Г ²最大，即，如果所述伙伴使用QPSK调制模式，那么吞吐量最大；否则G_Г ³最大，即，所述伙伴选择的16-QAM调制模式带给所述源最大的吞吐量，

其中P_f，1 ^BF，n为协作式块衰落的帧差错率(FER)P_f，1 ^BF，n，γ₁、γ₂分别为所述源(1301)与所述目的地(1304)之间以及所述伙伴/中继(1302)(1303)与所述目的地(1304)之间的链路信噪比。

26.如权利要求22所述的装置，其中对于情况‘b’和‘c’，分别根据所述源(1301)和目的地(1304)的不同接收信噪比(SNR)(γ₁和γ₂)，从对的预定组中选择调制模式对。

27.如权利要求26所述的装置，其中通过针对不同的接收SNR(γ₁和γ₂)模拟调制模式对来获得对的所述预定组。

Images