基于中繼的協(xié)同無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、在現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入多個(gè)中繼形成一個(gè)虛擬陣列相互協(xié)同工作，利用協(xié)作分集可以取得提高頻譜效率、增大覆蓋半徑和節(jié)省無(wú)線資源等諸多優(yōu)勢(shì)。將MIMO、OFDM、分布式資源分配和SDMA等技術(shù)引入無(wú)線中繼通信系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)中可進(jìn)一步提升系統(tǒng)整體性能。通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)編碼，雙向中繼協(xié)議可獲得比單向中繼協(xié)議更高的頻譜效率。本論文的研究?jī)?nèi)容包括單向/雙向中繼系統(tǒng)的性能分析、多中繼網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議設(shè)計(jì)和中繼選擇、雙向中繼系統(tǒng)中收發(fā)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和資源分配算法以及

2、多播中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)編碼性能分析。論文的主要貢獻(xiàn)列舉如下：
　　 1.研究了不同參數(shù)Nakagami-m衰落信道下兩跳固定增益AF中繼系統(tǒng)的性能，分別考慮了無(wú)協(xié)作分集和有協(xié)作分集這兩種情況，通過(guò)基于概率密度函數(shù)的性能分析法推導(dǎo)了無(wú)協(xié)作分集時(shí)的系統(tǒng)中斷概率和平均誤符號(hào)率（ASER）的閉合表達(dá)式，進(jìn)一步通過(guò)基于矩生成函數(shù)的方法推導(dǎo)了有協(xié)作分集時(shí)的系統(tǒng)中斷概率和ASER表達(dá)式以及接收信噪比的n階矩閉合表達(dá)式。所推導(dǎo)的各種情況下的解析解

3、與數(shù)值仿真結(jié)果吻合良好，有協(xié)作分集時(shí)系統(tǒng)性能均優(yōu)于無(wú)協(xié)作分集時(shí)，通過(guò)對(duì)信道不均衡時(shí)的性能分析發(fā)現(xiàn)，中繼前后兩跳的信道質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)性能的影響是不相同的。
　　 2.研究了并行多中繼網(wǎng)絡(luò)中的AF協(xié)議及分布式空時(shí)碼，設(shè)計(jì)了一種新穎的滿復(fù)用時(shí)隙放大轉(zhuǎn)發(fā)（FSAF）協(xié)議，通過(guò)充分利用多中繼的空間分集，有效地提升了系統(tǒng)性能。針對(duì)FSAF的一種簡(jiǎn)化協(xié)議DSAF，從信息論的角度給出了系統(tǒng)互信息表達(dá)式，該協(xié)議相比于其他類型的AF協(xié)議在中斷概率性能上

4、有明顯提升。為使該協(xié)議更加實(shí)用化，還設(shè)計(jì)了幾種多中繼優(yōu)化選擇策略，并探討了一種簡(jiǎn)化解碼復(fù)雜度的全分集的分布式線性疏散空時(shí)碼（DLDC）在FSAF協(xié)議中的應(yīng)用，所提出的多中繼優(yōu)化選擇策略和DLDC分別在互信息量和誤符號(hào)率性能上顯示了其相比于其他傳輸策略的優(yōu)越性。
　　 3.研究了并行多中繼通信網(wǎng)絡(luò)中的中繼選擇和功率分配算法。為了優(yōu)化協(xié)作通信系統(tǒng)的資源配置，提出了集中式和分布式的中繼選擇算法，有效地減少了信道反饋信息，在保證傳輸質(zhì)量

5、的前提下，能充分利用協(xié)作分集和選擇分集獲得較大的系統(tǒng)和速率。通過(guò)利用新穎的功率分配算法進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了約束的總功率在信源和中繼上的最優(yōu)分配。分布式中繼選擇通過(guò)利用信道的調(diào)和平均值門限，與最優(yōu)功率分配相結(jié)合時(shí)，能以較低的系統(tǒng)復(fù)雜度獲得最優(yōu)的傳輸性能。
　　 4.研究了多天線AF雙向中繼系統(tǒng)中的中繼處理與資源分配策略，根據(jù)最小和均方誤差準(zhǔn)則，以較小的復(fù)雜度得到了均方誤差最優(yōu)的中繼處理矩陣的閉合表達(dá)式。探討了OFDM雙向中繼系統(tǒng)的資源分配

6、策略，提出了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低的分層子載波配對(duì)策略和功率優(yōu)化分配策略。所設(shè)計(jì)的中繼處理策略在系統(tǒng)和速率和誤碼率性能上均明顯優(yōu)于其他雙向中繼策略，且性能隨著中繼天線數(shù)的增加而提升，結(jié)合功率分配的分層子載波配對(duì)策略能明顯提升系統(tǒng)和速率，性能接近最優(yōu)策略。
　　 5.研究了基于多用戶MIMO網(wǎng)絡(luò)的OFDM.AF雙向中繼策略，在第一時(shí)隙的多址傳輸中采用OFDMA，在第二時(shí)隙的廣播傳輸中采用OFDM/SDMA，通過(guò)利用頻率分集和空間分集提高了系

7、統(tǒng)性能。針對(duì)雙向中繼傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，采用兩種方法在每個(gè)子載波上設(shè)計(jì)了中繼波束形成矩陣，分別基于信漏噪比準(zhǔn)則和塊對(duì)角化迫零準(zhǔn)則。利用割集理論推導(dǎo)了該雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的容量域上界。所提出的雙向中繼策略在系統(tǒng)和速率性能上優(yōu)于其他三種中繼策略，并能逼近所推導(dǎo)的容量域上界。
　　 6.研究了解碼轉(zhuǎn)發(fā)MIMO雙向中繼系統(tǒng)的傳輸策略與性能，分別設(shè)計(jì)了兩種信道狀態(tài)信息（CSI）情況下的系統(tǒng)傳輸策略，并推導(dǎo)了系統(tǒng)中斷概率和ASER的閉合表達(dá)式。當(dāng)已知完全

8、CSI時(shí)，采用最大比發(fā)送-最大比接收技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)射和接收波束形成向量；當(dāng)未知完全CSI時(shí)，設(shè)計(jì)了基于有限反饋的傳輸策略，并采用隨機(jī)向量量化碼本和Grassmann碼本進(jìn)行數(shù)值仿真驗(yàn)證。所設(shè)計(jì)的雙向中繼傳輸策略的中斷概率和ASER性能明顯優(yōu)于其他策略，所推導(dǎo)的閉合表達(dá)式能準(zhǔn)確地表征系統(tǒng)中斷概率和ASER性能。
　　 7.研究了Nakagami-m衰落信道下多播中繼系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)編碼的中斷概率性能。分別采用復(fù)數(shù)域網(wǎng)絡(luò)編碼（CFNC）和放大