基于中断概率的无线协作中继选择算法研究

摘要

现代无线通信技术的迅猛发展，极大地便利并丰富了人们日常的工作和生活。为更好地满足人们对无线通信系统提出的更高要求，无线通信技术需要进一步发展，以使无线通信系统达到更快的传输速率，更大的系统容量以及更高的频谱效率。而无线信道中存在的衰落效应制约着无线通信系统性能的提升，这就对无线通信系统的抗衰落性能提出了挑战。协作通信利用系统中各节点的相互协作来传递信息，共享空间信道，从而形成虚拟的MIMO系统，能有效克服衰落效应造成的影响，改善无线通信系统性能。中继节点选择是协作通信研究的关键技术之一。本文在现有中继节点选择算法的基础上，进一步研究能有效提高协作性能，并相应减少计算复杂度和系统开销的中继节点选择算法。
　　本文首先对协作通信中的相关知识进行了介绍，包括协作通信的工作原理；主要应用场景；基本模型；使用的主要技术；转发协议和转发方式，对其性能进行了分析和比较；并详细介绍了协作通信中现有的中继节点选择算法和功率分配算法，以及相关算法的不足之处，进而引出了本文的研究要点。其次，针对现有中继节点选择算法的不足，本文提出了一种高效的多优化目标的中继节点选择算法。为减少系统开销，本算法利用节点间的统计信道状态信息进行中继节点选择。本算法具体步骤为：根据本文提出的判定定理，判定源节点需要协作时，定义中继节点的等效信道增益，进行中继节点预选，以此提高中继节点选择效率；以最小化单中继平均中断概率为目标，得出参与协作的中继节点个数；为联合优化中断概率和网络寿命，求解各预选中继节点的联合优化函数和优先级排序，由此确定参与协作的中继节点集合。最后，对本算法进行了仿真和分析。仿真结果表明，本文所提出的算法能有效提高协作系统性能，且具有较低的复杂度。然后，为进一步优化无线协作系统性能，本文以最小化中断概率为目标，提出了一种基于中继节点等效信道增益的单中继节点选择和求解优化函数驻点进行功率分配的算法，以及基于功率分配的多中继节点选择算法。对于后者的研究，利用拉格朗日乘子法和二分法实现功率分配，采用中继节点贡献因子排序法实现中继节点选择。通过仿真验证了基于功率分配的中继节点选择算法能更有效的降低中断概率，且本文所提算法与传统算法和其它次优算法相比性能提高，运算量减小。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究概述

1.3 本文主要工作

1.4 本文组织结构

第2章 协作通信概述

2.1 协作通信的主要应用场景

2.2 协作模型

2.3 分集与合并技术

2.4 转发方式

2.5 转发协议

2.6 本章小结

第3章 等功率分配下的无线协作中继选择算法

3.1 引言

3.2 系统模型

3.3 放大转发方式多协作中继下的中断概率

3.4 POARS算法推导

3.5 算法复杂度分析

3.6 仿真结果与分析

3.7 本章小结

第4章 基于功率分配的无线协作中继选择算法

4.1 引言

4.2 系统模型

4.3 单中继节点选择和功率分配算法

4.4 基于功率分配的多中继节点选择算法

4.5 仿真结果与分析

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 未来展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文和参加的科研项目