無線通信中的選擇協(xié)同分集技術(shù)研究.pdf

1、協(xié)同通信技術(shù)能夠有效的改善無線系統(tǒng)的傳輸性能,發(fā)揮多個(gè)天線聯(lián)合通信的優(yōu)勢,因此受到學(xué)術(shù)界的密切關(guān)注和持續(xù)研究,成為有著廣闊應(yīng)用前景的無線技術(shù)之一。選擇協(xié)同分集技術(shù)是協(xié)同通信中的一類簡便而高效的方法。它采用單中繼策略,從多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)中選出一個(gè)信道質(zhì)量最好的最佳中繼節(jié)點(diǎn)來完成信息的協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā)工作。與需要多個(gè)節(jié)點(diǎn)都參與轉(zhuǎn)發(fā)的中繼策略相比,選擇協(xié)同大大降低了協(xié)同的復(fù)雜度,但仍能充分利用所有信道信息,達(dá)到全分集的傳輸性能。所以,選擇協(xié)同分集技術(shù)從提

2、出后一直備受矚目,成為協(xié)同通信中一個(gè)兼具靈活性和實(shí)用性的重要技術(shù)發(fā)展方向。
　　 本文圍繞選擇協(xié)同分集技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用而展開,對其在各種通信場景下的方法、協(xié)議和性能進(jìn)行了深入探討和系統(tǒng)性研究。
　　 首先,針對單源單目標(biāo)的場景,本文提出了一種基于反饋的選擇協(xié)同方法。最佳中繼節(jié)點(diǎn)通過全分布式的競爭來選出,除了用于反饋的確認(rèn)幀和否決幀外,源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之問沒有其它任何因?yàn)閰f(xié)同而導(dǎo)致的信息交互開銷。所提方法利用了現(xiàn)

3、有網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)制,因此能夠方便的集成到各種實(shí)際的無線網(wǎng)絡(luò)中。論文推導(dǎo)和分析了反饋式選擇協(xié)同方法在Nakagami-m衰落下的分集復(fù)用權(quán)衡(DMT)性能,證明了所提出的協(xié)同方法能夠有效的提高系統(tǒng)的頻譜效率,并同時(shí)表明在有反饋的情況下,選擇協(xié)同與另外一種單中繼協(xié)同方法一機(jī)會中繼,在通用衰落信道中具有相同的性能。
　　 接著,針對時(shí)延容忍性的無線網(wǎng)絡(luò),本文把自動請求重傳(ARQ)機(jī)制引入到選擇協(xié)同方法的研究中來。論文提出了結(jié)合了ARQ

4、的通用選擇協(xié)同方法,對無記憶接收和合并接收這兩種情況分別進(jìn)行了討論。通過推導(dǎo)和分析分集-復(fù)用-時(shí)延(D-M-D)權(quán)衡,論文證明了與機(jī)會中繼不同,直接將單輪反饋的選擇協(xié)同方法擴(kuò)展到多輪反饋的.ARQ場合,無法保證獲得最優(yōu)的D-M-D權(quán)衡,只有在中繼節(jié)點(diǎn)具有合并接收能力的條件下才能達(dá)到最優(yōu)性能。論文還提出了一種精簡ARQ選擇協(xié)同方案,在幾乎達(dá)到最優(yōu)D-M-D權(quán)衡性能的同時(shí),將協(xié)同反饋開銷降低為通用方法的一半。理論分析和仿真結(jié)果表明,所提出的

5、精簡ARO選擇協(xié)同方案,能夠以合理的時(shí)延代價(jià)和較小的協(xié)同開銷換取分集增益的增加,從而顯著增加系統(tǒng)的可靠性。
　　 然后,本文對較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中選擇協(xié)同的方法和性能進(jìn)行了研究。在節(jié)點(diǎn)的直接傳輸范圍受到距離、拓?fù)涞葪l件限制的無線網(wǎng)絡(luò)中,論文提出了一種擴(kuò)散式選擇協(xié)同方法。隨著信息傳輸輪次的增加,越來越多的節(jié)點(diǎn)會參與協(xié)同過程。即使與源節(jié)點(diǎn)無法直連的節(jié)點(diǎn),也有機(jī)會成為最佳中繼節(jié)點(diǎn)。通過對邊界情況的D-M-D權(quán)衡進(jìn)行分析,證明了擴(kuò)散過程能為系

6、統(tǒng)帶來額外的分集增益。仿真結(jié)果也表明擴(kuò)散式選擇協(xié)同方法能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?較好的改善系統(tǒng)的傳輸效果。
　　 最后,本文把基于反饋的選擇協(xié)同方法擴(kuò)展到多源多目標(biāo)的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中,并研究了在該場景下所特有的最佳中繼沖突問題及其解決方法。對于高信噪比的情況,通過DMT推導(dǎo)可發(fā)現(xiàn)當(dāng)多個(gè)協(xié)同鏈路共享同一最佳中繼節(jié)點(diǎn)時(shí),各個(gè)鏈路的DMT性能不受最佳中繼節(jié)點(diǎn)處功率分裂的影響,所以共享最佳中繼方法是一種簡單而有效的解決方案。對于中低信噪比的情

7、況,論文提出了兩種適用于最佳中繼節(jié)點(diǎn)的功率分配算法。一種以協(xié)同鏈路互信息量的最大-最小函數(shù)為優(yōu)化目標(biāo),另外一種以最大化協(xié)同成功鏈路數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)。仿真結(jié)果表明,后一種功率分配算法在降低運(yùn)算復(fù)雜度的同時(shí),還能給網(wǎng)絡(luò)帶來更好的通信性能。
　　 本文的研究,在通過理論分析來優(yōu)化協(xié)同方法的同時(shí),還密切結(jié)合實(shí)際的無線網(wǎng)絡(luò)機(jī)制來設(shè)計(jì)協(xié)同協(xié)議,因此所提出的選擇協(xié)同方法具備簡捷和實(shí)用的特點(diǎn)。本文針對選擇協(xié)同分集方法和性能的研究,有助于協(xié)同技術(shù)在各