近幾年發(fā)展起來(lái)的協(xié)作通信技術(shù)讓用戶以協(xié)作的方式將信息傳遞至信宿,摒棄了各用戶為獨(dú)立傳輸消息而與其他用戶搶占信道資源的方式,有效突破了傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)的工作極限,成為當(dāng)今推動(dòng)無(wú)線通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。作為協(xié)作通信策略之一的機(jī)會(huì)中繼選擇(Opportunistic Relay Selection,ORS),能夠?qū)⒏嗟馁Y源分配給更可靠的信道,避免在低劣信道上的功率消耗,具有協(xié)作分集增益高、不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模限制、開銷小和易于物理實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),業(yè)已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。論文針對(duì)機(jī)會(huì)中繼選擇的協(xié)作通信策略、技術(shù)和方案,以及在復(fù)雜信道衰落和各種不利因素影響下的通信性能展開研究。論文取得的主要貢獻(xiàn)及創(chuàng)新性成果包括:(1)提出全網(wǎng)總功率約束條件下的增量型機(jī)會(huì)中繼選擇(Incremental Opportunistic Relay Selection,IORS)協(xié)作通信策略。針對(duì)兩階段中繼轉(zhuǎn)發(fā)的ORS協(xié)作策略頻譜效率低的問(wèn)題,將三節(jié)點(diǎn)增量中繼協(xié)作通信策略擴(kuò)展到多中繼協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中,形成IORS協(xié)作通信策略。其核心思想是在總功率約束條件下,依據(jù)可能存在的源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)無(wú)線鏈路的信道容量是否滿足通信要求的準(zhǔn)則,選擇源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)直接通信或者進(jìn)行ORS協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)。理論和仿真結(jié)果表明,在全網(wǎng)總功率約束條件下,該策略相比于兩階段中繼轉(zhuǎn)發(fā)的ORS,具有更高的頻譜效率和更小的中斷概率。(2)提出利用解碼轉(zhuǎn)發(fā)ORS/IORS策略以及在節(jié)點(diǎn)配置分集天線用于抵抗信道級(jí)聯(lián)衰落、級(jí)聯(lián)陰影衰落和混合信道衰落的方案。針對(duì)常見的瑞利、Nakagami、萊斯和對(duì)數(shù)正態(tài)等分布函數(shù)描述無(wú)線信道衰落特性時(shí),由于形式簡(jiǎn)單、可調(diào)參數(shù)有限,難以精確描述實(shí)際通信節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線信道衰落特性的問(wèn)題,論文結(jié)合Shankar P M等人關(guān)于無(wú)線信道衰落的最新研究成果,建立基于信道級(jí)聯(lián)衰落、級(jí)聯(lián)陰影衰落和混合信道衰落,以及節(jié)點(diǎn)配置分集天線的全網(wǎng)總功率約束條件下解碼轉(zhuǎn)發(fā)IORS/ORS的協(xié)作通信模型,并進(jìn)行理論推導(dǎo)和仿真分析。理論與仿真結(jié)論表明,該方案能夠有效減小信道級(jí)聯(lián)衰落、級(jí)聯(lián)陰影衰落以及混合信道衰落的影響,實(shí)現(xiàn)協(xié)作分集增益,解碼轉(zhuǎn)發(fā)IORS相比解碼轉(zhuǎn)發(fā)ORS具有更高的頻譜效率和更小的中斷概率,采用天線分集技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在不增加物理體積和能耗的同時(shí)進(jìn)一步改善協(xié)作通信性能,所得結(jié)論更加契合實(shí)際情況,具有更為廣泛的適用性。(3)提出利用解碼轉(zhuǎn)發(fā)ORS/IORS策略以及節(jié)點(diǎn)配置分集天線抵抗共道干擾的方案。由于現(xiàn)代無(wú)線通信多采用頻率復(fù)用技術(shù)來(lái)提升頻率利用率和通信容量,所產(chǎn)生的共道干擾對(duì)無(wú)線通信的影響不亞于噪聲和信道衰落。研究了解碼轉(zhuǎn)發(fā)ORS/IORS協(xié)作通信中期望信號(hào)遭受隨機(jī)共道干擾在干擾受限、干擾和噪聲共存等情形,以及節(jié)點(diǎn)配置分集天線的協(xié)作通信性能。理論與仿真結(jié)果表明,在全網(wǎng)總功率約束條件下的解碼轉(zhuǎn)發(fā)ORS/IORS能夠有效抵抗共道干擾,解碼轉(zhuǎn)發(fā)IORS相比解碼轉(zhuǎn)發(fā)ORS具有更高的頻譜效率和更小的中斷概率,結(jié)合天線分集技術(shù)可以進(jìn)一步改善協(xié)作通信性能。(4)提出采用解碼轉(zhuǎn)發(fā)和放大轉(zhuǎn)發(fā)ORS/IORS策略構(gòu)建中繼節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的方案。針對(duì)實(shí)際無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn),如移動(dòng)用戶,在某一地理范圍內(nèi)的分布的個(gè)數(shù)、位置以及是否參與協(xié)作具有一定的隨機(jī)性,使得通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和拓?fù)潆S機(jī)隨時(shí)變化,導(dǎo)致現(xiàn)有諸多協(xié)作通信策略難以實(shí)現(xiàn)或者實(shí)現(xiàn)起來(lái)開銷巨大的問(wèn)題,提出基于隨機(jī)和隨機(jī)幾何理論的解碼轉(zhuǎn)發(fā)和放大轉(zhuǎn)發(fā)IORS/ORS協(xié)作通信模型并進(jìn)行理論推導(dǎo)和仿真分析。理論與仿真結(jié)果表明,當(dāng)參與協(xié)作的中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)滿足泊松分布或者當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)在某一地理區(qū)域滿足二維齊次泊松點(diǎn)過(guò)程分布,且信號(hào)經(jīng)歷路徑損耗、共道干擾、衰落和陰影等因素的影響時(shí),該方案在實(shí)現(xiàn)協(xié)作分集增益的同時(shí)可以通過(guò)均衡天線增益和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等手段減小節(jié)點(diǎn)隨機(jī)性的影響,有利于擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命、改善移動(dòng)性和布局臨時(shí)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。
【學(xué)位單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN925
【部分圖文】：

