机会中继协作系统的链路自适应传输机制研究

摘要

协作分集技术是一项对抗多径衰落的有效技术，指单天线移动终端通过相互间的协作形成空域分集。机会中继(opportunistic relay-OPR)协作系统则通过选择一个最合适的协作伙伴参与协作，不仅能节约系统功耗、降低成本，还可获得与复杂的空时编码相同的分集增益，从而成为近年来协作分集技术中的研究热点。链路自适应技术则可以在保证传输的可靠性的前提下，提高数据传输率。为了应对无线通信中的多跳传输和时变特性带来的挑战，本文研究了基于链路自适应技术的机会中继协作系统，以最大限度提高频谱效率，主要的工作如下：
　　1.对无线信道进行建模分析，分析单中继协作分集系统中接收端采用不同中继协议的性能。
　　2.在物理层采用自适应调制技术，评估了一种改进的自适应解码转发(DF)方式的机会中继协作系统系统性能指标，包括频谱利用率、中断率以及平均误码率。通过理论计算和实验证明系统采用该方式的系统性能要明显优于采用放大转发(AF)的机会中继协作系统。
　　3.由于传统的分层设计只能采用固定的通信方式，且各层次的设计仅考虑在最坏的信道条件下通信，并不能很好适用于移动通信中，因此在机会中继协作系统中采用跨层设计思想，对自适应解码转发的机会中继协作系统的数据链路层与物理层进行联合优化设计。为最大化系统频谱效率，本文提出一种机会协作HARQ(cooperative hybrid automatic repeat request with opportunistic relay，C-HARQ-OPR)协议，首先设计数据链路层的截断式混合自动重传(HARQ)数据包和帧结构；然后，根据系统的服务质量要求，采用曲线拟合的方法得到几种自适应调制与编码(AMC)发送模式的各项参数；最后根据平均频谱效率与平均丢包率之间的关系，设计最优化算法，动态求解系统的最优频谱效率。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 协作分集技术的发展和研究现状

1.2.1 协作分集

1.2.2 信号合并方式

1.2.3 协作分集分类方式

1.2.4 机会中继协作系统

1.3 链路自适应技术的发展及研究现状

1.4 链路自适应的机会中继协作协议

1.5 本文的研究工作及章节安排

第2章 相关理论基础

2.1 引言

2.2 无线信道建模

2.3 自适应调制技术

2.3.1 多进制相移键控(M-PSK)

2.3.2 多进制正交振幅调制(M-QAM)

2.3.3 星座可调的自适应调制

2.4 卷积码原理

2.4.1 卷积码的编码器结构

2.4.2 卷积码的译码器结构

2.5 循环冗余校验码(CRC)

2.6 HARQ技术

2.7 单中继的协作通信

2.7.1 系统模型

2.7.2 仿真结果

2.8 小结

第3章 机会中继协议的性能分析

3.1 引言

3.2 机会中继协作方案

3.3 系统模型

3.4 AF方式

3.5 自适应DF方式

3.6 自适应DF方式的性能分析

3.6.1 平均频谱效率

3.6.2 中断率

3.6.3 平均误码率

3.7 系统仿真与比较

3.8 小结

第4章 机会中继协议的跨层设计

4.1 引言

4.2 系统与信道模型

4.3 AMC结合HARQ的跨层设计

4.3.1 帧结构以及数据包的设计

4.3.2 物理层的性能要求

4.4 协作系统的概率密度函数

4.5 系统频谱效率的优化问题

4.5.1 协作系统的AMC方案设计

4.5.2 系统的平均误包率

4.6 系统仿真及数值分析

4.6.1 仿真模型及流程

4.6.2 仿真结果及数值分析

4.7 小结

结论

参考文献

致 谢

附录A 攻读学位期间发表的论文

附录B 平均频谱效率的公式推导

附录C 平均误包率的公式推导