单中继协作通信系统性能与功率分配研究

摘要

随着人们对无线通信新业务的需求增长，无线通信技术正朝着高速、多业务、宽带的方向飞速发展。在无线通信系统中，无线信道的路径损耗和衰落使信号受到了损害，分集技术能够有效的对抗无线信道的衰落。协作分集技术是在多用户通信系统中，各邻近移动终端的按照一定的方式共享彼此的天线协作发送各自的信息，从而实现虚拟的多天线阵列，获得空间分集增益，可以有效提高系统的可靠性和频谱利用率。
　　本文主要研究协作分集技术放大转发，解码转发，编码协作三种协议。首先，阐述了协作分集的研究背景和意义以及目前的研究进展，对无线信道的特性、分集技术的分类以及分集接收端所采用的合并技术进行了详细介绍，重点分析了瑞利衰落信道模型以及三种协议的工作原理，为后续系统性能分析打下了基础。
　　然后，引入矩母函数来研究无线衰落信道下的系统性能，推导了放大转发和解码转发协议在瑞利衰落信道条件下系统的误符号率的数学模型，得到两种协议在M-PSK和M-QAM调制下系统误符号率和信噪比的闭式解表达式。并对瑞利衰落信道下两种协议在不同调制方式时系统的性能进行了仿真与分析对比，对进一步研究放大转发和解码转发协议相关技术具有重要的理论意义。
　　最后，对编码协作系统功率分配优化进行了研究。通过泰勒级数展开和高信噪比近似，推导了编码协作在瑞利衰落信道下采用RCPC编码时中断概率的数学模型，得到了中断概率和中断速率，协作度，功率分配系数之间的闭式解。通过仿真分析对比，得到了最优功率分配系数，并分析了中断速率和协作度对协作通信系统性能的影响。优化功率分配可以合理的利用各个移动终端的资源减少系统功率消耗，从而提升系统中继容量，发挥通信网络的最大性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 协作分集技术研究进展

1．3 论文的主要内容及结构安排

第二章 无线信道与协作分集

2．1 无线信道及其基本特性

2．1．1 小尺度衰落

2．1．2 多径传输的影响

2．1．3 路径传输损耗

2．1．4 多普勒频移

2．1．5 阴影衰落

2．2 常见衰落信道模型

2．2．1 Rayleigh衰落

2．2．2 Rice衰落

2．3 分集技术

2．3．1 分集技术的分类

2．3．2 分集合并技术

2．4 本章小结

第三章 协作分集通信系统

3．1 中断概率

3．2 协作通信系统的容量度量

3．2．1 中断容量

3．2．2 各态历经容量

3．2．3 香农容量

3．3 协作分集系统模型

3．4 协作分集系统协议

3．4．1 放大转发协议

3．4．2 解码转发协议

3．4．3 编码协作协议

3．5 本章小结

第四章 协作中继AF和DF协议性能分析

4．1 矩母函数

4．2 放大转发协议性能分析

4．2．1 系统模型

4．2．2 放大转发模式不同调制下SER性能分析

4．2．3 仿真结果与分析

4．3 解码转发协议性能分析

4．3．1 系统模型

4．3．2 解码转发模式不同调制下SER性能分析

4．3．3 仿真结果与分析

4．4 本章小结

第五章 编码协作系统功率分配优化

5．1 编码协作系统模型

5．2 编码协作中断概率分析

5．3 仿真结果与分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文工作总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

硕士期间发表论文及成果

致谢