科技创新与应用ｆ ２０１４年第２ｏ期 信息技术 协作通信技术及其发展与应用 韩字辉 王亓 刘海洋 吴佳男 任壮 付青伟 （哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院，黑龙江哈尔滨一１５００８０） 摘要：在无线传输中，由于存在多径衰落，严重影响了传输的质量，并极大限制了系统的蓉量。协作通信通过不同用户共享天 线，使单天线终端也可以获得分集增益，因而得到了日益广泛的关注。文章对协作通信的发展历史、应用前景、基本原理以及性 能评价标准等进行了介绍。 关键词：无线通信；多径衰落；空间分集；协作通信 引言 移动信道中存在的多径衰落现象严重影响着传输质量，并极大 限制了系统的容量。为了减小多径衰落所造成的不良影响，通常采用 多天线分集的方法。多天线分集也称为ＭＩＭＯ（Ｍｕｈｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌ— ｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ，多输入多输出），可以在获得空间分集增益的同时而不 需要占用额外的带宽和时问，因而在实际中应用较多。然而，多天线 分集技术要求在发送端或接收端配置多个天线来增加空间维，这对 于在体积、功耗、重量和成本等方面具有较多限制的移动终端来说是 很难实现的。协作通信技术就是在这一背景下被提出的。 ｌ协作通信技术的发展及应用前景 协作通信的概念最初由Ｓｅｎｄｏｎａｒｉｓ等人在１９９８年提出，也称为 协作分集或协作式ＭＩＭＯ ｒ”。Ｓｅｎｄｏｎａｒｉｓ等人还给出了两个用户进行 协作通信的信道模型，并以此为基础，对其吞吐量、中断概率、可达速 率等进行了推导和分析 。Ｌａｎｅｍａｎ和Ｗｏｒｎｅｌｌ等人首先明确提出了 放大转发和解码转发这两种最基本的中继转发方式 。之后，他们又 提出了固定中继、选择中继以及增强中继这三种不同的协作协议目。 Ｈｕｎｔｅｒ和Ｎｏｓｒａｔｉｎｉａ将信道编码与解码转发协作结合，提出了编码协 作，实现了空域分集与码域分集的结合［６１。近几年，不少移动通信领域 的学者都投入到协作通信技术的研究当中，对协作通信的协议、协作 系统中的资源分配策略、协作伙伴的选择方法等问题进行了研究和 探索。另外，Ｍｅｌｄａ Ｙｕｋｓｅｌ和Ｅｌｚａ Ｅｒｋｉｐ等人还将单天线终端间的协 作推广到多天线终端间的协作ｃ）］，一些学者将网络编码与协作通信结 合，研究协作下的网络编码方法［８１。 协作通信技术可以应用在无线通信的许多领域。比如在蜂窝系 统中，通过用户间的协作可以改善盲点地区和小区边缘用户的通信 质量；在保证一定误比特率或中断概率要求的前提下，通过协作可以 降低发射功率，减少能量消耗。在无线传感器网络中，可以采取适当 的协作策略和功率分配方法来降低和平衡节点的能量消耗，从而延 长整个网络的生存时间。 ２基本原理 协作通信是一种通过不同用户共享彼此天线而获得分集效果的 新的空域分集方式。用户间的协作可以是互惠的，也可以是非互惠 的，这里考虑非互惠的情况。如图１所示，协作通信系统中至少包括 三个节点：源节点、目的节点和中继节点。 转发方式可以获得满分集阶数，其主要缺点在于中继节点放大信号 的同时也将噪声一同放大，造成噪声累积现象。解码转发方式中，中 继节点收到源节点发送的信号后，先译码再转发，因此可以避免噪声 累积现象。解码转发方式不能获得满分集阶数，当中继节点译码错误 时会产生错误传播［５１。 ３性能评价标准 比较重要的协作通信系统的性能评价标准包括：信道容量、频谱 利用率、分集阶数、复用增益、能量增益、中断概率、错误概率以及协 作通信的代价等 。 ３．１信道容量：当用户间的信道质量较好时，通过协作可以显著 提高系统的信道容量，但如果用户间的信道质量变差，则协作的系统 容量将逐渐趋近于非协作的情况。 ３－２频谱利用率：频谱利用率指单位频带内的信息速率。通过协 作，可以提高系统的频谱利用率。 ３．３分集阶数：系统的分集阶数ｄ的定义如下： ｄ＝－ 姗一ｌｏｇＳＮＲ —。 （１） 、 这里ＳＮＲ为接收端的平均信噪比， 为系统的平均误比特率。 ３．４复用增益：复用增益ｒ的定义如下： ｒ：ｌｉｍ—Ｒ（ＳＮＲ） 、 — ｏｏｌｏｇＳＮＲ —（２） 这里Ｒ为系统的频谱利用率。 ３．５能量增益：协作通信系统中用户的能量增益定义为 Ｇ ｇ ｌｌｌ 其中，Ｐ。和Ｐ 分别为达到特定通信质量要求，采取直接传输方 式和协作方式所需的发射功率。 ３．６中断概率和错误概率：研究表明，协作通信可以大大降低系 统的中断概率和错误概率。 ３．７协作通信的代价：协作通信系统的性能提高是需要付出一定 代价的，比如系统复杂度的增加、协作建立过程中额外占用的资源、 协作造成的时延等。 