协作中继关键技术研究

论文摘要

中继技术能以较低的成本扩大通信网络的覆盖范围,而协作中继可以进一步提高信息传输的可靠性,并改善特定区域的通信质量。针对协作中继的研究已成为目前学者们关注的热点之一。本论文针对未来移动通信网络中协作中继的关键技术开展了研究。论文概述了从分集技术到MIMO技术再到协作中继的发展脉络,并针对协作中继不同协作模式下的容量和功率分配问题进行研究；另一方面,论文从功率成本分配和优化成本分配的角度来探索和研究协作中继系统的资源分配问题。此外,论文还采用博弈论来研究协作通信节点间的功率博弈问题。论文的主要研究内容和创新点如下：首先论文对两跳AF和DF中继系统容量进行了分析,并考虑优化功率分配对系统容量的影响,在此基础上分别给出了两跳AF和DF中继系统在协作与非协作模式中进行选择的方法与具体流程。论文对两跳DF中继系统的中断容量进行了分析,并考虑优化功率分配对系统中断容量的影响。通过一系列分析和推导,最终得到了两跳DF中继系统的系统中断容量、中断概率以及功率分配因子等三者间的相互约束等式。通过仿真分析,揭示了中断容量、中断概率及功率分配因子的约束关系,并验证了优化功率分配给通信系统性能带来的性能改善,且当系统中各信道的信道增益相差较大时,优化功率分配的意义更为明显。论文针对两跳DMF中继系统的中断容量和优化功率分配问题进行了分析,给出了优化功率分配时两跳DMF中继系统的中断容量上界,通过仿真分析证明了优化功率分配与等功率分配相比所带来的系统性能提高。论文提出和分析了在协作中继系统中基于功率成本的优化功率分配问题。通过对功率价格和功率成本的概念进行定义,把功率的分配问题转化为功率成本的分配问题。以中断概率为系统性能的评价指标,对两跳和多跳DF中继系统的功率分配进行分析,得到了基于功率成本的最优功率分配解。最后,仿真结果证明了基于功率成本的优化功率分配优势所在。论文提出和分析了基于优化成本分配的协作中继系统的结构设置问题。依据成本的不同属性,把协作中继系统的成本划分为日常成本和固定成本。在此基础上,以中断概率为系统性能的评价指标,通过对多跳DF中继系统的分析,给出了基于优化成本分配的多跳DF中继系统的跳数选择方法。此外,以最小化系统成本为目标函数,通过对两跳单中继系统、两跳两中继系统和直传无中继系统的分析和比较,给出了协作中继系统结构的取舍方法或依据。论文提出了最大和效用方法解决两跳DF中继系统中的功率博弈问题。利用非合作博弈的方法,求解得到两跳DF中继系统源节点和中继节点的功率效用值；在此基础上提出最大和效用方法,并给出最大和效用方法的效用区间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信的发展历程
• 1.2 协作中继的研究背景
• 1.3 协作中继研究面临的挑战
• 1.4 论文的研究内容和主要创新点
• 1.5 参考文献
• 第二章 移动通信中的协作中继
• 2.1 分集技术
• 2.1.1 分集技术的分类
• 2.1.2 分集的合并技术
• 2.1.3 MIMO技术
• 2.2 协作中继技术
• 2.2.1 协作中继的分类
• 2.2.2 几种常见的中继系统结构模型
• 2.2.3 几种常见的协作中继工作模式
• 2.3 本章小结
• 2.4 参考文献
• 第三章 协作中继容量与功率分配研究
• 3.1 无线信道与信道模型
• 3.2 几种协作中继系统的容量度量
• 3.2.1 香农容量
• 3.2.2 各态历经容量
• 3.2.3 中断容量
• 3.2.4 最小速率容量
• 3.3 两跳AF中继系统容量与功率分配
• 3.4 两跳DF系统的容量与功率分配分析
• 3.5 多跳DF中继系统的容量与功率分配
• 3.6 两跳DF中继系统中断容量及功率分配分析
• 3.6.1 系统模型与分析
• 3.6.2 仿真结果与分析
• 3.7 两跳DMF中继系统中断容量及功率分配分析
• 3.7.1 两跳DMF中继系统模型
• 3.7.2 系统中断容量分析与功率分配
• 3.7.3 仿真结果与分析
• 3.8 本章小结
• 3.9 参考文献
• 第四章 协作中继中基于功率成本的功率分配与优化成本分配
• 4.1 协作中继中基于功率成本的功率分配
• 4.1.1 DF中继系统模型
• 4.1.2 两跳DF中继系统分析
• 4.1.3 考虑直传信道的两跳DF中继系统分析
• 4.1.4 多跳DF中继系统分析
• 4.1.5 仿真结果与分析
• 4.1.5.1 两跳DF中继系统仿真分析
• 4.1.5.2 多跳DF中继系统仿真分析
• 4.2 优化成本分配与中继系统结构设置
• 4.2.1 多跳DF中继的优化成本分配与跳数设置
• 4.2.1.1 多跳DF中继系统模型
• 4.2.1.2 中继跳数确定时的优化日常成本分配
• 4.2.1.3 优化固定成本分配与中继跳数的选取
• 4.2.1.4 仿真结果与分析
• 4.2.2 两跳DF中继系统的优化成本分配与结构选择分析
• 4.3 本章小结
• 4.4 参考文献
• 第五章 中继节点协作的博弈论分析
• 5.1 研究背景
• 5.2 博弈论基础
• 5.2.1 博弈和博弈论
• 5.2.2 博弈的分类
• 5.2.3 斯坦尔伯格竞争模型
• 5.2.4. 博弈论分析方法的常用概念
• 5.3 两跳DF中继系统节点功率博弈分析
• 5.3.1 基于非合作博弈的两节点功率博弈
• 5.3.2 最大和效用分析
• 5.3.3 最大和效用方法
• 5.3.4 仿真结果与分析
• 5.4 本章小结
• 5.5 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 对下一步研究工作的展望
• 缩略语对照表
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文