陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道下的分集中斷性能研究.pdf

1、無線通信系統(tǒng)性能評估和信道模型選擇有著很大的關(guān)系，信道模型的準(zhǔn)確性和完備性決定著系統(tǒng)性能評估的正確性和有效性。很多研宄中選擇的信道模型就過于簡單，從而導(dǎo)致了不準(zhǔn)確或誤導(dǎo)性的性能評估結(jié)果。為了克服這種缺陷，需要關(guān)注更準(zhǔn)確完備且貼合實(shí)際的信道模型。一方面，在同時(shí)能夠獲得宏分集和微分集增益的應(yīng)用場景中，比如方興未艾分布式天線系統(tǒng)，復(fù)合衰落信道模型的應(yīng)用越來越受到重視。另一方面，相關(guān)陰影效應(yīng)較相關(guān)多徑效應(yīng)在分集中對系統(tǒng)性能處于支配性的地位。本研

2、究主要內(nèi)容包括：
　?、呕仡櫫岁幱跋嚓P(guān)單純大尺度衰落信道條件下分集系統(tǒng)中斷性能評估方法。接著，轉(zhuǎn)入陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道下分集系統(tǒng)中斷性能評估問題，并對此提出了完備的解決方案。具體的，在 Nakagami-m小尺度衰落參量m為整數(shù)的特殊約束條件下，提出了陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道向陰影相關(guān)單純大尺度衰落信道的近似，使得陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道下分集中斷性能評估問題可以利用陰影相關(guān)單純大尺度衰落信道下此類問題的解決方法進(jìn)行處理；在 m為任意數(shù)的

3、一般約束條件下，提出了兩種準(zhǔn)確有效的數(shù)值計(jì)算方法來解決陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道下分集系統(tǒng)中斷性能評估問題，并分析了這兩種數(shù)值計(jì)算方法的精度和復(fù)雜度，給出了在實(shí)際應(yīng)用中的相應(yīng)選擇方案。最后，利用上述評估方法，提出了陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道條件下混合分集系統(tǒng)中斷性能評估問題的有效解決方案，并通過在典型分布式天線系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析了相關(guān)參數(shù)對混合分集系統(tǒng)中斷性能的影響。論文的解決的問題和主要貢獻(xiàn)如下。
　?、圃贜akagami-m小尺度衰落參量

4、m為整數(shù)的特殊約束條件下（包含Rayleigh衰落），針對陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道條件下分集系統(tǒng)中斷性能評估問題，提出了一種簡單易操作的近似方法，使得上述中斷性能評估問題可以轉(zhuǎn)化為陰影相關(guān)單純大尺度衰落信道下的對應(yīng)問題。具體的，在單個(gè)復(fù)合衰落信道向大尺度衰落信道近似的基礎(chǔ)上，提出了多維陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道向多維陰影相關(guān)大尺度衰落信道的近似方法，通過聯(lián)合匹配給出了原始復(fù)合信道衰落參量、相關(guān)系數(shù)矩陣和近似后的單純大尺度信道衰落參量、相關(guān)系數(shù)矩陣

5、之間的映射關(guān)系式，并分析了其近似精度和影響近似精度的參數(shù)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該近似方法的準(zhǔn)確性，以及通過其來解決陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道條件下分集系統(tǒng)中斷性能評估問題的有效性。值得注意的是，將陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道近似為陰影相關(guān)單純大尺度衰落信道的方法，并不局限于應(yīng)用在論文中的分集系統(tǒng)中斷性能評估問題，也能夠方便的應(yīng)用在其它問題中。其潛在的優(yōu)勢是可預(yù)見的，必將簡化陰影相關(guān)衰落信道上相關(guān)問題的解決方法，同時(shí)也使得直接利用相關(guān)大尺度衰落信道上已有的解

6、決方案和結(jié)論成為現(xiàn)實(shí)。
　?、窃贜akagami-m小尺度衰落參量m為任意值的一般約束條件下，針對陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道條件下M R C分集系統(tǒng)中斷性能評估問題，將“多個(gè)Lognormal隨機(jī)變量的和向單個(gè)Lognormal隨機(jī)變量近似”擴(kuò)展為“多個(gè)任意陰影相關(guān)Nakamgai-m/Lognormal隨機(jī)變量的和向單個(gè)Lognormal隨機(jī)變量近似”，從而給出了準(zhǔn)確有效的中斷性能評估解決方案。具體的，通過原始隨機(jī)變量和與近似后隨機(jī)變

7、量的矩生成函數(shù)匹配，以及數(shù)值求解匹配方程式，獲得近似后的單個(gè)Lognormal分布參數(shù)，從而利用其對陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道條件下M R C分集系統(tǒng)中斷性能進(jìn)行評估。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該近似方法的準(zhǔn)確性和有效性。值得注意的是，該近似方法也具有通用性，并不局限于M RC分集系統(tǒng)中斷性能評估問題，也可以用來處理多個(gè)任意陰影相關(guān)Nakamgai-m/Lognormal隨機(jī)變量的和的問題。
　?、柔槍﹃幱跋嚓P(guān)復(fù)合衰落信道條件下分集系統(tǒng)中斷性能的數(shù)

8、值評估問題，引入了Genz迭代算法，使得大分集階數(shù)時(shí)的數(shù)值計(jì)算效率得到了顯著的提高。陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道條件下分集系統(tǒng)中斷性能評估中包含多維Lognormal聯(lián)合分布，且呈現(xiàn)出多重積分的形式，傳統(tǒng)處理方式是使用Gaussian-Herimite多項(xiàng)式方法來對其進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。然而，考慮到Gaussian-Hermite多項(xiàng)式方法在分集階數(shù)增大時(shí)，其計(jì)算負(fù)擔(dān)指數(shù)級劇增，計(jì)算效率驟減，于是引入了計(jì)算負(fù)擔(dān)僅僅隨分集階數(shù)線性增加的Genz迭代算法

9、。通過仿真結(jié)果對以上兩種方法在解決陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道下分集系統(tǒng)中斷性能評估問題中的數(shù)值計(jì)算精度和效率進(jìn)行了分析，證實(shí)了Genz迭代算法在大分集階數(shù)時(shí)優(yōu)于Gaussian-Hermite多項(xiàng)式方法，既能滿足了較高計(jì)算精度，又維持了較低計(jì)算負(fù)擔(dān)。由此可見，Genz迭代算法的引入可以高效的解決支路數(shù)目較大的分集系統(tǒng)中斷性能數(shù)值評估問題，能夠方便的適用于大規(guī)模分布式天線系統(tǒng)中。
　　⑸針對陰影相關(guān)衰落信道下混合分集系統(tǒng)中斷性能評估問題，

10、按照不同的混合分集方案提出了相應(yīng)的解決方案，尤其是在OSC宏分集和M RC微分集并存的混合分集系統(tǒng)中，提出了同時(shí)考慮任意相關(guān)衰落和指數(shù)相關(guān)多徑衰落時(shí)的中斷性能評估方法。具體的，對于AA型混合分集（宏分集和微分集使用相同的合并策略）中斷性能的評估問題，可以通過調(diào)整陰影相關(guān)系數(shù)矩陣\bm{\Sigma丨，將其直接等效一般情形下的“陰影相關(guān)復(fù)合衰落信道下分集系統(tǒng)中斷性能評估”問題；對于AB型混合分集（宏分集和微分集使用不同的合并策略）中斷性能