無線網(wǎng)絡同信道干擾性能分析方法研究.pdf

1、無線通信發(fā)展的背后始終伴隨著一個不斷激化的矛盾，即不斷增長的業(yè)務需求一直挑戰(zhàn)著日益匱乏的無線資源承載的極限。為了解決這一矛盾，高資源利用效率的無線通信技術不斷涌現(xiàn)，從蜂窩概念到感知無線電，乃至多網(wǎng)絡共存技術。但是，這些技術仍未跳脫通信系統(tǒng)可靠性與有效性的矛盾，大多數(shù)技術是在現(xiàn)有成本和科技水平的約束下在可靠性與有效性之間找到一個較優(yōu)的權衡。因此，這些技術在提高資源利用率的同時也降低了信號之間的正交性，不僅引入大量同信道干擾，而且將干擾問題

2、從單天線、點到點信道、參數(shù)固定的無衰落或平坦衰落信道的單干擾源問題演變?yōu)槎嗵炀€、多跳信道、參數(shù)任意的頻率選擇性衰落信道多干擾源問題。
　　本論文圍繞干擾模型、性能指標和分析方法這三個要素展開研究，旨在解決以下四方面的科學問題：無線網(wǎng)絡同信道干擾建模，無線網(wǎng)絡同信道干擾性能刻畫，干擾受限系統(tǒng)性能評估以及同信道干擾性能分析方法在鐵路移動通信系統(tǒng)中的應用。本論文綜合運用了隨機理論、非線性估計、隨機點過程、Fox’s H函數(shù)及Fox’s

3、H分布等數(shù)學工具。在分析無線通信系統(tǒng)衰落現(xiàn)象和同信道干擾現(xiàn)象生成機理的基礎上，本文首先建立具有普遍適用性的同信道干擾模型。通過定義不同的參數(shù)，干擾模型可以分別描述不同干擾受限場景，如不同信道環(huán)境(平衰落信道、選擇性信道、不同信道增益)、不同干擾源數(shù)目(單干擾源、多個獨立同分布干擾源、多個參數(shù)任意獨立干擾源)、不同合并接收方式(等增益接收、選擇性接收、最大比接收)。針對有基礎設施網(wǎng)絡自干擾場景、無基礎設施網(wǎng)絡和多網(wǎng)絡共存的互干擾場景以及鐵

4、路專用移動通信系統(tǒng)場景，分別提出復雜度低且具有普遍適用性的干擾性能解析分析方法，并通過解析表示從本質(zhì)上解釋影響干擾性能的關鍵因素和干擾現(xiàn)象的基本規(guī)律，研究干擾受限系統(tǒng)參數(shù)配置的內(nèi)在聯(lián)系，給出系統(tǒng)性能的解析表達，為網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化奠定基礎。本文主要工作如下：
　　(1)在有基礎設施網(wǎng)絡內(nèi)部自干擾性能分析方面，論文首先設計迭代算法，給出存在多個參數(shù)任意的Nakagami-m干擾源時，干擾受限系統(tǒng)中斷概率的迭代表達。其次，為了更全面地解決

5、參數(shù)任意的隨機變量代數(shù)運算的統(tǒng)計問題，論文證明了級聯(lián)信道可以等效為一條簡單的點到點信道，且低階。Fox’s H函數(shù)是高階Fox’s H函數(shù)的特例。基于此定理并結合。Fox’s H函數(shù)和Fox’s H分布的普遍適用性和統(tǒng)計特性，提出多個參數(shù)任意的Fox’s H變量之和的分布估計算法，給出任意信道中，基于Fox’s H函數(shù)的任意參數(shù)獨立多干擾源性能解析研究方法，推導出多個參數(shù)任意的干擾源存在時的總干擾和信干比的概率密度函數(shù)、累積概率分布及一

6、階統(tǒng)計特性的估計算法和解析表達。另外，考慮到干擾現(xiàn)象的時變特性，論文從衰落現(xiàn)象的本質(zhì)出發(fā)，將Rice模型拓展到更多類型的衰落信道中，并應用Fox’s H函數(shù)積分定理推導出任意信道中，信干比二階統(tǒng)計量的解析表示。
　　(2)在以無基礎設施網(wǎng)絡和多網(wǎng)絡共存的互干擾網(wǎng)絡為例的分布式網(wǎng)絡中，干擾區(qū)域和干擾源分布都與有基礎設施自干擾網(wǎng)絡中的情形產(chǎn)生很大的變化，是除了無線信道之外影響干擾性能的兩個重要因素。為了區(qū)分干擾區(qū)域和干擾源分布對干擾性

7、能的影響，論文分別考慮單干擾源和多干擾源存在時兩種網(wǎng)絡環(huán)境。單干擾源網(wǎng)絡中，論文著重考慮干擾區(qū)域對分布式網(wǎng)絡干擾性能的影響，依據(jù)干擾區(qū)域與服務區(qū)域之間相對位置不同，建立同中心和異中心兩種分布式網(wǎng)絡干擾模型。對于同中心分布式網(wǎng)絡中，本文應用Fox’s H函數(shù)的普適性和統(tǒng)計性質(zhì)，考慮不同維度空間內(nèi)，任意信道環(huán)境下同信道干擾統(tǒng)計性能的閉合表示。在異中心分布式網(wǎng)絡中，本文基于空間幾何理論，給出了同信道干擾統(tǒng)計性能的解析表示。多干擾受限網(wǎng)絡中，著

8、重分析干擾源分布對干擾性能的影響，分別討論了無限范圍和有限范圍干擾區(qū)域中，存在非同分布獨立多干擾源時，不同維度空間內(nèi)同信道干擾性能解析表示。
　　(3)通過分析干擾受限系統(tǒng)性能指標與信干比之間的定量關系，應用Fox’s H函數(shù)和Fox's H分布的數(shù)學性質(zhì)，將干擾受限無線通信系統(tǒng)性能分析問題歸結為性能指標的加權平均問題，給出任意參數(shù)信道環(huán)境中，干擾受限系統(tǒng)性能指標的解析表示。給出任意參數(shù)信道環(huán)境中，干擾受限系統(tǒng)差錯概率、中斷概率和

9、信道容量等性能指標及其高階統(tǒng)計量的解析表示。然后，為了考察上述具有普遍適用性的同信道干擾性能分析方法的可行性，論文將其應用到鐵路專用移動通信系統(tǒng)干擾性能分析中。由于鐵路路軌寬度遠遠小于鐵路長度，鐵路正線無線網(wǎng)絡呈現(xiàn)鏈狀覆蓋特性，且移動性也是影響鐵路專用移動通信系統(tǒng)性能的關鍵因素之一，論文結合鐵路專用移動通信系統(tǒng)實際工程要求，著重考慮鏈狀覆蓋模式和列車移動對無線通信系統(tǒng)的影響，建立干擾受限鐵路移動通信系統(tǒng)模型，分別研究外部同信道干擾和移動