基于压缩转发协议的全双工无线中继网络性能分析

摘要

带内全双工（IBFD）通信利用自干扰消除（SIC）技术能实现同时同频发射和接收，理论上可将频谱效率提高一倍。协作通信（CC）利用中继节点协作，能通过接力传输扩展覆盖范围，消除覆盖盲点、盲区，提高通信可靠性。将全双工通信与协作通信结合构建基于全双工通信的无线中继网络，不仅能发挥无线协作通信的技术优势，还能利用通信节点具有的全双工通信能力提高协作转发时效，降低端到端传输时延。但在全双工无线中继网络中，中继节点同时同频接收和转发信号，不可避免会存在残留自干扰（RSI），不同中继转发协议的性能与半双工无线中继网络有很大不同。本文针对全双工无线中继网络，分析和研究两跳中继和多跳中继下中继节点基于压缩转发（CF）协议的性能，主要研究内容和取得的研究成果如下：
　　1）研究 CF协议下全双工两跳中继网络的中断性能，首先建立全双工两跳中继网络的信道模型和信号模型，然后推导系统中断概率表达式，最后对中断性能进行仿真分析。结果表明：源节点和中继节点发射功率对系统中断概率有重要影响，随着发射功率的增大，系统中断概率呈下降趋势，但当发射功率增大到一定值后，系统中断概率下降趋缓；传输速率对系统中断概率也会产生影响，由于CF协议会引入量化噪声，当传输速率较小时，半双工方式略优于全双工方式，但随着传输速率的增加，全双工的优势逐渐体现；在相同传输速率下，CF协议下的系统中断性能次于SDF协议，但由于CF协议获得了分集增益，其中断性能优于DF协议。此外，R-D链路信道增益也会影响系统中断概率，但全双工方式始终优于半双工方式。
　　2）研究 CF协议下全双工多跳中继网络的中断性能，首先建立全双工多跳中继网络的信道模型和信号模型，然后推导系统中断概率表达式，最后对中断性能进行仿真分析。结果表明：信噪比对系统中断概率有重要影响，随着信噪比的增加，系统中断概率呈下降趋势，但当信噪比增加到一定值后，系统中断概率下降趋缓；在CF协议下，中继数一定时，随着信噪比增加，全双工的中断性能始终优于半双工。此外，由于在不同信噪比下，由于中继节点的总干扰以及路径损耗对性能的影响不同，因此，为了获得最小中断概率，应首先确定最优中继数量。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及章节安排

2 全双工无线中继网络概述

2.1 中继技术

2.2 带内全双工通信

2.3 全双工中继信道可达速率

2.4 本章小结

3 CF协议下全双工两跳中继网络性能分析

3.1 全双工两跳中继系统模型

3.2 中断概率分析

3.3 仿真分析

3.4本章小结

4 CF协议下全双工多跳中继网络性能分析

4.1 中断概率与矩母函数

4.2 全双工多跳中继系统模型

4.3 中断概率分析

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的科研成果目录