協(xié)作通信系統(tǒng)中用戶-中繼選擇技術的研究.pdf

1、由于人們對高質量以及高速率的多媒體通信業(yè)務需求的提高，使得未來移動通信系統(tǒng)的設計頗具挑戰(zhàn)性。然而，無線信道固有的衰落特性和不穩(wěn)定性，以及日益緊缺的頻帶資源、難以提升的功率效率等因素嚴重限制了無線通信技術的發(fā)展。眾多學者一直致力于尋找解決無線通信信道衰落，提高通信系統(tǒng)性能的方法和技術，取得了一些突破性的進展和成果，其中，多輸入多輸出(MIMO，Multiple InputMultiple Output)技術是最具代表性、最具影響力的發(fā)現(xiàn)之

2、一。MIMO系統(tǒng)通過在發(fā)送端和接收端配置多根天線形成多條路徑以及通過數(shù)字信號處理技術對多條路徑信號形成和合并，使得系統(tǒng)在不增加額外帶寬以及發(fā)射功率的情況下獲取空間分集的同時提高了數(shù)據(jù)傳輸速率以及接收信號質量。然而，在實際應用中，絕大多數(shù)終端設備由于受到體積、電源功率等因素的限制，無法配備多根天線，這極大地限制了MIMO技術應有作用的發(fā)揮。為了解決上述問題，協(xié)作通信技術提供了一種新的思路，即在無線終端安裝單天線，無線終端之間可以共享彼此的

3、天線，形成一個虛擬的MIMO系統(tǒng)。
　　協(xié)作通信技術將MIMO技術的應用推廣到更廣的應用場景中，它作為一種新的通信方式，自提出以來一直是通信領域研究熱點。在這種新的通信方式中，分散在無線網(wǎng)絡中的終端節(jié)點被看做分布式天線，通過利用無線通信信道的天然廣播特性實現(xiàn)移動終端的相互協(xié)作并以此獲得分集增益。具體來講，通信網(wǎng)絡中多個終端節(jié)點之間組成協(xié)作伙伴，協(xié)作伙伴之間通過獨立于源端到目的節(jié)點的鏈路對數(shù)據(jù)進行輔助傳輸，即每個終端節(jié)點不但要發(fā)送本

4、身的數(shù)據(jù)信息，還要發(fā)送其協(xié)作伙伴的信息。因此，協(xié)作通信系統(tǒng)可以在源端與目的端之間產(chǎn)生類似MIMO信道的獨立傳輸鏈路，即虛擬MIMO。在傳統(tǒng)的協(xié)作通信中，半雙工無線系統(tǒng)由于使用正交時隙對信號進行收發(fā)而造成了頻譜資源至少50％的浪費，而全雙工技術可以實現(xiàn)信號的同時收發(fā)，從根本上避免了由收發(fā)信號之間的正交性所造成的頻譜資源的浪費，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)頻譜資源利用率以及信道容量等性能的倍增。另外，針對多用戶/中繼系統(tǒng)，設計合適的節(jié)點選擇方案是獲得分集

5、增益的有效方法。
　　本文正是基于不同的協(xié)作模式、協(xié)作協(xié)議以及不同用戶/中繼選擇方案進行了研究分析。本文首先設計了一種多源-單中繼-單目的的兩跳全雙工AF(Amplify-and-Forward)中繼瑞利-萊斯混合信道協(xié)作模型，并推導了該模型下系統(tǒng)的中斷概率閉式解的近似表達同時分析了該系統(tǒng)的多用戶分集(MUD，MultiuserDiversity)階數(shù)，最后通過仿真分析了不同過時度以及自干擾度聯(lián)合對系統(tǒng)中斷性能的影響，從而驗證了分

6、析的有效性。最后，針對多跳無干擾全雙工DF（Decode-and-Forward）中繼傳輸系統(tǒng)，利用無線傳輸?shù)膹V播特性，本文設計了一種信源到目的節(jié)點之間基于最短路徑快速算法(SPFA，Shortest Path FasterAlgorithm)的新型中繼鏈路選擇方法，與基于迪杰斯特拉(Dijkstra)算法的多跳中繼選擇方案相比，雖然一定程度上犧牲了系統(tǒng)傳輸速率，但SPFA算法具有更低的時間復雜度且所提出的抗干擾的多跳中繼選擇方案能大大