圖 1-1 各章研究?jī)?nèi)容的關(guān)聯(lián)關(guān)系容的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖 1-1 所示。依據(jù)在無(wú)線通信網(wǎng)中存在的不利因形成以第二、三章為基礎(chǔ)，以第四章和第五章為核心的研究路線改進(jìn)的協(xié)作策略，結(jié)合實(shí)際情況擴(kuò)展了傳統(tǒng)策略的適用條件和場(chǎng)

又分為主動(dòng)型和被動(dòng)型[42-45]。在市區(qū)無(wú)線通信環(huán)境下，一個(gè)典型的半雙工兩跳機(jī)會(huì)中繼選擇協(xié)作通信過(guò)程如圖2-2 所示。其中圖 2-2（a）顯示源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)存在直連鏈路無(wú)協(xié)作的情況。圖 2-2（b）顯示被動(dòng)型機(jī)會(huì)中繼選擇方案。圖 2-2（c）顯示主動(dòng)型機(jī)會(huì)中繼選擇方案。在利用中繼進(jìn)行協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)的圖 2-2（b）和圖 2-2（c）中源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的直連通路由于障礙物的阻礙或者強(qiáng)烈衰減而不存在，中繼節(jié)點(diǎn)位于障礙物的周邊，中繼可以和源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。在某一相干時(shí)間內(nèi)，非協(xié)作情況下源節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送 N 個(gè)符號(hào)信息，而兩跳半雙工協(xié)作時(shí)每階段只能發(fā)送同樣N 2個(gè)符號(hào)信息到目的節(jié)點(diǎn)。協(xié)作通信時(shí)，第一階段源節(jié)點(diǎn)發(fā)送而中繼節(jié)點(diǎn)偵聽，第二階段中繼轉(zhuǎn)發(fā)接收到的符號(hào)信息。如圖 2-2（b）所示被動(dòng)機(jī)會(huì)中繼協(xié)作過(guò)程，第一階段源節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送符號(hào)信息，第二階段所有中繼（AF）或成功解碼（DF）的中繼中選擇產(chǎn)生最佳中繼，從而利用最佳中繼轉(zhuǎn)發(fā)符號(hào)信息。AF 的最佳中繼選擇方式較為簡(jiǎn)單，目的節(jié)點(diǎn)選擇最強(qiáng)信號(hào)中繼路徑即可。這里對(duì) DF 方式產(chǎn)生最佳中繼的協(xié)作過(guò)程作一解釋：首先，中繼需要偵聽來(lái)自于源節(jié)點(diǎn) RTS（Read to Send）和 CTS（Clear to Send）信息包或?qū)ьl信號(hào)。利用些信息包或?qū)ьl信號(hào)

圖 3-1 信道級(jí)聯(lián)衰落如果信道中信號(hào)沒(méi)有經(jīng)歷散射體簇的多次散射，簇到簇之間信道衰落為 Nakaga分布的話，那么其信噪比滿足 Gamma 分布，PDF 為 11exp2mmf mb m b ，（3-1

【參考文獻(xiàn)】

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1 檀蕊蓮;柏鵬;李哲;林志國(guó);李宗強(qiáng);;基于定向天線的DF協(xié)作通信系統(tǒng)SER性能分析[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2014年06期

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本文編號(hào)：2816987