協(xié)同無線分集網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇策略及相關(guān)性能研究.pdf

1、多天線技術(shù)是對抗衰落的一項(xiàng)重要手段。實(shí)際中,由于體積、能耗等條件的限制,大多用戶設(shè)備很難在較小的空間中配備多個天線。協(xié)同通信技術(shù)通過用戶間彼此共享資源,獲得空間分集增益,有效提高系統(tǒng)傳輸性能,因而,近年來受到了無線通信領(lǐng)域廣大學(xué)者的廣泛關(guān)注。在多中繼場景中,相比較多個中繼節(jié)點(diǎn)都參與協(xié)同通信的策略相比,單中繼選擇技術(shù)不僅可以充分利用所有信道狀態(tài)信息(CSI),達(dá)到全分集的傳輸特性,有效的提高系統(tǒng)性能,而且可以較大的降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。

2、>　　本論文就是圍繞著協(xié)同通信系統(tǒng)中的單中繼選擇而展開的,其主要研究內(nèi)容如下:
　　首先,在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間能夠直接通信的場景下,對被動和主動機(jī)會中繼的中斷性能進(jìn)行了研究。詳細(xì)地給出了兩種中繼選擇策略在不同的協(xié)議下的數(shù)據(jù)傳輸過程及性能分析。最后通過數(shù)值仿真得出,在固定解碼轉(zhuǎn)發(fā)(FDF)和增強(qiáng)型解碼轉(zhuǎn)發(fā)(IDF)協(xié)議下,被動機(jī)會中繼的中斷性能明顯優(yōu)于主動機(jī)會中繼的中斷性能;在采用選擇性解碼轉(zhuǎn)發(fā)(SDF)協(xié)議時,雖然在中繼個數(shù)較少

3、的情況下,存在主動機(jī)會中繼的中斷性能優(yōu)于被動機(jī)會中繼的可能,但是在大多情況下,被動機(jī)會中繼性能更優(yōu),尤其在中繼個數(shù)較多的情況下,該優(yōu)勢更加明顯。
　　考慮到無線信道的時變特性,在中繼選擇時的CSI與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時的CSI可能不同,因此,有必要研究利用過時CSI進(jìn)行中繼選擇時,對系統(tǒng)性能的影響。首先,在主動和被動機(jī)會中繼選擇的基礎(chǔ)上,提出了機(jī)會中繼優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)和直接重傳優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議,推導(dǎo)了這兩種協(xié)議利用過時CSI進(jìn)行中繼選擇時,中斷概率的閉

4、式表達(dá)結(jié)果,并利用高信噪比(SNR)下的中斷性能近似分析結(jié)果,得到在利用過時CSI進(jìn)行中繼選擇時的最大分集階數(shù)為2。最后,通過理論分析和和數(shù)值仿真得出,源節(jié)點(diǎn)直接重傳優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的中斷性能優(yōu)于機(jī)會中繼優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的中斷性能,被動機(jī)會中繼的中斷性能優(yōu)于主動機(jī)會中繼的中斷性能。
　　接著,對模擬物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(ANC)下的雙向中繼(TWR)選擇策略進(jìn)行了研究。首先,在各終端發(fā)射功率不同的情況下,給出了倆源節(jié)點(diǎn)接收到的瞬時SNR緊逼近上

5、限,并根據(jù)該緊逼近上限,提出了一種各信道相互獨(dú)立的新的TWR選擇標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)下,給出了一種利用分布式定時器進(jìn)行中繼選擇的TWR選擇方法。在Nakagmi-m信道場景下,推導(dǎo)了該中繼選擇策略的中斷性能緊逼近下限,并給出了在所有形狀參數(shù)為1時的中斷性能最優(yōu)的功率分配的精確表達(dá)結(jié)果。又在多源多中繼系統(tǒng)中,提出了最優(yōu)的源-中繼對的選擇策略,并分析了其相關(guān)性能。最后,通過數(shù)值仿真驗(yàn)證所提中繼選擇準(zhǔn)則能夠達(dá)到中斷最優(yōu)。
　　然后,在采用物理

6、層網(wǎng)絡(luò)編碼(PNC)時,提出了一種后驗(yàn)的最大最小(Max-min)中繼選擇策略。在該方法中,首先,中繼利用倆源節(jié)點(diǎn)分時發(fā)送的控制幀進(jìn)行相關(guān)CSI估計(jì)。然后在多址接入在(MA)階段結(jié)束時,在能夠解碼的TWR集合中運(yùn)用Max-min中繼選擇準(zhǔn)則進(jìn)行選擇。在獨(dú)立但不同分布的Reyleigh衰落信道環(huán)境下,推導(dǎo)了該中繼選擇方法在不同機(jī)制下的中斷概率的精確閉式表達(dá)和高SNR下的近似結(jié)果。在漸近分析的基礎(chǔ)上,給出了分集復(fù)用折中(DMT)性能。另外,

7、還給出了在采用疊加碼(SC)機(jī)制時,中繼發(fā)射功率分配系數(shù)的最優(yōu)分配方案。最后,通過實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了本文所提方法及分析結(jié)果的正確性,并得到在不對稱中繼網(wǎng)絡(luò)中,采用最優(yōu)發(fā)射功率分配系數(shù)下的SC轉(zhuǎn)發(fā)性能非常逼近比特級異或(BitwiseXor)編碼轉(zhuǎn)發(fā)的中斷性能。
　　最后,研究了在所有節(jié)點(diǎn)之間都存在傳輸路徑的場景下,倆源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時的傳輸策略。在該場景下,提出了自適應(yīng)機(jī)會轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議,在該協(xié)議中,根據(jù)倆源節(jié)點(diǎn)反饋的控制幀,中繼自動選擇