協作分集與中繼選擇算法研究.pdf

1、隨著無線通信技術的發(fā)展,對無線應用的需求迅速增長,然而無線信道的多徑衰落嚴重影響了通信的質量。研究表明,分集技術是克服多徑衰落影響的有效手段之一。其中空間分集由于不占用額外帶寬和時隙資源被引起廣泛關注。但是具備空間分集的多天線系統由于成本和尺寸的原因,在實際應用中存在諸多限制。Sendonaris和Laneman等人提出利用源節(jié)點和周圍一個或多個相鄰節(jié)點組成的分布式虛擬多天線系統來獲得空間分集,這種利用相鄰節(jié)點獲得分集的方式稱為協作分集

2、。
　　 目前,關于協作分集的研究主要存在如下問題:(1)大多數的研究都是假定協作通信的收發(fā)端均已知理想的信道狀態(tài)信息,對于信道估計誤差對協作通信的影響研究甚少;(2)“Best”選擇協作通信研究大多假定是“全天候協作”,即無論中繼鏈路質量的好壞都保持協作,很少考慮分集和帶寬效率的折中問題;(3)當“Best”中繼已經被其它用戶調度,當前用戶必須選擇次優(yōu)或更次優(yōu)中繼,該條件下的協作系統性能分析有待深入研究;(4)多用戶協作可以同

3、時獲得多用戶分集和協作分集,該系統性能的理論分析仍有待深入研究。
　　 針對以上問題,論文研究了相應的協作系統及算法,主要包括:
　　 (1)研究了存在信道估計誤差條件下協作分集性能分析的數學模型,分析了信道估計誤差對協作系統的影響。①對于DF協作系統,得到了Rayleigh信道存在估計誤差條件下的平均碼元錯誤概率閉式解及其上界表達式。進一步考慮總功率約束條件,分析了優(yōu)化功率分配后的平均碼元錯誤概率性能。對于Nakaga

4、mi-m信道,得到了存在信道估計誤差條件下的平均碼元錯誤概率表達式,分析了不同Nakagami分布參數m對協作系統的影響。②對于AF協作系統,通過非直接鏈路的端到端信噪比的近似表達式得到了接收信號信噪比的概率密度函數PDF、累積分布函數CDF和矩生成函數MGF,并推導了該系統的平均碼元錯誤概率和中斷概率表達式。
　　 (2)研究了中繼選擇協作系統和中繼選擇算法:①對于中繼選擇系統,考慮分集性能和帶寬效率的折中問題,提出了基于S-

5、D鏈路信噪比門限的中繼選擇算法和基于S-R-D/S-D信噪比比值門限的中繼選擇算法,推導了上述中繼選擇算法的平均碼元錯誤概率和帶寬效率表達式,分析了不同的門限值對平均碼元錯誤概率和帶寬效率的影響。理論分析和仿真結果表明,對于S-D準則,可通過減小協作門限值提高分集效果,可通過增大協作門限值提高帶寬效率:對于S-R-D準則,當鏈路處于低信噪比時,可通過減小協作門限值獲得更好的分集效果。當鏈路處于高信噪比時,可通過增大協作門限值提高系統的帶

6、寬效率。做到分集和帶寬效率的折中。不僅解決了“與誰協作”的問題,而且解決了“何時協作”的問題。②對于集中調度的多源-多中繼協作系統,利用Order Statistic理論研究了公平調度下選擇次優(yōu)或第K優(yōu)中繼的協作模型,推導了該模型下的端到端信噪比的PDF、CDF和MGF,并推導了非相同分布信道參數條件下的平均碼元錯誤概率和平均信噪比增益表達式。
　　 (3)研究了Rayleigh信道獨立同分布條件下的聯合多用戶分集和協作分集系統