無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中的中繼選擇技術(shù)研究.pdf

1、協(xié)作中繼通信技術(shù)利用了空間分集的原理，能夠有效對(duì)抗信道衰落、提高傳輸可靠性，另外還具有布局靈活、成本低等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前以及未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要方案。傳統(tǒng)的聯(lián)合多中繼傳輸系統(tǒng)雖然能提高系統(tǒng)分集增益，卻加大了頻譜和功率開銷。中繼選擇技術(shù)通過在中繼節(jié)點(diǎn)集合中選擇一個(gè)或者一組信道條件較好的節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作，可以避免處于較差信道環(huán)境的中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)而造成的功率浪費(fèi)、信令交互，在保證系統(tǒng)性能的情況下降低系統(tǒng)開銷。另外，全雙工中繼技術(shù)能夠克

2、服半雙工中繼所造成的頻譜浪費(fèi)，將其引入中繼選擇系統(tǒng)能進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。但是全雙工中繼系統(tǒng)也面臨著中繼收發(fā)天線間的信號(hào)泄露問題，而在實(shí)際系統(tǒng)中，現(xiàn)有技術(shù)并不能完全消除這部分自干擾信號(hào)的影響。另一方面，中繼選擇的性能會(huì)受到實(shí)際環(huán)境中非理想信道信息的嚴(yán)重影響。因此，研究這些非理想因素對(duì)中繼選擇的影響以及設(shè)計(jì)相應(yīng)的中繼選擇策略是十分有意義的。
　　針對(duì)放大轉(zhuǎn)發(fā)多中繼選擇系統(tǒng)，本文考慮了各中繼對(duì)應(yīng)的信道相互獨(dú)立、卻不同分布（均值、方差等不

3、同）的場(chǎng)景下，信道反饋時(shí)延對(duì)基于部分信道信息的中繼選擇系統(tǒng)的影響，提出了一種新的中繼選擇策略。首先分析了采用部分信道信息最優(yōu)的多中繼選擇系統(tǒng)的性能，給出了系統(tǒng)的端到端信噪比表達(dá)式，并推導(dǎo)了各跳鏈路的信噪比的概率密度函數(shù);然后分析了系統(tǒng)的中斷概率性能，為了克服信道反饋時(shí)延對(duì)系統(tǒng)性能的影響，提出了一種基于條件中斷概率最優(yōu)的中繼選擇算法。該策略在傳統(tǒng)的中繼選擇方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用信道的統(tǒng)計(jì)信息，以達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的。從仿真結(jié)果可以看出

4、，與傳統(tǒng)策略相比，本文提出的方案在中斷概率和誤碼率性能上均能獲得明顯的性能增益，且對(duì)信道時(shí)延也有較好的魯棒性。
　　針對(duì)全雙工多中繼選擇系統(tǒng)，本文研究了自干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并提出了一種聯(lián)合功率分配的全雙工中繼選擇方案。本文考慮了一個(gè)較為通用的自干擾信號(hào)模型，以最大化系統(tǒng)容量為準(zhǔn)則，進(jìn)行功率分配方案的設(shè)計(jì)，并且得到了功率分配方案在不同自干擾系數(shù)下的（近似）閉式表達(dá)式。接著，在已獲得的功率分配準(zhǔn)則下，結(jié)合系統(tǒng)端到端信干噪比的表

5、達(dá)式，調(diào)整了相應(yīng)的中繼選擇策略。仿真結(jié)果表明，自干擾信號(hào)與中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率呈正相關(guān)時(shí)，系統(tǒng)性能受限于自干擾信號(hào)，此時(shí)采用功率分配方案能有效改善系統(tǒng)性能;而隨著中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，全雙工中繼系統(tǒng)能獲得更多的分集增益，在一定程度上彌補(bǔ)了自干擾信號(hào)的影響，即使不采用功率分配，也能獲得優(yōu)于半雙工中繼系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。最后，考慮到當(dāng)自干擾信號(hào)太大時(shí)，全雙工中繼系統(tǒng)性能比半雙工中繼要差，本文基于容量最優(yōu)的準(zhǔn)則，提出了一種混合半雙工/全雙工模式切換的中繼