上述几个性能指标相互关联，是协作通信系统性能在不同方面 的具体体现。 ４结束语 协作通信技术被提出之后受到了广泛的关注，它为未来移动通 信实现更高传输速率和更好服务质量提供了一种有价值的参考方 案，具有广泛的应用前景。 参考文献 ［１］Ａ．Ｓｅｎｄｏｎａｒｉｓ，Ｅ．Ｅｒｋｉｐ，Ｂ．Ａａｚｈａｎｇ．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃａｐａｃｉｔｙ 源节点 信遭 图１三节点协作通信示意图 ｖｉａ Ｕｓｅｒ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ［Ｃ】．ＩＳＩＴ １９９８：１５６． ［２］Ａ．Ｓｅｎｄｏｎａｒｉｓ，Ｅ．Ｅｒｋｉｐ，Ｂ．Ａａｚｈａｎｇ．Ｕｓｅｒ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ— Ｐａｒｔ Ｉ：Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ【Ｊ１．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２００３，５ １（１ １）： １９２７－１９３８． 协作通信的过程可以划分为两个阶段：第一阶段，源节点发送信 息，中继节点接收信息，在此阶段目的节点可以接收信息，也可以不 接收信息；第二阶段，中继节点对在第一阶段收到的信息进行转发， 在此阶段源节点可以不发送信息，也可以重复发送与第一阶段相同 的信息或者发送新的信息，目的节点对通过不同衰落信道到达的信 号进行合并处理，从而提高信噪比，获得分集增益。 中继节点可以采取不同的中继方式，其中放大转发和解码转发 是最基本的两种方式。放大转发方式中，中继节点将在第一阶段接收 到的受到噪声污染的信号进行线性放大后再转发给目的节点。放大 基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目【１２５４１１４３）。 一［３１Ａ．Ｓｅｎｄｏｎａｒｉｓ，Ｅ．Ｅｒｋｉｐ，Ｂ．Ａａｚｈａｎｇ．Ｕｓｅｒ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ＤｉｖｅｒｓｉＵ— Ｐａｒｔ ＩＩ：Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ａｓｐｅｃｔｓ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ叨．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２００３，５１（１１）：１９３９－１９４８． 【４】Ｊ．Ｎ．Ｌａｎｅｍａｎ，Ｇ．Ｗ．Ｗｏｒｎｅｌ１．Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｅｄ Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ【ｃ】．Ａｌｌｅｒｔｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ２０００：１－１２． 『５］Ｊ．Ｎ．Ｌａｎｅｍａｎ，Ｄ．Ｎ．Ｃ．Ｔｓｅ，Ｇ．Ｗ．Ｗｏｍｅｌ１．Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ ＷｉｒｅｌｅＳＳ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｅｆｉｃｉｆｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ａｎｄ Ｏｕｔａｇｅ Ｂｅｈａｖｉｏｒ叨． ６０一 信息技术 ２０１４年第２ｏ期ｌ科技创新与应用 基于Ｃ＃・ＮＥＴ的家庭理财系统的设计与实现 侯世中 江连海 宋传磊 （青岛理工大学琴岛学院计算机工程系，山东青岛２６６１０６） 摘要：改革开放以来，中国的社会经济得到了长足的发展，百姓的收入也有了大幅度的提高，不少家庭把剩余的资金用于购买 理财产品。在这种背景下，使用计算机软件来管理家庭的日常理财信息，显得尤为重要。 关键词：家庭理财系统；数据；用户 本系统连接的是Ａｃｃｅｓｓ数据库，所以需要引入命名空间ｕｓｉｎｇ 家庭理财系统采用了Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００８作为开发工具，数据 Ｓｙｓｔｅｍ．Ｄａｔａ．Ｏｌｅｄｂ。