无线协作通信系统传输方案与中继选择优化方案的研究

摘要

随着现代无线通信领域的迅速发展,未来的无线通信技术将向着通信速率更快,系统容量更大和频谱效率更高的方向发展。而无线信道的多径衰落是影响现代无线通信技术发展的主要原因。中继协作技术作为无线通信技术中发展最快并且最为关键的技术之一,其作用是可以有效地克服多径衰落造成的消极影响。该技术作为一种虚拟的MIMO技术,主要通过无线网络中多节点间相互协作来共享传输路径,有效提高系统容量并改善数据传输性能,成为解决未来无线通信发展瓶颈的关键技术。而在中继协作技术中,如何选择最优中继成为了备受关注的研究热点。研究表明,若要最大程度地提升通信性能,则需要根据系统实际的需求选择最为合理的中继节点进行协作转发。而现今对中继选择的研究虽有巨大发展但仍然存在缺陷。对此,研究如何在无线协作通信网络利用中继选择技术选择最优中继具有极大发展前景及深远的实际意义。本论文主要针对无线通信网络中由多中继参与协作的方案与性能进行分析研究,基于传统的中继选择方案,提出新型的中继选择优化方案,研究协作通信中继选择新算法,分析协作通信性能与中继数目间的关系。本论文的具体内容和创新如下:
　　首先,本文介绍了无线协作通信系统的几类基本模型与主要的协作通信协议。详细分析了无线协作网络中的多中继节点的信道特性,阐述了中继选择的方法,并由仿真得到在协作无线网络中可选中继数目越多,协作通信的性能表现就越好。此外,当系统总功率为固定不变的情况下,对源和中继节点间的功率分配方式进行研究讨论。仿真结果表明,源节点和中继节点间应根据中继节点的信道特性来进行功率分配。且若源-中继节点的信道特性越差,源节点分配的功率越多。
　　然后,介绍了研究所基于的无线协作系统模型。在此基础之上,详细阐述了传统机会中继选择方案的基本原理及其存在缺陷。对此,提出了一种将HARQ协议引入原中继选择方案的联合优化协作方案并对该方案进行详细介绍。理论分析和仿真研究结果肯定了该方案的有效性,并对方案正确性作了充分验证,且仿真结果表明,该优化方案可以有效提高系统频谱效率以及降低系统中断概率。
　　最后,针对多中继参与的协作通信系统,推导了基于译码转发策略下的中断容量表达式。并将其作为无线协作通信性能考察标准,比较不同中继节点参与协作通信的性能,提出信噪比门限值与一定通信质量下的协作中继数目的最优值。通过对多中继协作数目与通信性能间关系进行仿真,验证了所提信噪比门限值的正确性和必要性,论证了在协作通信网络中在保证此次协作通信的一定通信性能下被选择的协作中继数目都是有规律的。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 协作通信的研究现状及应用

1.3 论文主要研究内容及结构安排

第2章 无线网络中的协作通信系统

2.1 协作通信技术

2.2 协作无线通信中的中继选择

2.3 多中继节点时的功率分配

2.4 本章小结

第3章 协作通信网络中继选择优化策略

3.1 传统的机会中继原理及其缺陷

3.2 ARQ技术和HARQ技术

3.3协作中继的优化选择方案

3.4本章小结

第4章 基于网络编码的中继节点数与通信性能的关系研究

4.1 系统模型

4.2基于DF策略的中断容量

4.3基于中断容量的中继数目选择

4.4性能仿真和分析

4.5 优化方案算法及流程

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录