基于信道状态信息预测的中继选择方法研究

摘要

协作中继技术是一种重要的无线通信技术，它可以带来空间分集，提升频谱效率、链路可靠性，以及网络配置的灵活性等，具有很大的应用潜力。在其中的各关键技术中，中继选择方法直接关系到协作通信系统性能的好坏，因此受到广泛关注。一般的协作中继选择方法往往利用过时的信道状态信息作为中继选择的主要依据，这种过时是由于中继选择和数据转发之间存在时延造成的，基于过时CSI的中继选择未必具有理想的系统性能。本文希望通过信道预测为中继选择提供更精确的信道状态信息，因此开展基于信道预测的中继选择方法研究，具体贡献如下:
　　(1)提出了一种基于斜率预测的信道状态信息预测算法及中继选择方法。该预测算法将预测范围切割成若干个足够小的时间片段，在这些小的时间片段内使用FIR维纳预测器连续预测信道一阶线性函数的斜率。同时，分析了基于该预测算法的中继选择性能。数值结果表明，与基于过时信道状态信息的中继选择方法相比，所提方法能有效降低协作通信系统的误码率。
　　(2)为了在信道预测复杂度和精度之间取得平衡，提出了在测量信噪比基础上增加服从特定分布的随机数以获得预测信噪比，并利用预测信噪比进行中继选择的低复杂度中继选择方法，并对方法性能进行了分析，得到了系统中断概率和平均误码率的表达式。数值结果表明，所提方法在中断和误码率性能上优于基于最小均方误差预测的中继选择方法，且复杂度远低于后者。尤其在高信道相关性时，所提方法降低系统平均误码率和中断概率的效果更明显。
　　(3)从单用户场景扩展到多用户场景，考虑多用户通信中的干扰问题，提出了一种基于预测信干噪比的多用户中继选择方法。首先产生具有特定分布的随机数，再将该随机数与测量信干噪比结合生成预测信干噪比，进而根据预测信干噪比进行中继选择。同时，分析了基于该方法的多用户协作通信系统的平均误码率和中断概率。数值结果表明，所提方法在上述性能上优于基于过时信干噪比的多用户中继选择方法，从而验证了该方法的有效性。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 协作通信的发展概况及研究现状

1．2 协作中继技术

1．2．1 协作中继网络模型

1．2．2 中继转发协议

1．2．3 中继选择方法概述

1．3 信道预测概述

1．4 本文的主要内容及结构安排

第2章 基于斜率预测的信道状态信息预测算法及协作中继选择方法

2．1 基于斜率预测的信道状态信息预测算法

2．2 基于信道预测的中继选择方法(CPRS)

2．3 预测误差对系统性能的影响

2．3．1 斜率预测误差对预测信噪比的影响

2．3．2 预测误差对中继选择的影响

2．3．3 中继选择性能分析

2．4 性能分析

2．4．1 预测算法复杂度分析

2．4．2 仿真结果分析

2．5 本章小结

第3章 基于预测信噪比的中继选择方法

3．1 基于MMSE预测的中继选择(MMSE-RS)回顾

3．2 基于预测信噪比的中继选择方法(PS-RS)

3．3 系统性能分析

3．3．1 中断概率

3．3．2 平均误码率

3．4 算法复杂度分析

3．5 仿真结果与分析

3．6 本章小结

第4章 基于预测信干噪比的多用户中继选择方法

4．1 系统模型

4．2 基于预测S1NR的多用户中继选择方法

4．3 性能分析

4．3．1 (Y~ui SIN)的PDF推导

4．3．2 平均误码率

4．3．3 中断概率

4．4 仿真结果分析

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的成果目录

致谢

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