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协作通信技术利用MIMO系统和中继转发技术,解决了在小终端安装多个天线困难的问题,用户之间通过彼此共享天线而形成虚拟天线阵列从而实现空间分集增益,有效对抗无线信道的多径衰落。在无线网络中采用协作通信可减少数据传输的时间、降低能量消耗、提高吞吐量等,但与非协作相比使用中继节点也增加了MAC开销。中继节点的性能直接影响着系统的性能,因此中继选择算法已经成为研究的热点问题之一。
本文首先介绍了课题研究的背景、协作通信技术的发展与现状和无线网络中的MAC技术,包括MAC层接入技术、主要指标和面临的主要问题;接着我们对现存文献中的中继节点选择算法和标准进行了总结与分类,并详细介绍了几种典型的选择标准,总结了各自的优缺点。
其次,针对现存中继选择标准存在的问题进行研究,提出了一种新的基于最大化系统吞吐量的中继选择算法MTRSA(Maximum Throughput Relay SelectionAlgorithm),该算法包括了选择最优的中继节点和选定了中继节点之后再进行最优传输模式的选择,选择中继和传输模式的标准都是使系统的吞吐量达到最大。理论分析模型为三点的协作模型,考虑了多种影响吞吐量的因素,包括误码、重传和MAC层开销。为了实现我们的算法,需要对协作表和控制帧格式进行修改。并通过MATLAB和NS-2进行了理论值和仿真值的验证,与传统的方法相比,MTRSA有效的提高了系统吞吐量的性能。
最后,在MTRSA的基础上,我们进行了深入的研究,提出了C-MTRSA(Collision-Maximum Throughput Relay Selection Algorithm),考虑了多个节点竞争信道时有碰撞的情况,并在新的模型中进行分析。主要推导了直传,AF和DF的吞吐量的表达式,综合考虑了信道状态信息(CSI)、误码率、MAC层的开销和碰撞,算法以最大化系统的吞吐量为目的,选择最优的中继节点和传输模式。同样对C-MTRSA进行了仿真验证,结果表明算法显著地提高了系统的性能。