面向多播传输的缓冲辅助中继关键技术研究

摘要

中继技术因其能够有效扩大无线网络的覆盖面积和促进性能提升而成为当前和未来无线通信领域的一项重要技术。传统的中继传输技术采用固定的一发一收传输模式，即前一个时隙发送节点发送数据给中继节点，下一个时隙中继节点立即将数据转发给接收节点。然而传统中继的传输模式受信道质量影响较大，即当发送节点到中继节点或者中继节点到接收节点之间链路的信道质量较差时，传统中继系统难以取得理想的性能。
　　缓冲辅助中继的提出克服了传统中继固定传输模式的缺点，因为中继处配备有缓冲，所以中继不需要再遵循传统的一发一收固定传输模式，而是根据当前各信道的信道质量自适应的选择链路进行数据传输，因此中继拥有了更高的自由度，中继系统能够实现更高的性能增益。同时，为实现当今移动通信网络更大带宽和更高性能的需求，我们考虑增加多播传输模式。多播传输技术因其能够极大的节省频谱资源而受到广泛关注，它也因此被集中到了现有的通信标准中。本文主要研究面向多播传输的缓冲辅助中继传输技术，即同时结合了缓冲辅助中继技术和多播传输技术的中继网络模型。
　　首先，本文对多播技术和中继技术进行了简要概述，并且针对三点缓冲辅助中继，分别对自适应速率传输模式和固定速率传输模式下的链路选择技术进行研究，得到了最优链路选择策略以及最大吞吐量的表达式，仿真验证缓冲辅助中继相对于传统中继而言带来了明显的吞吐增益，增益最高可达100％。另外，对于固定速率传输模式，本文主要研究缓冲辅助中继系统中断事件，推导出了中断概率的表达式，并给出了其上界，与传统中继系统相比实现了更高的分集增益。
　　然后，和以往只有单播传输模式的缓冲辅助中继系统所不同，本文将多播传输模式引入其中。因为有了缓冲和多播技术，中继系统可以根据信道状态信息（Channel State Information，CSI）自适应选择传输链路和传输模式进行数据传输，实现更大的吞吐增益。针对面向多播传输的缓冲辅助中继，本文提出了最优的链路选择技术以实现系统和速率最大化。本文将系统和速率最大化作为优化目标，以进出中继缓冲的数据保持“进出平衡”作为限制条件建立优化问题，运用KKT条件求解出最优链路选择策略。该策略相比于现有的几种中继链路选择算法，在吞吐量上有明显提升，同时多播传输模式和中继缓冲之间能够互相影响，促进对方的性能增益。同时本文还给出了一种与之类似但运算复杂度更低的次优链路选择策略，性能与最优链路选择策略接近因而更具有可行性。
　　最后，本文对用户吞吐量QoS保障技术和用户时延QoS保障技术分别进行了研究分析。对于用户吞吐量QoS保障，在最优链路选择策略的基础上推导出了能保障用户吞吐量QoS的链路选择技术，并且给出了吞吐量的表达式，该链路选择技术能在保障用户吞吐量QoS的前提下实现系统吞吐量的最大化；对于时延QoS保障，本文提出了两种策略来对时延加以控制以保障用户的时延QoS需求，即基于控制中继到达速率的策略和基于控制缓冲区长度的策略，并且推导出了基于控制中继到达速率策略中平均时延上界的表达式，仿真结果证明了两种时延QoS保障技术性能都优于传统中继的链路选择技术性能。

目录

声明

缩略词表

数学符号表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 多播技术概述

1.3 中继技术概述

1.4 研究现状总结

1.5 本文的主要研究内容及章节安排

第二章 多播传输和缓冲辅助中继关键技术研究

2.1 引言

2.2 无线多播传输模式

2.3 缓冲辅助中继链路选择技术

2.4 仿真分析

2.5 本章小结

第三章 面向多播传输的缓冲辅助中继链路选择技术的研究

3.1 引言

3.2 系统模型

3.3 传统多用户中继链路选择技术

3.4 面向多播传输的缓冲辅助中继链路选择技术

3.5 仿真分析

3.6 本章小结

第四章 面向多播传输的缓冲辅助中继QoS保障技术的研究

4.1 引言

4.2 用户吞吐量QoS保障技术研究

4.3 用户时延QoS保障技术研究

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

第五章 全文总结

5.1 本文贡献

5.2 未来研究方向

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间的科研成果