無線通信中的選擇協(xié)同分集技術研究.pdf

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

2、出后一直備受矚目,成為協(xié)同通信中一個兼具靈活性和實用性的重要技術發(fā)展方向。
　　 本文圍繞選擇協(xié)同分集技術在無線通信系統(tǒng)中的應用而展開,對其在各種通信場景下的方法、協(xié)議和性能進行了深入探討和系統(tǒng)性研究。
　　 首先,針對單源單目標的場景,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)點通過全分布式的競爭來選出,除了用于反饋的確認幀和否決幀外,源節(jié)點與目標節(jié)點之問沒有其它任何因為協(xié)同而導致的信息交互開銷。所提方法利用了現(xiàn)

3、有網(wǎng)絡的運行機制,因此能夠方便的集成到各種實際的無線網(wǎng)絡中。論文推導和分析了反饋式選擇協(xié)同方法在Nakagami-m衰落下的分集復用權衡(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)同方法一機會中繼,在通用衰落信道中具有相同的性能。
　　 接著,針對時延容忍性的無線網(wǎng)絡,本文把自動請求重傳(ARQ)機制引入到選擇協(xié)同方法的研究中來。論文提出了結合了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行了討論。通過推導和分析分集-復用-時延(D-M-D)權衡,論文證明了與機會中繼不同,直接將單輪反饋的選擇協(xié)同方法擴展到多輪反饋的.ARQ場合,無法保證獲得最優(yōu)的D-M-D權衡,只有在中繼節(jié)點具有合并接收能力的條件下才能達到最優(yōu)性能。論文還提出了一種精簡ARQ選擇協(xié)同方案,在幾乎達到最優(yōu)D-M-D權衡性能的同時,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,能夠以合理的時延代價和較小的協(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)絡中選擇協(xié)同的方法和性能進行了研究。在節(jié)點的直接傳輸范圍受到距離、拓撲等條件限制的無線網(wǎng)絡中,論文提出了一種擴散式選擇協(xié)同方法。隨著信息傳輸輪次的增加,越來越多的節(jié)點會參與協(xié)同過程。即使與源節(jié)點無法直連的節(jié)點,也有機會成為最佳中繼節(jié)點。通過對邊界情況的D-M-D權衡進行分析,證明了擴散過程能為系

6、統(tǒng)帶來額外的分集增益。仿真結果也表明擴散式選擇協(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)同方法擴展到多源多目標的協(xié)同網(wǎng)絡中,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推導可發(fā)現(xiàn)當多個協(xié)同鏈路共享同一最佳中繼節(jié)點時,各個鏈路的DMT性能不受最佳中繼節(jié)點處功率分裂的影響,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,另外一種以最大化協(xié)同成功鏈路數(shù)為優(yōu)化目標。仿真結果表明,后一種功率分配算法在降低運算復雜度的同時,還能給網(wǎng)絡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,還密切結合實際的無線網(wǎng)絡機制來設計協(xié)同協(xié)議,因此所提出的選擇協(xié)同方法具備簡捷和實用的特點。本文針對選擇協(xié)同分集方法和性能的研究,有助于協(xié)同技術在各