论文摘要
本文研究了无线协作通信的若干关键问题,主要包括基于网络辅助分集多址接入(NDMA)的协作多包接收技术及其中继选择策略、引入冲突检测的协作多包接收机制及其性能分析与优化、基于联合分集的包重传机制及其性能分析、协作通信中的能量有效性和时间有效性问题。无线信道的多径衰落特性是阻碍信道容量增加和服务质量改善的主要原因之一。作为一种新的空间分集技术,协作分集可通过多用户之间共享天线和其他网络资源的形式构造“虚拟多天线阵列”,并通过分布式处理产生协作来获得一定的空间分集增益,从而降低无线链路的衰落和不稳定性带来的影响、提高网络的可靠性和数据速率、扩展网络的覆盖范围。无线网络中协作通信的研究是一个崭新的前沿课题,在以多跳蜂窝网、多跳局域网、无线Ad Hoc网络、无线传感器网络等为代表的新一代无线通信网络中,将具有巨大的应用价值。论文第一章首先介绍了协作分集技术的概念和特点,然后对协作通信领域的研究现状与发展进行了概述。并在此基础上,给出本论文的研究内容和结构安排。论文第二章首先研究了基于NDMA的协作多包接收技术——ALLIANCES机制,该机制将协作分集与传统的NDMA方法相结合,使用中继辅助信源进行冲突包重传;与未协作的多包接收方式相比,可获得明显的性能增益。在此基础上,分析了ALLIANCES机制的中继选择策略,并以无线传感器网络为背景,针对信道矩阵满秩性要求,对协作无线传感器网络中的中继选择准则进行了重新设计,提出一个新的跨层协作多包接收方法;与ALLIANCES机制中完全随机的中继选择相比,新的多包接收机制能够大大提高系统的吞吐量、降低系统的丢包率。为精确评估基于NDMA的协作多包接收机制的性能,论文第三章将冲突检测引入协作多包接收机制中,对系统吞吐量和丢包率性能进行了分析和优化。引入冲突检测机制的协作多包机制打破了NDMA和ALLIANCES机制中冲突阶数总能被正确检测的理想假设,允许错误判决发生。为提供统一的分析框架,我们建立了新的多包接收模型,提出了新的多包接收机制。基于悲观的假设和乐观的假设,推导出协作多包接收系统的潜在吞吐量和潜在丢包率。通过优化检测器的门限,可获得潜在的最大吞吐量和最小丢包率。实验结果表明,协作多包接收机制可以获得比NDMA和时隙ALOHA更好的吞吐量性能。论文第四章从提高系统分集性能的角度出发,提出一种适用于包重传系统的联合分集机制。这是一种时间分集ARQ、空间分集中继协作传输以及符号映射分集相结合的一种合并方案。文中根据中继处的BER和SER性能,对无判决差错的多中继辅助重传、有判决差错的单中继辅助重传、有判决差错的多中继辅助重传等三种情况下的BER和SER性能进行了深入的分析。实验结果表明,当无中继发生判决差错的时候,联合分集机制能够比其他中继策略提供更多的BER增益和SER增益;当部分中继发生判决差错且这些中继距离信源更近时,联合分集机制相比于其他中继策略依然有一定的优越性。论文第五章从协作通信的能量有效性角度出发,研究协作MIMO技术在无线传感器网络中的应用,拟解决“是否协作”,“何种情况下协作”以及“如何协作”的问题,并由此引发出对时间有效性的考量。文中首先以两簇通信链路为基本分析模型,对瑞利衰落信道下的误比特率进行统计分析,据此对协作MIMO模型、协作MISO模型和传统SISO模型的能耗进行了精确的计算,比较了协作模型相对于传统模型在能耗和时延方面的优势。然后,将自适应调制引入协作通信系统模型中,以提高协作传输的节能效果,减少协作通信时延。在此基础上,对网络环境下协作通信的能量有效性和时间有效性进行折中考虑,提出发送功率受限条件下的协作通信系统性能优化策略,结合网络路由结构对协作通信系统的性能进行跨层优化。最后是结束语,在总结全文的基础上给出本课题研究中有待进一步深入探讨的问题。
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标签：协作分集论文; 协作通信论文; 多包接收论文; 网络辅助分集多址接入论文; 冲突检测论文; 符号映射分集论文; 能量有效性论文; 时间有效性论文;