基于機(jī)會(huì)和緩沖中繼的多中繼協(xié)作方案的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，無線通信尤其是移動(dòng)通信在社會(huì)生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。無線通信環(huán)境的時(shí)變性和不穩(wěn)定性引起的衰落嚴(yán)重影響了無線通信質(zhì)量。幾十年來，眾多學(xué)者一直致力于尋求抵抗無線通信信道衰落的技術(shù)并取得了一系列突破性的進(jìn)展。信道編碼是其中一種典型技術(shù)，通過擴(kuò)展信號(hào)的帶寬以達(dá)到近似無差錯(cuò)傳輸?shù)哪康?，其中Turbo碼和低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼能夠達(dá)到與香農(nóng)限非常接近的性能。然而，由于各種無線通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，無線頻譜資源變得越來

2、越緊張，對(duì)于帶寬的有效利用已經(jīng)成為除抵抗衰落外的另一關(guān)鍵問題。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)利用發(fā)射端和接收端配置的多根天線取得空間分集，不需要擴(kuò)展信號(hào)的頻譜就能達(dá)到抗衰落的目的。同時(shí)，在發(fā)射端使用多天線可以獲得空間復(fù)用的效果，以提升數(shù)據(jù)傳輸速率。實(shí)際上，大部分無線終端由于體積、電源功率等因素的限制，沒有能力配備多根天線，這也極大限制了MIMO技術(shù)的使用。協(xié)作通信的提出提供了一種新的思路，即在無線終端裝備單天線，各個(gè)無線終端可以共享彼此的

3、天線，從而形成一個(gè)虛擬的MIMO系統(tǒng)。
　　中繼如何協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)信源信息是協(xié)作通信的關(guān)鍵問題之一。目前在協(xié)作通信中比較常用的有放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)、譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)和編碼協(xié)作(CC)三種協(xié)議。同時(shí)將這些簡單的協(xié)議相結(jié)合，以提高一定復(fù)雜度為代價(jià)，可以取得更好的性能。
　　在多中繼協(xié)作通信系統(tǒng)中，中繼選擇成為另一個(gè)關(guān)鍵問題。機(jī)會(huì)中繼(OR)作為一種有效的中繼選擇方案，受到了眾多學(xué)者的關(guān)注。然而，機(jī)會(huì)中繼在多數(shù)情況下并不能同時(shí)利用最佳的信

4、源到中繼鏈路和最佳的中繼到目的端鏈路，一定程度上限制了性能的提升。之后，緩沖中繼(BR)被提出，通過一定的時(shí)延克服了上述機(jī)會(huì)中繼的瓶頸問題，在對(duì)于時(shí)延不敏感的通信系統(tǒng)中能夠進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。
　　本文致力于研究多中繼協(xié)作通信系統(tǒng)的傳輸優(yōu)化，從協(xié)作協(xié)議和中繼選擇兩方面提升系統(tǒng)性能。將一種具有非常優(yōu)異性能的增量混合譯碼放大轉(zhuǎn)發(fā)(IHDAF)協(xié)議分別與機(jī)會(huì)中繼以及緩沖中繼相結(jié)合，并分別應(yīng)用于不同實(shí)際情況的協(xié)作通信系統(tǒng)中，通過獲得空間分

5、集抵抗衰落，提升系統(tǒng)性能。具體來說:
　　1)將機(jī)會(huì)中繼與IHDAF協(xié)議相結(jié)合，提出一種適用于多中繼協(xié)作通信場景的基于機(jī)會(huì)中繼的增量混合譯碼放大轉(zhuǎn)發(fā)(OR-IHDAF)方案。同時(shí)，使用基于累積分布函數(shù)(CDF)和概率密度函數(shù)(PDF)的方法對(duì)OR-IHDAF方案的中斷概率進(jìn)行了理論分析，通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了理論分析并與已有方案做出對(duì)比。
　　2)對(duì)OR-IHDAF方案的誤比特率(BER)性能進(jìn)行了分析。由于復(fù)雜協(xié)議切換和多中

6、繼節(jié)點(diǎn)選擇方案的結(jié)合，傳統(tǒng)的對(duì)于BER性能的理論分析方法變得非常復(fù)雜。因此提出了一種基于泰勒級(jí)數(shù)展開的方法，并通過有限次數(shù)的迭代最終求得BER的理論結(jié)果，通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了理論分析并與已有方案做出對(duì)比。
　　3)機(jī)會(huì)中繼能夠選擇出最佳中繼，然而最佳中繼在某些情況下是不可用的，對(duì)于第M好中繼的選擇是必要的。一種不同于1）中的PDF被用于基于第M好中繼選擇的IHDAF方案的中斷概率理論分析，同時(shí)給出了仿真結(jié)果。
　　4)對(duì)一些

7、對(duì)時(shí)延不敏感的系統(tǒng)，提出并分析了基于緩沖中繼的IHDAF(BR-IHDAF)方案，具體可分為基于無限長度緩沖中繼的IHDAF(ILBR-IHDAF)方案和基于有限長度緩沖中繼的IHDAF(FLBR-IHDAF)方案。對(duì)于在每個(gè)中繼裝備多長單元的緩沖器能夠使得FLBR-IHDAF方案的中斷概率性能緊致逼近ILBR-IHDAF方案同時(shí)又不會(huì)造成過高的硬件實(shí)現(xiàn)成本和時(shí)延的多因素折中問題，通過仿真分析給出了具有實(shí)際參考意義的結(jié)論，同時(shí)將FLBR