协作通信中的中继选择

论文摘要

随着无线通信的高速发展,人们对无线通信系统提出了更高的业务需求。限制无线通信速率和质量提高的一个主要因素就是无线信道中的多径衰落。空间分集技术可以在不增加发射功率或系统带宽的情况下解决这一问题。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术通过利用无线通信系统中存在的多径因素提高用户通信性能,但是MIMO技术在实用化时受到诸多因素的限制。协作通信是一种新的空间分集技术,多个单天线移动终端共享彼此的天线,实现空间分集,提高系统的容量。然而在协作通信过程中,源节点通常有很多个候选中继节点,如何合理地选择中继节点变得尤为重要。本文首先对无线通信系统中广泛使用的分集技术及其基本原理进行了论述,引出了协作通信的概念。研究了协作通信的基本原理以及协作通信的各种协议,并分析了各自的优缺点。介绍了几种具体的中继选择算法,分析了协作通信系统的中断概率并进行了仿真。然后,研究了多中继节点存在的协作通信系统模型,利用矩生成函数给出了多中继协作通信系统的平均误符号率的表达式,得到了系统信噪比、中继节点个数以及平均误符号率之间的关系。在此基础上,提出了一种基于信道统计特性的中继节点选择算法,该算法以平均误符号率作为评价准则,在等功率条件下,系统采用AF协议,根据当前系统的信噪比确定参与协作的中继节点个数,使得系统的误符号率最小。经过仿真,在任意信噪比下,该算法的平均误符号率性能都优于所有中继节点全部参与协作的情况和选择一个最佳中继节点参与协作的情况。本文还在多中继节点的误符号率性能分析中提出了一种新的简单的确定协作最低阈值的算法,该算法解决了系统何时协作的问题,即当信噪比低于某一阈值时,系统采用直传模式的误符号率性能要低于采用协作传输的误符号率性能。最后,本文在确定了最优协作节点个数的情况下,结合功率分配考虑了系统总功率受限的条件下,通过对各中继节点的功率分配来优化系统平均误符号率性能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 协作通信的研究背景
• 1.1.2 协作通信存在的问题
• 1.1.3 协作通信的研究意义
• 1.2 本文的主要工作和安排
• 1.2.1 论文主要工作
• 1.2.2 内容安排
• 2 分集与协作通信
• 2.1 分集技术
• 2.1.1 分集原理
• 2.1.2 合并技术
• 2.2 MIMO 技术
• 2.3 协作通信
• 2.3.1 协作通信模型
• 2.3.2 协作通信的优点
• 2.3.3 协作通信协议
• 2.4 本章小结
• 3 协作通信中的中继选择算法
• 3.1 协作通信中的中继选择方案
• 3.1.1 基于位置信息或平均信噪比的中继选择
• 3.1.2 基于瞬时信道状态信息的中继选择
• 3.1.3 中继选择方案的比较
• 3.2 几种单中继节点选择算法
• 3.2.1 单中继节点协作系统模型
• 3.2.2 基于中断概率的单中继选择算法
• 3.2.3 基于用户频谱效率的单中继选择算法
• 3.2.4 基于误符号率的单中继选择算法
• 3.3 本章小结
• 4 基于信道统计特性的中继选择算法
• 4.1 多节点协作通信
• 4.1.1 多中继节点协作系统模型
• 4.1.2 多中继节点协作系统平均误符号率分析
• 4.2 等功率下基于信道统计特性的中继选择算法
• 4.2.1 等功率下多中继节点协作系统模型
• 4.2.2 等功率下基于信道统计特性的中继节点选择算法的描述
• 4.2.3 仿真结果
• 4.3 基于信道统计特性的中继协作门限的确定算法
• 4.3.1 多节点协作系统模型
• 4.3.2 确定协作信噪比阈值的算法描述
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 5 结合功率分配的中继节点选择算法
• 5.1 结合功率分配多节点协作系统模型
• 5.2 结合功率分配中继算则算法描述
• 5.3 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录