無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的性能及功率分配研究.pdf

1、隨著人們對移動通信業(yè)務(wù)需求的不斷增長，移動通信系統(tǒng)正朝著高速、寬帶、多業(yè)務(wù)和低成本的方向飛速發(fā)展。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)充分開發(fā)空間資源，利用多個天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜資源和發(fā)送功率的情況下，可以成倍提高信道容量，有效提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率和可靠性。但是，由于成本、功耗和體積等因素，在一些移動終端很難安置多根天線，從而嚴(yán)重阻礙了多天線技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。協(xié)作分集技術(shù)通過天線的協(xié)作共享，形成一個虛擬的多天線系統(tǒng)

2、，從而獲得可觀的分集增益，為MIMO技術(shù)的實(shí)用化提供了一條途徑。本論文完善了無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的性能分析，在此基礎(chǔ)上，通過功率優(yōu)化分配進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的性能，主要工作概括為：
　　 1.基于放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)的協(xié)作系統(tǒng)
　　 采用AF協(xié)作時，中繼不需要譯碼，支持盲接入，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，可應(yīng)用到眾多系統(tǒng)。采用AF協(xié)作導(dǎo)致源到目的節(jié)點(diǎn)信道為重疊信道，增加了理論分析困難。論文基于已有研究，重點(diǎn)解決：
　　 其一，多中繼系統(tǒng)的

3、最優(yōu)功率分配問題。首先推導(dǎo)了瑞利衰落信道下傳統(tǒng)多中繼AF協(xié)作系統(tǒng)在M-PSK和M-QAM調(diào)制方式下的平均誤符號率(SER)及高信噪比(SNR)下的SER近似值，接著，基于此近似值，在總功率一定的條件下，采用Lagrange乘數(shù)法得出了最優(yōu)功率分配的閉式解。結(jié)果表明：與等功率分配相比，功率優(yōu)化分配可以降低系統(tǒng)SER，且M-PSK和N-QAM方式下的最優(yōu)化功率分配相同，與源和目的節(jié)點(diǎn)之間的直達(dá)路徑的信道質(zhì)量無關(guān)，僅依賴于與中繼相連的信道質(zhì)量

4、。
　　 其二，針對現(xiàn)有的基于Alamouti碼的放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作協(xié)議(AF-DSTC)頻譜效率較低的問題，提出了一種新的基于Alamouti碼的高效選擇性放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作協(xié)議(SAF-DSTC)，將協(xié)作過程從原來的四個時隙縮短至三個時隙，頻譜效率由1/2提高到了2/3。結(jié)果表明：在保持相同頻譜效率情況下，SAF-DSTC在系統(tǒng)所耗功率，中斷概率和誤比特率方面都優(yōu)于AF-DSTC。
　　 2.基于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)的協(xié)作系統(tǒng)

5、>　　 采用選擇性DF協(xié)作時，中繼譯碼可消除重疊衰落信道的影響，并降低誤差傳播，因此可提高協(xié)作系統(tǒng)性能。由于理論分析較易，已有相關(guān)研究成果較多，論文主要進(jìn)一步研究非理想信道估計(jì)和機(jī)會中繼對該系統(tǒng)的性能影響，即：
　　 其一，在非理想Nakagami-m信道下，采用矩母函數(shù)的方法，推導(dǎo)了M-QAM調(diào)制方式下多中繼DF協(xié)作系統(tǒng)的近似SER表達(dá)式以及高SNR下的漸進(jìn)SER解析式，基于此漸進(jìn)解析式，將最小化SER的功率分配轉(zhuǎn)化為典型的

6、凸優(yōu)化問題，得出SER最小準(zhǔn)則下的最優(yōu)功率分配。結(jié)果表明：信道估計(jì)誤差存在時，最優(yōu)功率分配能顯著提高中低SNR下的協(xié)作系統(tǒng)SER，但不能改善高SNR下的錯誤平層。
　　 其二，機(jī)會中繼是為提高傳統(tǒng)多中繼系統(tǒng)頻譜效率而提出的，為了完善關(guān)于機(jī)會中繼系統(tǒng)的性能分析，推導(dǎo)了統(tǒng)計(jì)獨(dú)立但不同分布的Nakagami-m信道下，機(jī)會DF協(xié)作系統(tǒng)的平均SER和中斷概率的表達(dá)式。
　　 3.基于移動中繼輔助的雙移動(M2M)系統(tǒng)
　　

7、 移動中繼輔助通信是未來移動蜂窩網(wǎng)、Ad Hoc網(wǎng)以及機(jī)車間通信等的一種典型應(yīng)用場景，由于適用的信道模型不同，目前，這方面理論分析還比較匱乏。論文主要基于移動端對移動端(M2M)信道衰落服從重疊Nakagami-m分布的假設(shè)，研究M-PSK調(diào)制下移動AF及DF中繼對M2M系統(tǒng)的性能影響。利用矩母函數(shù)方法，推導(dǎo)了移動中繼輔助的M2M通信系統(tǒng)的SER性能表達(dá)式，并結(jié)合近似概率密度(PDF)的方法，給出了更為逼近的AF輔助的M2M系統(tǒng)的近似