基于中繼的協(xié)同無線通信網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、在現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入多個中繼形成一個虛擬陣列相互協(xié)同工作，利用協(xié)作分集可以取得提高頻譜效率、增大覆蓋半徑和節(jié)省無線資源等諸多優(yōu)勢。將MIMO、OFDM、分布式資源分配和SDMA等技術(shù)引入無線中繼通信系統(tǒng)的收發(fā)機設(shè)計中可進一步提升系統(tǒng)整體性能。通過利用網(wǎng)絡(luò)編碼，雙向中繼協(xié)議可獲得比單向中繼協(xié)議更高的頻譜效率。本論文的研究內(nèi)容包括單向/雙向中繼系統(tǒng)的性能分析、多中繼網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議設(shè)計和中繼選擇、雙向中繼系統(tǒng)中收發(fā)機的優(yōu)化設(shè)計和資源分配算法以及

2、多播中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)編碼性能分析。論文的主要貢獻列舉如下：
　　 1.研究了不同參數(shù)Nakagami-m衰落信道下兩跳固定增益AF中繼系統(tǒng)的性能，分別考慮了無協(xié)作分集和有協(xié)作分集這兩種情況，通過基于概率密度函數(shù)的性能分析法推導(dǎo)了無協(xié)作分集時的系統(tǒng)中斷概率和平均誤符號率（ASER）的閉合表達式，進一步通過基于矩生成函數(shù)的方法推導(dǎo)了有協(xié)作分集時的系統(tǒng)中斷概率和ASER表達式以及接收信噪比的n階矩閉合表達式。所推導(dǎo)的各種情況下的解析解

3、與數(shù)值仿真結(jié)果吻合良好，有協(xié)作分集時系統(tǒng)性能均優(yōu)于無協(xié)作分集時，通過對信道不均衡時的性能分析發(fā)現(xiàn)，中繼前后兩跳的信道質(zhì)量對系統(tǒng)性能的影響是不相同的。
　　 2.研究了并行多中繼網(wǎng)絡(luò)中的AF協(xié)議及分布式空時碼，設(shè)計了一種新穎的滿復(fù)用時隙放大轉(zhuǎn)發(fā)（FSAF）協(xié)議，通過充分利用多中繼的空間分集，有效地提升了系統(tǒng)性能。針對FSAF的一種簡化協(xié)議DSAF，從信息論的角度給出了系統(tǒng)互信息表達式，該協(xié)議相比于其他類型的AF協(xié)議在中斷概率性能上

4、有明顯提升。為使該協(xié)議更加實用化，還設(shè)計了幾種多中繼優(yōu)化選擇策略，并探討了一種簡化解碼復(fù)雜度的全分集的分布式線性疏散空時碼（DLDC）在FSAF協(xié)議中的應(yīng)用，所提出的多中繼優(yōu)化選擇策略和DLDC分別在互信息量和誤符號率性能上顯示了其相比于其他傳輸策略的優(yōu)越性。
　　 3.研究了并行多中繼通信網(wǎng)絡(luò)中的中繼選擇和功率分配算法。為了優(yōu)化協(xié)作通信系統(tǒng)的資源配置，提出了集中式和分布式的中繼選擇算法，有效地減少了信道反饋信息，在保證傳輸質(zhì)量

5、的前提下，能充分利用協(xié)作分集和選擇分集獲得較大的系統(tǒng)和速率。通過利用新穎的功率分配算法進一步實現(xiàn)了約束的總功率在信源和中繼上的最優(yōu)分配。分布式中繼選擇通過利用信道的調(diào)和平均值門限，與最優(yōu)功率分配相結(jié)合時，能以較低的系統(tǒng)復(fù)雜度獲得最優(yōu)的傳輸性能。
　　 4.研究了多天線AF雙向中繼系統(tǒng)中的中繼處理與資源分配策略，根據(jù)最小和均方誤差準(zhǔn)則，以較小的復(fù)雜度得到了均方誤差最優(yōu)的中繼處理矩陣的閉合表達式。探討了OFDM雙向中繼系統(tǒng)的資源分配

6、策略，提出了實現(xiàn)復(fù)雜度低的分層子載波配對策略和功率優(yōu)化分配策略。所設(shè)計的中繼處理策略在系統(tǒng)和速率和誤碼率性能上均明顯優(yōu)于其他雙向中繼策略，且性能隨著中繼天線數(shù)的增加而提升，結(jié)合功率分配的分層子載波配對策略能明顯提升系統(tǒng)和速率，性能接近最優(yōu)策略。
　　 5.研究了基于多用戶MIMO網(wǎng)絡(luò)的OFDM.AF雙向中繼策略，在第一時隙的多址傳輸中采用OFDMA，在第二時隙的廣播傳輸中采用OFDM/SDMA，通過利用頻率分集和空間分集提高了系

7、統(tǒng)性能。針對雙向中繼傳輸?shù)奶攸c，采用兩種方法在每個子載波上設(shè)計了中繼波束形成矩陣，分別基于信漏噪比準(zhǔn)則和塊對角化迫零準(zhǔn)則。利用割集理論推導(dǎo)了該雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的容量域上界。所提出的雙向中繼策略在系統(tǒng)和速率性能上優(yōu)于其他三種中繼策略，并能逼近所推導(dǎo)的容量域上界。
　　 6.研究了解碼轉(zhuǎn)發(fā)MIMO雙向中繼系統(tǒng)的傳輸策略與性能，分別設(shè)計了兩種信道狀態(tài)信息（CSI）情況下的系統(tǒng)傳輸策略，并推導(dǎo)了系統(tǒng)中斷概率和ASER的閉合表達式。當(dāng)已知完全

8、CSI時，采用最大比發(fā)送-最大比接收技術(shù)設(shè)計發(fā)射和接收波束形成向量；當(dāng)未知完全CSI時，設(shè)計了基于有限反饋的傳輸策略，并采用隨機向量量化碼本和Grassmann碼本進行數(shù)值仿真驗證。所設(shè)計的雙向中繼傳輸策略的中斷概率和ASER性能明顯優(yōu)于其他策略，所推導(dǎo)的閉合表達式能準(zhǔn)確地表征系統(tǒng)中斷概率和ASER性能。
　　 7.研究了Nakagami-m衰落信道下多播中繼系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)編碼的中斷概率性能。分別采用復(fù)數(shù)域網(wǎng)絡(luò)編碼（CFNC）和放大