协作通信系统中继选择与功率分配技术研究

论文摘要

由于无线信道的衰落特性,无线通信的性能会受到严重影响。为了有效对抗无线信道衰落特性,研究者提出了多输入多输出（Multi-Input Multi-Output, MIMO）技术,但它的实现需要在终端安装多天线。在实际的应用中,由于终端受尺寸、功率等条件的限制而无法配置多天线,从而限制了MIMO的实用化。为了克服MIMO的这一缺点,协作通信的概念被提出并且引起了研究者的极大兴趣。它的主要思想是通过相邻节点间彼此相互转发信息,形成一个虚拟的MIMO系统,通过分布式的方式获得MIMO增益,从而提高系统性能。本文主要对协作通信中的中继选择和功率分配进行了研究。全文共分六章,主要工作体现在以下几点：首先,本文对协作通信的研究现状做了概要的阐述。结合本文的研究内容,对中继技术的研究进展、协作通信的中继选择和功率分配研究做了简单介绍。其次,介绍了协作通信的相关技术。其中包括常见的分集技术和合并方式,协作分集和协作转发协议,并对放大转发（Amplify-and-Forward, AF）和译码转发（Decoded-and-Forward, DF）协议的性能进行了简单的仿真并比较了它们的性能。接着,针对放大转发系统,结合最优中继选择分析了基于门限的中继选择,分析了M-PSK和M-QAM调制下系统的误符号率和带宽效率。仿真结果表明,门限较低时,系统的性能接近最优中继选择的性能。在不同的信噪比和中继节点数下,可以适当调整门限来获得较好的系统误符号率性能或带宽效率。最后,在系统总功率一定的条件下,分析了AF和DF系统的功率分配问题,并对不同的分配方案进行了仿真。针对AF系统,首先分析了最小化误符号率和最大化系统容量的功率分配方案,然后分析了综合考虑误符号率和系统容量的联合分配方案。对DF系统,分析了最大化系统容量和最小化误符号率的功率分配方案。结合功率分配问题,论文还分析了中继节点位置对系统性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 协作通信的研究现状
• 1.2.1 协作通信概述
• 1.2.2 中继技术的研究进展
• 1.2.3 中继选择研究
• 1.2.4 功率分配研究
• 1.3 论文主要内容安排
• 第二章 协作通信的相关技术
• 2.1 无线信道及其特性
• 2.2 分集技术与合并方式
• 2.2.1 分集技术
• 2.2.2 分集合并方式
• 2.3 协作分集技术
• 2.3.1 协作分集的原理
• 2.3.2 协作转发协议
• 2.3.3 协作通信的应用及特点
• 2.4 典型的中继网络结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 放大转发方式中基于门限的中继选择算法
• 3.1 系统模型
• 3.2 基于门限的中继选择算法
• 3.3 系统性能分析
• 3.3.1 系统误符号率分析
• 3.3.2 系统带宽效率分析
• 3.4 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 放大转发方式中的功率分配
• 4.1 系统模型
• 4.2 AF系统功率分配方案
• 4.2.1 基于最小化SER的功率分配
• 4.2.2 基于最大化系统容量的功率分配
• 4.2.3 基于SER和系统容量的联合功率分配
• 4.2.4 仿真结果分析
• 4.3 中继位置对系统性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 译码转发方式中的功率分配
• 5.1 基于最大化系统容量的功率分配
• 5.2 基于最小化SER的功率分配
• 5.3 仿真结果分析
• 5.4 中继位置对系统性能的影响
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参与的科研工作和完成的论文