無線中繼網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計模型及其特性研究.pdf

1、頻譜帶寬瀕臨飽和與發(fā)射功率受限是B3G和4G移動通信系統(tǒng)面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)之一。無線中繼技術(shù)能取得新的空間分集增益——協(xié)作分集，能節(jié)省頻譜資源，減少通信盲區(qū)并擴(kuò)大小區(qū)的覆蓋范圍，不需要在一個終端上布置多根天線就能夠增強(qiáng)系統(tǒng)通信質(zhì)量，同時提高傳輸容量，是目前無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 信道統(tǒng)計特性是研究無線通信的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到通信系統(tǒng)性能、天線選擇、通信距離計算以及編碼調(diào)制方式選擇等方面的理論研究及其優(yōu)化設(shè)計和工程實(shí)施。為此，

2、本文從理論上研究了無線中繼信道的二階統(tǒng)計特性。其中針對三節(jié)點(diǎn)的無線中繼系統(tǒng)，研究了瑞利（Rayleigh）衰落條件下、基于不同中繼策略的無線中繼信道的平均幅度穿越率（LCR）和平均衰落時間（AOD），其關(guān)鍵點(diǎn)在如何將傳統(tǒng)的直接計算方法需要進(jìn)行三重積分表達(dá)式化簡為一重積分表達(dá)式。運(yùn)用我們得到的簡化結(jié)果可以方便地計算相應(yīng)的LCR和AOD，從而刻畫無線中繼信道在時間上的衰落頻率和嚴(yán)重程度，為確定符號速率、數(shù)據(jù)包長度和時序長度等無線中繼網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

3、參數(shù)設(shè)計問題提供參考依據(jù)。 在蜂窩系統(tǒng)中，當(dāng)用戶離基站較遠(yuǎn)、信號比較弱時不能夠和基站進(jìn)行直接通信，借助空閑的用戶終端作為中繼進(jìn)行協(xié)作通信，能提高用戶的信噪比并滿足用戶通信的要求，也能夠提高整個系統(tǒng)的吞吐量。對此，本文提出了工程上易于實(shí)現(xiàn)的兩兩匹配的用戶協(xié)作策略，建立了基于系統(tǒng)和容量最大化的“最大容量的匹配模型”和系統(tǒng)和功率最小化的“最小功率的匹配模型”。并通過圖論的相關(guān)理論和方法，把上述兩種模型轉(zhuǎn)化為相應(yīng)圖論中的加權(quán)二分圖的最優(yōu)

4、匹配問題，最后利用計算量較小的Kuhn—Munkres算法得到問題的最優(yōu)解，研究結(jié)果表明該方法能夠較大地提高系統(tǒng)的和容量和節(jié)省系統(tǒng)的總功率。 未來的無線通信，要求不僅在物理層（PHY）能夠為用戶提供高速的傳輸速率，而且在媒體接入層（MAC）能夠滿足用戶的QoS需求。本文通過運(yùn)用排隊論、馬爾可夫（Markov）過程、流體模型、矩陣論等理論和分析方法研究了三節(jié)點(diǎn)的無線中繼增量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隊列的統(tǒng)計模型及其統(tǒng)計特性和有效容量。首先根據(jù)無線

5、信道的Markov過程模型建立了無線中繼網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包隊列狀態(tài)模型，模型中信息源節(jié)點(diǎn)信息包的到達(dá)過程建模為馬爾可夫調(diào)制泊松過程（MMPP），并使用一個依賴于信道狀態(tài)信息的馬爾可夫相位過程刻畫發(fā)射過程，從而建立了一個描述物理層和媒體層的理論模型，得出了系統(tǒng)容量的概率平衡方程，再利用母函數(shù)方法求出了用戶數(shù)據(jù)包隊列長度的平穩(wěn)分布概率，通過矩陣幾何分析方法獲得了系統(tǒng)有效容量表達(dá)式和系統(tǒng)平衡的條件，同時對隊列分布概率、平均長度等參數(shù)進(jìn)行了理論分析。