協(xié)作分集與中繼選擇算法研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,對無線應(yīng)用的需求迅速增長,然而無線信道的多徑衰落嚴重影響了通信的質(zhì)量。研究表明,分集技術(shù)是克服多徑衰落影響的有效手段之一。其中空間分集由于不占用額外帶寬和時隙資源被引起廣泛關(guān)注。但是具備空間分集的多天線系統(tǒng)由于成本和尺寸的原因,在實際應(yīng)用中存在諸多限制。Sendonaris和Laneman等人提出利用源節(jié)點和周圍一個或多個相鄰節(jié)點組成的分布式虛擬多天線系統(tǒng)來獲得空間分集,這種利用相鄰節(jié)點獲得分集的方式稱為協(xié)作分集

2、。
　　 目前,關(guān)于協(xié)作分集的研究主要存在如下問題:(1)大多數(shù)的研究都是假定協(xié)作通信的收發(fā)端均已知理想的信道狀態(tài)信息,對于信道估計誤差對協(xié)作通信的影響研究甚少;(2)“Best”選擇協(xié)作通信研究大多假定是“全天候協(xié)作”,即無論中繼鏈路質(zhì)量的好壞都保持協(xié)作,很少考慮分集和帶寬效率的折中問題;(3)當“Best”中繼已經(jīng)被其它用戶調(diào)度,當前用戶必須選擇次優(yōu)或更次優(yōu)中繼,該條件下的協(xié)作系統(tǒng)性能分析有待深入研究;(4)多用戶協(xié)作可以同

3、時獲得多用戶分集和協(xié)作分集,該系統(tǒng)性能的理論分析仍有待深入研究。
　　 針對以上問題,論文研究了相應(yīng)的協(xié)作系統(tǒng)及算法,主要包括:
　　 (1)研究了存在信道估計誤差條件下協(xié)作分集性能分析的數(shù)學(xué)模型,分析了信道估計誤差對協(xié)作系統(tǒng)的影響。①對于DF協(xié)作系統(tǒng),得到了Rayleigh信道存在估計誤差條件下的平均碼元錯誤概率閉式解及其上界表達式。進一步考慮總功率約束條件,分析了優(yōu)化功率分配后的平均碼元錯誤概率性能。對于Nakaga

4、mi-m信道,得到了存在信道估計誤差條件下的平均碼元錯誤概率表達式,分析了不同Nakagami分布參數(shù)m對協(xié)作系統(tǒng)的影響。②對于AF協(xié)作系統(tǒng),通過非直接鏈路的端到端信噪比的近似表達式得到了接收信號信噪比的概率密度函數(shù)PDF、累積分布函數(shù)CDF和矩生成函數(shù)MGF,并推導(dǎo)了該系統(tǒng)的平均碼元錯誤概率和中斷概率表達式。
　　 (2)研究了中繼選擇協(xié)作系統(tǒng)和中繼選擇算法:①對于中繼選擇系統(tǒng),考慮分集性能和帶寬效率的折中問題,提出了基于S-

5、D鏈路信噪比門限的中繼選擇算法和基于S-R-D/S-D信噪比比值門限的中繼選擇算法,推導(dǎo)了上述中繼選擇算法的平均碼元錯誤概率和帶寬效率表達式,分析了不同的門限值對平均碼元錯誤概率和帶寬效率的影響。理論分析和仿真結(jié)果表明,對于S-D準則,可通過減小協(xié)作門限值提高分集效果,可通過增大協(xié)作門限值提高帶寬效率:對于S-R-D準則,當鏈路處于低信噪比時,可通過減小協(xié)作門限值獲得更好的分集效果。當鏈路處于高信噪比時,可通過增大協(xié)作門限值提高系統(tǒng)的帶

6、寬效率。做到分集和帶寬效率的折中。不僅解決了“與誰協(xié)作”的問題,而且解決了“何時協(xié)作”的問題。②對于集中調(diào)度的多源-多中繼協(xié)作系統(tǒng),利用Order Statistic理論研究了公平調(diào)度下選擇次優(yōu)或第K優(yōu)中繼的協(xié)作模型,推導(dǎo)了該模型下的端到端信噪比的PDF、CDF和MGF,并推導(dǎo)了非相同分布信道參數(shù)條件下的平均碼元錯誤概率和平均信噪比增益表達式。
　　 (3)研究了Rayleigh信道獨立同分布條件下的聯(lián)合多用戶分集和協(xié)作分集系統(tǒng)