Ａｃｃｅｓｓ数据库是一种桌面级的数据库，连接Ａｃ— 存储使用微软公司的Ａｃｃｅｓｓ数据库。本文主要介绍了理财系统的 ｃｅｓｓ数据库时，必须指定数据库文件的路径。连接字符串为： ｓｔｉｒｎｇ ｓｔｒＣｏｎ ＝ “ｐｒｏｖｉｄｅｒ＝Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ．Ｊｅｔ．ＯＬＥＤＢ．４．０；Ｄａｔａ 相关技术，以及系统的需求分析、系统设计和系统实现。 引言 在ＭａｉｎＦｏｒｍ．ｃｓ中有一个ｇｅｔＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ０方法用来获得数据库 Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ中提供了专门用来处理数据的技术。通过该技术，可以访 连接。关键代码如下： 问ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ、ＯＤＢＣ、ＯＬＥＤＢ、ＸＭＬ等的数据源，并检索、操作和更 ｐｕｂｌｉｃ ｓｔｏｉｃ ＯｌｅＤｂＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｇｅｔＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（） 新这些数据源中的数据。 ｛ ＡＤＯ．ＮＥＴ是一个介于数据源和数据使用者之间的转换器，Ａ— ｉｆ（ｄｅｄｂＣｏｎ＝＝ｎｕｌ１） ＤＯ．ＮＥＴ接收使用者语言中的命令，如连接数据库、返回数据集等， ｆ 然后将这些命令转换成可以在数据源中正确执行的语句。 ｏｌｅｄｂＣｏｎ＝ｎｅｗＯｌｅＤｂＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（ｓｔｒＣｏｎ）； ２需求分析 ｄｅｄｂＣｏｎ．Ｏｐｅｎ０； ２．１主要功能：家庭财务系统主要包括对用户的管理，收入支 ｝ ｒｅｔｕｍ ｏｌｅｄｂＣｏｎ； 出的管理、查询，收入支出分类的管理查看，银行账户的管理、查询， 以及生成报表。用户需要从数据库中获取信息，这些信息包括用户 ｝ 信息、收支账目信息、账户信息、分类信息。 ４．２收入图表功能的实现 该功能由ＣｈａｒｔＯｆＩｎｅｏｍｅ＿ＬｏａｄＯ方法实现。在该方法中有两个重 ２．２技术分析：采用Ｃ＃＋Ａｅｃｅｓｓ技术可以很好的实现其全部功 能，而且后期的维护也非常方便。 点，一是查询语句的创建，另外就是将查询到的数据绑定到ｃｈａｒｔｌ ３系统设计 控件中。这里的查询语句为“”ｓｅｌｅｃｔ分类名称，ｓｕｍ（金额）ａｓ金额 ３．１登陆窗口设计 ｆｒｏｍ ａｃｃｏｕｎｔｓ ｗｈｅｒｅ种类＝ 收入 ａｎｄ用户名＝ ‘＋Ｐｒｏｇｒａｍ．ｃｕｒ— ｅｎｔＵｓｅｒ＋” ｇｒｏｕｐ ｂｙ分类名称“；”。然后创建ＯｌｅｄｂＤａｔａＲｅａｄｅｒ对 在登录窗口中不仅可以进行用户登录，也可以用户注册、删除 ｒ用户。因此在该窗口中添加了一个ＴａｂＣｏｎｔｒｏｌ控件。该控件用于显 象ｄｒ来获取数据，遍历读取数据库表中行信息，并绑定到ｅｈａｒｔｌ控 ａＢｉｎｄＸＹ０，代码为：ｅｈａｔｒ１．Ｓｅ— 示多个选项卡，选项卡中可以包含图片和其它控件。为了达到用户 件中。在绑定时用到了数据点函数Ｄａｔ登录、注册、删除，在这里一共用到了三个选项卡，分别命名为ｌｏｇｉｎ— ｔｉｅｓ［“Ｓｅｒｉｅｓｌ”】．Ｐｏｉｎｔｓ．ＤａｔａＢｉｎｄＸＹ（ｄｒ，“分类名称”，ｄｒ，“金额”）。 Ｐａｇｅ、ａｄｄＰａｇｅ、ｄｅｌｅｔｅＰａｇｅ。 ４．３系统主窗体信息显示 ３．２用户主窗口 系统主窗体是在ＭａｉｎＦｏｒｍ．ｅｓ中实现的，其中有一个非常重要 主窗口是整个系统最重要的部分，运行家庭财务管理信息系统 的方法：ＦｉｌｌＤａｔａＧｒｉｄ０。该方法是把数据填充到ＤａｔａＧｒｉｄ控件中，并 之后，用户登录成功之后出现的第一个窗口就是ＭａｉｎＦｏｒｍ．ｅｓ窗体。 返回该数据。实现该方法的步骤如下： 该窗体会以列表的形式显示指定分类下的收支账目。单击该窗体菜 （１）调用ｇｅｔＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ０方法，打开数据库连接。 单栏中的菜单项或窗体下方的功能按钮，都会完成相应的功能或者 （２）利用ＤａｔａＡｄａｐｔｅｒ将数据填充到ＤａｔａＳｅｔ。使用ＤａｔａＡｄａｐｔｅｒ 启动相应的窗体。 属性指定需要执行的ＳＱＬ语句，再通过ＤａｔａＡｄａｐｔｅｒ对象的Ｆｉｌｌ０方 ３．３添加收支功能 法，即可将返回的数据存放到ＤａｔａＳｅｔ数据集中。 用户可以选择１３期、种类、分类名称、填写金额与备注，单击“确 （３）利用ＳｅｔＤａｔａＢｉｎｄｉｎｇ０方法将数据填充到ＤａｔａＧｒｉｄ控件中。 