協(xié)作通信系統(tǒng)中用戶(hù)-中繼選擇技術(shù)的研究.pdf

1、由于人們對(duì)高質(zhì)量以及高速率的多媒體通信業(yè)務(wù)需求的提高，使得未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)頗具挑戰(zhàn)性。然而，無(wú)線(xiàn)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(yán)重限制了無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展。眾多學(xué)者一直致力于尋找解決無(wú)線(xiàn)通信信道衰落，提高通信系統(tǒng)性能的方法和技術(shù)，取得了一些突破性的進(jìn)展和成果，其中，多輸入多輸出(MIMO，Multiple InputMultiple Output)技術(shù)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(guò)在發(fā)送端和接收端配置多根天線(xiàn)形成多條路徑以及通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)多條路徑信號(hào)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(shí)提高了數(shù)據(jù)傳輸速率以及接收信號(hào)質(zhì)量。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，絕大多數(shù)終端設(shè)備由于受到體積、電源功率等因素的限制，無(wú)法配備多根天線(xiàn)，這極大地限制了MIMO技術(shù)應(yīng)有作用的發(fā)揮。為了解決上述問(wèn)題，協(xié)作通信技術(shù)提供了一種新的思路，即在無(wú)線(xiàn)終端安裝單天線(xiàn)，無(wú)線(xiàn)終端之間可以共享彼此的

3、天線(xiàn)，形成一個(gè)虛擬的MIMO系統(tǒng)。
　　協(xié)作通信技術(shù)將MIMO技術(shù)的應(yīng)用推廣到更廣的應(yīng)用場(chǎng)景中，它作為一種新的通信方式，自提出以來(lái)一直是通信領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。在這種新的通信方式中，分散在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)被看做分布式天線(xiàn)，通過(guò)利用無(wú)線(xiàn)通信信道的天然廣播特性實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端的相互協(xié)作并以此獲得分集增益。具體來(lái)講，通信網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)之間組成協(xié)作伙伴，協(xié)作伙伴之間通過(guò)獨(dú)立于源端到目的節(jié)點(diǎn)的鏈路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助傳輸，即每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)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(lèi)似MIMO信道的獨(dú)立傳輸鏈路，即虛擬MIMO。在傳統(tǒng)的協(xié)作通信中，半雙工無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)由于使用正交時(shí)隙對(duì)信號(hào)進(jìn)行收發(fā)而造成了頻譜資源至少50％的浪費(fèi)，而全雙工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的同時(shí)收發(fā)，從根本上避免了由收發(fā)信號(hào)之間的正交性所造成的頻譜資源的浪費(fèi)，從而實(shí)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(duì)多用戶(hù)/中繼系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合適的節(jié)點(diǎn)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(hù)/中繼選擇方案進(jìn)行了研究分析。本文首先設(shè)計(jì)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(dǎo)了該模型下系統(tǒng)的中斷概率閉式解的近似表達(dá)同時(shí)分析了該系統(tǒng)的多用戶(hù)分集(MUD，MultiuserDiversity)階數(shù)，最后通過(guò)仿真分析了不同過(guò)時(shí)度以及自干擾度聯(lián)合對(duì)系統(tǒng)中斷性能的影響，從而驗(yàn)證了分

6、析的有效性。最后，針對(duì)多跳無(wú)干擾全雙工DF（Decode-and-Forward）中繼傳輸系統(tǒng)，利用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)膹V播特性，本文設(shè)計(jì)了一種信源到目的節(jié)點(diǎn)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(shí)間復(fù)雜度且所提出的抗干擾的多跳中繼選擇方案能大大