協(xié)作通信中繼選擇方案及ARQ聯(lián)合優(yōu)化研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)使人們擺脫了傳統(tǒng)的有線(xiàn)通信的束縛,讓人類(lèi)進(jìn)入了移動(dòng)通信時(shí)代。面對(duì)廣大的應(yīng)用和研究市場(chǎng),無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)得到了快速發(fā)展,促使第一代移動(dòng)通信(1G)到第三代移動(dòng)通信(3G)的演進(jìn)和過(guò)渡越來(lái)越快,突顯了人們對(duì)無(wú)線(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)越來(lái)越高的需求,特別是下一代移動(dòng)通信技術(shù),即第四代移動(dòng)通信技術(shù)(4G),要求通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靜止時(shí)達(dá)到1Gbps和移動(dòng)時(shí)100Mbps信息傳輸速率。但是,頻譜資源的有限性成為了下一代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”。此時(shí),多

2、天線(xiàn)技術(shù)在不增加帶寬的前提下,能夠提高系統(tǒng)的信息傳輸速率和頻譜效率,因此成為無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的研究熱點(diǎn)。盡管如此,由于終端的一些實(shí)際限制,許多終端不能安裝多天線(xiàn),因此,便產(chǎn)生了一種新興技術(shù):協(xié)作通信。
　　 協(xié)作通信在多用戶(hù)環(huán)境下能夠使單天線(xiàn)終端彼此相互共享天線(xiàn),形成虛擬的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī),從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集增益。因此,在無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng),ad-hoc網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中,協(xié)作通信技術(shù)在近些年里得到了廣泛研究。目前得到廣泛認(rèn)可的協(xié)作協(xié)議主要有三

3、種:放大向前(AF),譯碼向前(DF)和碼協(xié)作(CC)。對(duì)于中繼節(jié)點(diǎn)選擇方案的研究一直是協(xié)作通信技術(shù)的難點(diǎn)和熱點(diǎn),考慮到了實(shí)際應(yīng)用的多用戶(hù)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)便產(chǎn)生了三種主要的方案:確定優(yōu)先級(jí)列表(FPLRS),機(jī)會(huì)中繼(ORS)和增加傳輸(ITRS)中繼選擇方案。但是,對(duì)于協(xié)作通信仍然有幾個(gè)難題需要解決,比如:如何確定協(xié)作中繼終端數(shù)量,采用什么的適合網(wǎng)絡(luò)情況的中繼節(jié)點(diǎn)選擇方案,如何通知網(wǎng)絡(luò)中目的端中繼終端采用了哪種協(xié)作協(xié)議選擇,如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最

4、優(yōu)的功率分配,基于多方面因素的協(xié)作多用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題等等。
　　 在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和掌握協(xié)作通信技術(shù)一些關(guān)鍵技術(shù)之后,本文便根據(jù)目前協(xié)作通信發(fā)展比較熱點(diǎn)和重要的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,在給出了系統(tǒng)詳細(xì)的理論分析的同時(shí),還給出了大量的性能仿真和相應(yīng)的分析。
　　 首先,我們主要考慮了單天線(xiàn)終端網(wǎng)絡(luò)結(jié)合空時(shí)分組碼(STBC)并根據(jù)信息論的互信息和最大流最小割(MFML)算法去分析和計(jì)算出整個(gè)協(xié)作系統(tǒng)的信道容量,綜合考慮信道情況得

5、到整個(gè)協(xié)作系統(tǒng)的中斷概率。開(kāi)始我們采用FPLRS選擇“最優(yōu)”和“次最優(yōu)”中繼終端,其中兩個(gè)中繼終端采用譯碼向前(DF)協(xié)議和結(jié)合Alamouti-STBC方案。隨后,信源和中繼終端間的最優(yōu)功率分配方案被詳細(xì)地研究。最后,協(xié)作節(jié)點(diǎn)間距離以及協(xié)作節(jié)點(diǎn)天線(xiàn)間的相關(guān)性對(duì)整個(gè)協(xié)作通信系統(tǒng)中斷概率的影響也被綜合地考慮。
　　 其次,我們應(yīng)用ORS方案于協(xié)作多天線(xiàn)(MIMO)系統(tǒng)。其中中繼終端都安裝有多根天線(xiàn)。中繼終端自動(dòng)檢測(cè)CSI并采用MR

6、RC和Beamforming。為了最小化整個(gè)系統(tǒng)的中斷概率,我們基于ORS提出了最新的中繼選擇方案并進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)最優(yōu)功率分配方案,并給出了中斷概率的閉式表達(dá)式和分集階數(shù)。最后,針對(duì)同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi),具有相同中繼終端數(shù)分別帶有不同數(shù)量的天線(xiàn)數(shù)和具有不同中繼終端數(shù)但每個(gè)終端帶有相同天線(xiàn)數(shù)兩種情況給予了詳細(xì)的仿真和分析。
　　 最后,我們重點(diǎn)研究如何利用ARQ技術(shù)進(jìn)行協(xié)作通信系統(tǒng)整體優(yōu)化去降低無(wú)線(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)不可回避的碰撞問(wèn)題?！盎谧赃m應(yīng)協(xié)作