协作通信网络中的机会多天线中继选择算法性能研究

摘要

作为抵抗无线衰落、提高通信系统可靠性和增加系统传输速率的一种有效手段，协作通信无疑是目前无线通信的研究热点之一。
　　 根据是否利用瞬时信噪比或者平均信噪比进行中继选择，分别提出了在多天线多中继协作网络中两种多天线中继选择算法：机会多天线中继选择算法（OMRS）和均值最优多天线中继选择算法（ABRS）。
　　 在Rayleigh衰落信道下，本文研究了基于放大转发模式（AF）的多天线多中继协作网络中总功率受限条件下OMRS算法和ABRS算法的中断概率与误码性能。OMRS算法选择源节点—中继节点—目的节点的端到端瞬时信噪比最大的最佳中继，而ABRS算法选择中继节点—目的节点的平均信噪比最大的最佳中继。在不考虑源节点与目的节点直射径的AF协作网络中，分别推导出了OMRS算法和ABRS算法的中断概率闭式解，并且利用矩母函数方法分别给出了OMRS算法和ABRS算法在二进制移相键控（BPSK）调制方式下平均误码率的数学表达式。仿真结果表明，在任意信噪比下所给出的中断率闭式解与仿真结果完全吻合。相比与单天线机会中继（OR）算法，由于所选的多天线中继采用最大比合并和波束赋形技术处理信号，从而OMRS算法获得了显著的性能提高，换句话说，OMRS算法获得了更多的阵列增益和分集增益。
　　 在Nakagami衰落信道下，本文研究了基于解码转发模式（DF）的多天线多中继协作网络中总功率受限条件下OMRS算法和ABRS算法的性能。OMRS算法在第一跳成功解码集中选择中继节点—目的节点的瞬时信噪比最大的最佳中继，而ABRS算法在第一跳成功解码集中选择中继节点—目的节点的平均信噪比最大的最佳中继。在考虑源节点与目的节点直射径的DF协作网络中，推导出了OMRS算法和ABRS算法精确的中断概率与BPSK调制下平均误码率的封闭表达式。仿真结果表明，OMRS算法为中断最优的中继选择算法，其中断概率和误码性能均仅次于波束赋形算法，而且OMRS算法更简单，更易实现。在非对称信道条件下中低信噪比范围内ABRS算法的性能接近于OMRS算法。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文的研究背景与研究意义

1.2 论文的主要工作及研究成果

1.3 论文的结构安排

第二章 协作通信

2.1 协作通信的提出

2.2 协作通信的策略

2.2.1 放大转发协作模式

2.2.2 解码转发协作模式

2.2.3 编码协作模式

2.2.4 各种协作方式的优缺比较

2.3 本章小结

第三章 协作通信中多天线中继选择算法

3.1 协作通信中机会中继算法的研究现状

3.2 多天线多中继协作网络的研究现状

3.3 协作通信中多大线中继选择算法的提出

3.3.1 AF协作网络中的机会多天线中继选择算法(OMRS)

3.3.2 AF协作网络中的均值最优多天线中继选择算法(ABRS)

3.3.3 DF协作网络中的机会多天线选择中继算法(OMRS)

3.3.4 DF协作网络中的均值最优多天线选择中继算法(ABRS)

3.4 本章小结

第四章 AF协作网络中多天线中继选择算法的性能研究

4.1 AF协作网络中多天线中继选择算法的数学建模

4.2 AF协作网络中OMRS算法的性能分析

4.2.1 AF协作网络中OMRS算法的中断概率分析

4.2.2 AF协作网络中OMRS算法的误码率分析

4.3 AF协作网络中ABRS算法的性能分析

4.3.1 AF协作网络中ABRS算法的中断概率分析

4.3.2 AF协作网络中ABRS算法的误码率分析

4.4 AF协作网络中波束赋形算法的性能分析

4.4.1 AF协作网络中波束赋形算法的中断概率分析

4.4.2 AF协作网络中波束赋形算法的误码率分析

4.5 仿真结果与讨论

4.6 本章小结

第五章 DF协作网络中多天线中继选择算法的性能研究

5.1 DF协作网络中多天线中继选择算法的数学建模

5.2 DF协作网络中OMRS算法的性能分析

5.2.1 DF协作网络中OMRS算法的中断概率分析

5.2.2 DF协作网络中OMRS算法的误码率分析

5.3 DF协作网络中ABRS算法的性能分析

5.3.1 DF协作网络中ABRS算法的中断概率分析

5.3.2 DF协作网络中ABRS算法的误码率分析

5.4 DF协作网络中波束赋形算法的性能分析

5.4.1 DF协作网络中波束赋形算法的中断概率分析

5.4.2 DF协作网络中波束赋形算法的误码率分析

5.5 仿真结果与讨论

5.6 本章小结

第六章 结束语

6.1 论文工作总结

6.2 下一步研究方向

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间研究成果