雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的中繼選擇和能效研究.pdf

1、MIMO能大幅提升無線移動通信系統(tǒng)容量，但實現(xiàn)MIMO的智能天線等技術復雜度高，價格昂貴，目前難以實用。協(xié)作通信則是提升無線移動通信系統(tǒng)容量的另一種有效途徑，它在多用戶通信環(huán)境中，通過共享鄰近移動通信用戶的天線來產生一種與MIMO等效的虛擬多天線輸入輸出通信系統(tǒng)環(huán)境，從而獲得相應的空間分集，大幅提高無線移動通信系統(tǒng)傳輸性能和容量。
　　目前協(xié)作通信作為下一代網(wǎng)絡中的關鍵技術已被廣泛研究，特別是在直傳鏈路狀況較差的情況下更能發(fā)揮作用

2、。本文研宄了具有更高頻譜效率的無線雙向中繼(Two-way relay)系統(tǒng)，探究了認知網(wǎng)絡中的雙向中繼的選擇。由于在實際無線通信系統(tǒng)中，各用戶節(jié)點都是由電池提供能源，頻繁的更換電池是不方便的，能效問題被更多人關注，本文針對能效問題也提出了一種新的高能效方案。本文的研究的主要工作如下：
　　1.論文簡要闡述了協(xié)作通信的理論基礎知識，主要包括常見的協(xié)作分集技術，如時間分集、頻率分集和空間分集等，同時也分析了雙向和單向的AF和DF協(xié)議

3、，分析了通信性能指標。
　　2.論文詳細分析了幾種已有的中繼選擇算法，針對基于信噪比和信道增益的雙向中繼選擇算法中繼系統(tǒng)總是采用協(xié)作傳輸，在一定程度上降低了系統(tǒng)自由度的利用率?；诖耍疚膭?chuàng)新點在于研究了“協(xié)同時機”的問題，考慮了源節(jié)點和目的節(jié)點之間的直接傳輸鏈路。通過對比中繼鏈路的信道增益以及直連鏈路的信道增益得出是否要進行協(xié)同協(xié)作通信，當中繼鏈路信道增益不如直連鏈路的情況時，單獨采取直連鏈路進行傳輸；否則通過中繼算法選擇出來的

4、最佳中繼鏈路進行協(xié)同通信，以有效增加信息的總速率。仿真表明進該改進方案的優(yōu)越性，總速率優(yōu)于其他中繼方案。
　　3.在完成頻譜感知的認知網(wǎng)絡中，通過對最佳中繼的選擇，研究次用戶處于功率的限制下通過合理的功率分配所能達到的系統(tǒng)最大總速率。提出了以系統(tǒng)平均總速率為上界目標函數(shù)的最優(yōu)功率分配(OPA)方案，通過對引入中繼和未引入中繼進行分析，得出最優(yōu)的系統(tǒng)平均總速率，并且引入拉格朗日進行凸優(yōu)化并進行仿真，仿真結果總速率同樣得到提升。

5、>　　4.本文的系統(tǒng)模型是基礎的雙向協(xié)作傳輸模型，在考慮非理想發(fā)射機以及動態(tài)的電路功耗的基礎上，通過分析直連鏈路(DT)以及雙向協(xié)作鏈路(TWRT)的能效，得出了并不總是是協(xié)作鏈路的能效最優(yōu)；所以在此推導下，得出存在傳統(tǒng)的兩種方案能效相等的門限速率節(jié)點(Rth)，通過二分法求解出此門限值，進而提出一種高能效的自適應方案，這個方案以最大能效為基礎進行模式轉換，然后根據(jù)系統(tǒng)對速率R的需求變化來自適應的選擇傳輸模式，進而進一步提高能效。仿真表