無線協(xié)同中繼通信系統(tǒng)的分集理論及資源調(diào)度研究.pdf

1、通過無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互相協(xié)作，無線協(xié)同通信能夠充分利用多入多出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）的技術(shù)優(yōu)勢，有效解決傳統(tǒng)蜂窩的容量瓶頸和小區(qū)覆蓋問題。無線協(xié)同通信已成為學(xué)術(shù)研究重點(diǎn)之一，并且已經(jīng)獲得了產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注，將成為未來無線通信不可或缺的技術(shù)。本論文主要對(duì)無線協(xié)同中繼通信的分集理論進(jìn)行深入探討，旨在完善相應(yīng)的理論研究，在此基礎(chǔ)上，對(duì)無線協(xié)同中繼通信中的資源分配和傳輸策略進(jìn)行研究以進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)

2、性能。論文首先對(duì)衰落信道下單天線無線協(xié)同中繼的容量特性展開研究，緊接著分析了無線協(xié)同中繼系統(tǒng)多天線分集性能，然后對(duì)無線協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)多用戶分集理論進(jìn)行探討；基于這些理論研究，論文隨后研究了無線協(xié)同中繼功率分配策略，最后對(duì)多業(yè)務(wù)協(xié)同中繼功率和帶寬調(diào)度進(jìn)行了探討。論文主要工作和創(chuàng)新在于：
　　 1.衰落信道下單天線無線協(xié)同中繼容量的研究
　　 單天線多中繼系統(tǒng)為無線協(xié)同中繼通信的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。論文首先針對(duì)通信的基本問題--系統(tǒng)容量

3、開展了研究，通過理論推導(dǎo)研究了衰落信道下單天線無線協(xié)同中繼的遍歷容量和中斷容量。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了系統(tǒng)容量與中繼數(shù)目和轉(zhuǎn)發(fā)方式的關(guān)系，研究表明無線協(xié)同中繼系統(tǒng)的遍歷和中斷容量均隨中繼數(shù)目的增加而降低。針對(duì)兩種不同的轉(zhuǎn)發(fā)方式，在低信噪比下，放大轉(zhuǎn)發(fā)具備更高的系統(tǒng)容量，在高信噪比下，解碼轉(zhuǎn)發(fā)則可獲取更高的系統(tǒng)容量。
　　 2.無線協(xié)同中繼多天線分集的研究
　　 多天線技術(shù)是未來無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)MIMO協(xié)同中

4、繼網(wǎng)絡(luò)的分集相關(guān)理論進(jìn)行了研究，特別針對(duì)空時(shí)塊碼在MIMO協(xié)同中繼中的性能進(jìn)行了分析。通過推導(dǎo)卡方隨機(jī)變量調(diào)和平均的統(tǒng)計(jì)特性和相關(guān)概率論知識(shí)，研究了系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)發(fā)方式下以及是否存在直接鏈路時(shí)的系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)（包括符號(hào)錯(cuò)誤概率、中斷概率、系統(tǒng)容量等），分析了系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)方式、天線數(shù)目等因素對(duì)協(xié)同中繼系統(tǒng)分集性能的影響。研究表明，采用多天線技術(shù)可有效提高無線協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)的分集度，空時(shí)塊碼可獲得分集度上限，協(xié)同分集和多天線分集可有效融合。

5、>　　 3.無線協(xié)同中繼多用戶分集的研究
　　 針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)多用戶特征，建立了協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)的多用戶分集理論分析框架，給出了在無線協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)中的多用戶分集性能分析，通過理論推導(dǎo)得出了在各種協(xié)作方式和轉(zhuǎn)發(fā)方式下的多用戶系統(tǒng)中斷概率和符號(hào)錯(cuò)誤概率的高信噪比漸進(jìn)表達(dá)式。研究表明，多用戶分集可以和協(xié)同分集有效融合，共同提高多用戶協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)的分集度增益，提升系統(tǒng)總體性能。
　　 4.不同優(yōu)化目標(biāo)下的無線協(xié)同中繼功率分配研究

6、r>　　 靈活高效的無線資源管理算法是提升和優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵所在，也是需重點(diǎn)關(guān)注和研究的問題。本章主要通過功率資源的優(yōu)化分配來進(jìn)一步提升無線協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)的性能，對(duì)多天線協(xié)同空時(shí)塊碼的功率分配問題進(jìn)行了研究。本章針對(duì)源節(jié)點(diǎn)獲知信道信息程度的不同，分別提出了以容量最大化為目標(biāo)和以中斷概率最小化為目標(biāo)的功率分配策略。研究表明，提出的功率分配策略在各種信道條件和天線配置下均能依據(jù)信道狀況優(yōu)化分配功率，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)平均分配策略，且增益隨

7、天線數(shù)目的變化和信道條件的變化各異。
　　 5.多業(yè)務(wù)場景下的無線協(xié)同中繼功率和帶寬聯(lián)合調(diào)度研究
　　 正交頻分復(fù)用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術(shù)被廣泛認(rèn)為是未來無線通信的核心技術(shù)之一。針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)中多業(yè)務(wù)共存的特點(diǎn)，對(duì)OFDM無線協(xié)同中繼系統(tǒng)中的多業(yè)務(wù)協(xié)同傳輸涉及的無線資源管理與調(diào)度問題進(jìn)行了研究。利用優(yōu)化論得出了單用戶場景下多業(yè)務(wù)協(xié)同傳輸?shù)馁Y源分

8、配策略，在此基礎(chǔ)上提出了一種線性復(fù)雜度的次優(yōu)分配算法。進(jìn)一步對(duì)多用戶場景下的業(yè)務(wù)傳輸資源分配問題進(jìn)行了研究，得出了最優(yōu)功率和帶寬分配方案，提出了兩種新型的線性復(fù)雜度多用戶多業(yè)務(wù)資源分配策略。研究表明，提出的資源調(diào)度策略均能有效保障業(yè)務(wù)的QoS（Quality of Service），多用戶場景下的資源分配策略能有效利用存在于多用戶協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)中的多用戶分集增益提升系統(tǒng)性能。
　　 以上研究成果，分別以學(xué)術(shù)論文的形式被IEEE的期