非完善CSI双向协作网络的中继选择与功率分配研究

摘要

采用中继节点进行协作中继传输，可有效扩大系统的覆盖范围，提高系统容量。然而传统的协作中继通常采用单向中继，通信的带宽利用率不高。为此引入双向中继技术，在节点之间进行双向传输，减少节点之间数据交互的时隙，提高信道利用率。双向中继的引入对协作通信，尤其是非完美信道状态信息(CSI)下的协作中继带来新的挑战。本文以提高非完美CSI双向协作网络中的频谱和能量利用率为目标，对中继选择和功率分配这两个关键技术进行研究。
　　首先，为了提高非完美CSI双向协作网络的通信质量和频谱效率，通过分析信道估计误差对系统性能的影响，提出一种基于最大最小准则的中继选择机制。针对基于模拟网络编码的放大转发双向协作网络，建立双向协作网络的系统模型并确定模型的参数，分析非完美信道下的系统性能指标:信噪比、中断概率和平均误码率，将中继选择机制中的中断概率和误码率等效表示为源节点接收到的瞬时信噪比的表达式，在此基础上提出非完美CSI双向协作网络的最大最小中继选择机制，并进一步从理论上分析双向协作网络的通信性能。
　　其次，为提高非完美CSI双向协作网络中的节点能量利用率，提出一种源节点与中继节点功率分配的联合优化算法。在基于模拟网络编码放大转发的非完美CSI双向协作网络的模型下，考虑双向中继传输中源节点的自干扰，采用最小均方差的信道估计方法获得信道增益，计算双向协作网络可实现的最大速率期望值，利用功率比相近原则简化速率优化指标，分析中继节点的位置对功率分配的影响，求解包括中继节点和源节点的功率分配。
　　最后，利用MATLAB仿真工具分析非完美CSI的信道估计，对源节点的中继选择、功率分配和能量消耗的特性等方面进行性能评估，验证所提的非完美CSI双向协作网络的中继选择机制和功率分配算法的有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 中继选择机制的研究现状

1．2．2 功率分配机制的研究现状

1．3 论文主要内容

1．4 论文组织结构

2 双向协作网络的中继选择与功率分配问题分析

2．1 单向协作网络与双向协作网络

2．1．1 无线信道模型

2．1．2 单向协作网络

2．1．3 双向协作网络

2．2 双向协作网络中的关键技术

2．2．1 分集合并技术

2．2．2 协作中继策略

2．2．3 网络编码技术

2．3 中继选择机制研究

2．3．1 中继选择的作用

2．3．2 现有中继选择的技术分析

2．3．3 非完美CSI双向协作网络的中继选择的关键

2．4 功率分配机制研究

2．4．1 现有功率分配的技术分析

2．4．2 非完美CSI双向协作网络功率分配的关键

2．5 非完美CSI双向协作网络的中继选择与功率分配机制的设计方案

2．6 本章小结

3 最大最小准则的双向协作中继选择机制

3．1 非完美CSI双向协作网络模型

3．1．1 网络模型和假设

3．1．2 模型参数的确定

3．2 非完美CSI双向协作网络性能指标分析

3．2．1 源节点和中继节点间的有效信噪比

3．2．2 中断概率

3．2．3 平均误码率

3．3 非完美CSI最大最小中继选择机制

3．3．1 最大最小中继选择机制

3．3．2 最大最小中继选择机制下的中断概率

3．3．3 最大最小中继选择机制下的平均误码率

3．4 算法与仿真分析

3．4．1 仿真参数设置

3．4．2 仿真结果分析

3．5 本章小结

4 非完美CSI双向协作网络功率分配机制

4．1 基于ANC的双向协作网络模型

4．2 基于最大化系统速率的功率分配机制

4．2．1 基于ANC的可实现速率

4．2．2 基于最大化系统速率的功率分配算法

4．3 算法仿真与结果分析

4．3．1 仿真参数设置

4．3．2 仿真结果分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录1 图索引

附录2 表索引

致谢

攻读学位期间主要的论文情况和科研情况