关键代码如下： 定”按钮实现添加收支功能。另外，在该窗体上还有一个“计算器”按 钮，点击该按钮就可以调用计算器功能。 ｉｆ￣ｌｅｄｂＣｏｎ．Ｓｔａｔｅ＝＝ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＳｔａｔｅ．Ｃｌｏｓｅｄ１ ３＿４理财报告功能 ｏｌｅｄｂＣｏｎ．Ｏｐｅｎ０； 理财报告主要包含：月理财和年理财报告两个部分；其中，用户 Ｃｏｎｓｏｌｅ．ＷｒｉｔｅＬｉｎｅ（ｓｑ１）； 可以点击月理财选项卡来查看不同月份的收入与支出的详细账目； ＯｌｅＤｂＤａｔａＡｄａｐｔｅｒ ａｄａｐｔｅｒ＝ｎｅｗ ＯｌｅＤｂＤａｔａＡｄａｐｔｅｒ（ｓｑｌ，ｏｌｅｄｂ－ 同样，也可以选择年理财选项卡来查看不同年份的收入与支出的详 Ｃｏｎ）； 细账目，并能给出详细的财务分析。 ＤａｔａＳｅｔ ｄｓ＝ｎｅｗ ＤａｔａＳｅｔ（ｄｎａｍｅ）； ３．５收支理财分析 ａｄａｐｔｅｒ．Ｆｉｌｌ（ｄｓ，ｄｎａｍｅ）； 用户可以选择日期、种类、分类名称、填写金额与备注，单击“确 ｄｇ．ＳｅｔＤａｔａＢｉｎｄｉｎｇ（ｄｓ，ｄｎａｍｅ）； 定”按钮实现添加收支功能。也可以将所有的收入金额和所有的支 ｒｅｔｕｒｎ ｄｓ； 参考文献 出金额进行统计，向用户绘制出一个饼形图，并在饼形图上显示出 收入和支出所占的百分比。 ［１］范盛荣．Ｖｉｓｕａｌ ｃ＃２００８控件使用范例详解［Ｍ］．北京：清华大学出 版社，２０１０． ４系统实现 ２］郑耀东，等．Ｃ＃从入门到实践【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２００９． 在本系统中，涉及到的实现模块很多，这里只是讲解系统中的 ［几个关键模块的实现，具体如下。 ［３］张海藩，倪宁．软件工程（第３ ２ｄＱ［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２０１０． ４．１数据库的连接功能 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ．，２０Ｏ４，５０（１ ２１：３０６２—３０８０． Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ．２００７，５３（１０）：３３７１－３３９３． ｆ６Ｉｔ．Ｅ．Ｈｕｎｔｅｒ，Ａ．Ｎｏｓｒａｔｉｎｉａ．Ｃｏｄｅｄ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ Ｓｌｏｗ Ｆａｄｉｎｇ， ［８］ＢＡＯ Ｘｉｎｇ ｋａｉ，ＬＩ Ｊｉｎｇ．Ｏｎ ｔｈｅ Ｏｕｔａｇｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆａｓｔ Ｆａｄｉｎｇ，ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ『Ｃ１．３６ｔｈ Ａｓｉｌｏｍａｒ Ｃｏｎｆｅｆｅｎｃｅ ｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｄｅｄ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ（ＡＮＣＣ）ｉｎ Ｌａｒｇｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｃ】． Ｓｉｇｎａｌｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ．２００２：１１８—１２２． ＩＣＡＳＳＰ ２００６：ＩＶ一５７一ＩＶ一６０． １相关技术 在本系统的设计中用到了ＡＤＯ．ＮＥＴ技术。ＡＤＯ．ＮＥＴ是．ＮＥＴ Ｓｏｕｒｃｅ＝”＋“．／ｃｘ．ｍｄｂ”：。 『７］Ｍｅｌｄａ Ｙｕｋｓｅｌ，Ｅｌｚａ Ｅｒｋｉｐ．Ｍｕｌｔｉｐｌｅ—Ａｎｔｅｎｎａ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ［９］ｙ－￣宁．多用户协作分集关键技术ｚ／ｔ－￣［Ｄ］．哈尔滨工业大学，２０１０：１— ２０． Ｓｙｓｔｅｍｓ：Ａ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ—Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｔｒａｄｅｏｆｆ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ阴．ＩＥＥＥ 一６１—