基于最优中继节点选择的协同通信技术研究

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多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)是在现代无线收发器嵌入多根天线以实现空间分集增益的技术。然而受制于无线设备的尺寸和成本影响,这项技术使得单一终端放置多天线是不切实际的。协同通信作为一种接力传输可以使网络节点构成分布式天线系统,各节点相互协作,获得近似于MIMO的系统性能,从而大幅度提高系统容量和降低中断的发生。目前对于协同通信的研究主要集中在中继节点选择策略、功率分配和网络编码等方面。本文主要对协同通信的中继节点选择策略进行了研究,具体研究的理论和创新点分别如下:首先,本文对协同通信的基本理论做了概述。主要介绍无线网络复杂多变的信道特性。阐述协同传输的三种处理协议以及抑制衰落的分集合并技术,并说明各自的优缺点。出于如何评价系统的考虑,着重提到信道容量、中断概率和平均错误概率三种性能指标。其次,本文研究了协同通信的单向中继选择策略。理论分析了AF和DF的传输特性,仿真结果表明DF传输相比于AF传输对链路质量要求更高,更适合工作在高信噪比区域。在单向协同ARS-M自适应多中继选择算法基础上,针对其存在的不足,本文提出一种改进型的ARS-M中继选择算法。所提的算法相比之前明确了多中继协同的中继节点数量,避免了出现协同中继过多的情况。而且中继选择过程是根据AF和DF转发方式不同选择不同的中继选择策略,能够更充分的体现各自的优势。仿真表明所提的算法能够在合理分配中继资源的前提下,最大化降低系统中断事件的发生。最后,本文研究了协同通信的双向中继选择策略。所做工作主要是在AF转发模式下,对双向多中继协同网络进行单中继选择的研究。以优化中断概率为目标,本文提出一种最小化中断概率的双向中继选择算法,推导出双向放大转发中继网络的中断概率表达式,然后选择出单条链路中断概率最小的中继节点。为了使中继选择能够在一定程度上降低计算复杂度和减少比较次数,提出在中继设置信噪门限,门限值取所有中继信噪比的均值,通过反复比较门限阈值剔除一部分链路差的中继节点,再进行最小中断概率的筛选。然后考虑到功率分配问题,本文利用一种以优化容量为目标的功率分配算法,将所得功率与中继选择策略相结合,来共同优化系统的性能。仿真结果表明,采用联合优化的策略能够在提升双向AF中继系统总速率的同时,又较好的降低中断概率。
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