無線中繼網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作分集技術(shù)的研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)能夠充分利用空間資源來對抗無線信道的衰落,從而在不增加系統(tǒng)帶寬和發(fā)送功率的情況下,可以提高了通信系統(tǒng)的可靠性和頻譜利用率。然而在一些實際的應(yīng)用場景,比如蜂窩系統(tǒng)的上行鏈路,無線自組織網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò),移動終端或者網(wǎng)絡(luò)節(jié)點受到自身體積,復(fù)雜度和功耗的限制,很難直接應(yīng)用MIMO技術(shù)。于是,一種新的空間分集技術(shù)-協(xié)作分集技術(shù)應(yīng)運而生。它的基本思想是參與協(xié)作通信的多個終端或者節(jié)點通過組成一種虛擬的MIMO系統(tǒng)來彼

2、此共享鏈路資源從而獲得空間分集增益。協(xié)作分集技術(shù)突破了傳統(tǒng)MIMO技術(shù)對移動終端設(shè)備的限制,為其走向?qū)嵱没峁┝诵滤悸贰?br>　　 本論文在研究了現(xiàn)有分集技術(shù)和MIMO技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了下述幾種協(xié)作傳輸方案:
　　 1.差分協(xié)作傳輸方案首先,提出了一種采用正交幅度調(diào)制(QAM)的差分空時協(xié)作傳輸(DSTCT)方案。雖然在差分解調(diào)過程中需要估計信道功率(CP)和功率歸一化系數(shù)(NPF),但與傳統(tǒng)采用PSK調(diào)制的DSTCT方案

3、相比,所提方案具有更高的信噪比(SNR)增益。仿真結(jié)果顯示,在時變衰落信道下當(dāng)調(diào)制階數(shù)大于8時,DSTCT-QAM方案可以獲得比DSTCT-PSK方案更優(yōu)的誤符號率(SER)性能。尤其是當(dāng)調(diào)制階數(shù)為64時,DSTCT-QAM方案可以獲得5.35dB的SNR增益。雖然隨著多普勒頻率的增加,DSTCT-QAM方案的SNR增益隨之下降,但只要CP的估計范圍選擇得合適,仍然可以獲得更好的性能。
　　 其次,為了克服協(xié)作傳輸中的載波頻率偏

4、移,提出了一種采用QAM調(diào)制的雙差分協(xié)作傳輸(DDCT)方案。推導(dǎo)了閉合的SER近似表達式,SER上界以及高SNR下的漸進近似?；赟ER的漸進近似,推導(dǎo)了最佳功率分配(OPA)策略在高SNR下的近似解。仿真結(jié)果顯示,該OPA策略在實際中等的SNR環(huán)境下仍然有效。同時比較了DDCT方案分別采用QAM調(diào)制和PSK調(diào)制的SER。仿真結(jié)果顯示,當(dāng)調(diào)制階數(shù)大于8時,DDCT-QAM方案可以獲得比DDCT-PSK方案更優(yōu)的SER性能。尤其是當(dāng)調(diào)制

5、階數(shù)為64時,DDCT-QAM可以獲得4.SdB的SNR增益。
　　 2.差分中繼選擇方案研究了一種聯(lián)合差分調(diào)制和中繼選擇(DM-RS)的多中繼協(xié)作傳輸方案。該方案包含一個源節(jié)點,NR個采用檢測轉(zhuǎn)發(fā)(DetF)協(xié)議的中繼節(jié)點和一個目的節(jié)點。首先討論了采用PSK調(diào)制的DM-RS方案,簡稱為DPSK-RS-DetF方案。利用中繼鏈路的SNR近似,推導(dǎo)了DPSK-RS-DetF方案中斷概率的閉合表達式以及高SNR下的漸進近似。該近似表

6、達式證明DPSK-RS-DetF方案可獲得的分集增益階數(shù)為NR+1。同時推導(dǎo)了所提方案閉合的SER近似表達式以及表達形式更簡單的SER上界。最后,仿真結(jié)果驗證了推導(dǎo)的理論結(jié)果。
　　 其次,將QAM調(diào)制應(yīng)用到DM-RS方案中,提出了DQAM-RS-Dett方案。由于在差分QAM解調(diào)過程中需要估計CP和NPF,因此在不使用訓(xùn)練符號的前提下,提出了一種CP的估計方法和兩種NPF的估計方法。同時分析了CP和NPF估計方法的均方誤差(M

7、SE),并在時變衰落信道下比較了這兩種NPF估計方法的性能。另外,在假設(shè)目的端已知CP的前提下,推導(dǎo)了所提方案閉合的SER近似表達式。同時比較了DQAM-RS-Deff方案和DPSK-RS-DetF方案的SER性能。仿真結(jié)果顯示,在時變衰落信道下當(dāng)調(diào)制階數(shù)大于8時,DQAM-RS-Deff方案可以獲得比DPSK-RS-Detf方案更優(yōu)的SER性能。
　　 3.準(zhǔn)正交空時協(xié)作傳輸方案首先,提出了一種在MIMO中繼系統(tǒng)中采用準(zhǔn)正交空

8、時分組碼(QOSTBC)的協(xié)作傳輸方案。與傳統(tǒng)采用正交空時分組碼(OSTBC)的方案相比,所提方案可以在相同的譯碼復(fù)雜度下獲得更高的頻譜效率。其次,提出了一種基于l比特信道狀態(tài)信息(CSI)反饋的自適應(yīng)譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(ADF)協(xié)議。根據(jù)反饋的CSI,ADF協(xié)議可實現(xiàn)在譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)協(xié)作傳輸和直接傳輸之間自適應(yīng)地選擇。再次,分析了所提方案的中斷概率性能,推導(dǎo)了中斷概率上界的閉合表達式。理論分析結(jié)果證明,所提方案可以獲得全分集增益且比DF協(xié)作傳

9、輸和直接傳輸?shù)姆旨鲆娑几摺Ｗ詈?仿真結(jié)果驗證了推導(dǎo)的理論結(jié)果。
　　 4.MIMO中繼系統(tǒng)的發(fā)送天線選擇(TAS)方案首先研究了MIMO放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)中繼系統(tǒng)中三種TAS方案在獨立同分布(ⅡD)Nakagami-m衰落信道下的中斷概率性能,推導(dǎo)了中斷概率閉合的漸近下界,比較了這三種方案的分集增益；其次研究了MIMO DF中繼系統(tǒng)中三種TAS方案在ⅡDNakagami-m衰落信道下的中斷概率性能,推導(dǎo)了中斷概率閉合的漸近近似,