衰落信道中無線中繼技術(shù)的分析與性能評估

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1、分類號學號I201022009學校代碼10487密級博士學位論文衰落信道中無線中繼技術(shù)的分析與性能評估學位申請人:艾德銳學科專業(yè):通信與信息系統(tǒng)指導教師:喻莉教授答辯日期:2014年5月22日萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringTheoreticalAnalysisandPerformanceEvaluationofWirelessRelayingTechniquesOverFadingCh

2、annelsPh.D.Candidate:EdrissEisaBabikirAdamMajor:CommunicationandInformationSystemSupervisor:Prof.LiYuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2014萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知,除文中已經(jīng)標明引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體,均已在

3、文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學位論文作者簽名:日期:年月日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定,即:學校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。保密□,在年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于不保密□。(請在以上方框內(nèi)打“√”)學位論文作者簽名:指導教師簽名:日期:年月日日期:年月日萬方數(shù)據(jù)華中科技大學博士學位論文摘要隨著無線電系統(tǒng)不斷的加速

4、發(fā)展,無線用戶對高可靠性、高速度、大容量的需求越來越迫切。無線協(xié)作通信根據(jù)無線通信的廣播特性在獨立的單個天線上構(gòu)造虛擬天線陣列進行通信。當空間上分隔的獨立天線終端進行合作時,多天線技術(shù)的一系列重要優(yōu)點就會體現(xiàn)出來,比如分集增益,以及總是存在的從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑。大量的研究工作表明,協(xié)作分集的使用能夠為傳輸半徑、容量和可靠性帶來重大的潛在優(yōu)勢。在惡劣的情況下,信號的傳輸很難達到高吞吐量和低誤符號率。為了解決這個問題,研究人員提出了大量的協(xié)作策略,其中,中繼是改善信道容量和增強傳輸可靠性的主要方法。當前關(guān)于協(xié)作通信的大部分工作都集中在一個利用放大、轉(zhuǎn)發(fā)(Amplifyand

5、Forward,AF)或者解碼、轉(zhuǎn)發(fā)(DecodeandForward,DF)的協(xié)議上。在前一類協(xié)議中,中繼節(jié)點對接受信號進行放大并轉(zhuǎn)發(fā),而后一種協(xié)議下,中繼節(jié)點對接受信號進行解碼并轉(zhuǎn)發(fā)。同時,研究者們對這種協(xié)作系統(tǒng)中的中斷概率性能做了評估。當中繼節(jié)點不能對接受信號進行連續(xù)正確地解碼時,DF協(xié)議的性能將會降低,而當中繼節(jié)點對接收到的含噪聲的信號進行放大并轉(zhuǎn)發(fā)時,AF協(xié)議的性能也將受到損失。但是根據(jù)現(xiàn)有研究,目前基本上還沒有學者研究多中繼時的中繼協(xié)議選擇。本文第一部分提出了一種如何選擇AF協(xié)議或DF協(xié)議的方法(ORPS),并給出了這種方法相比現(xiàn)有協(xié)議的優(yōu)勢。中繼采用如下策略持續(xù)

6、工作:當中繼可以對接收到的信號進行完全正確的解碼時,該中繼解碼并轉(zhuǎn)發(fā)該信號;當中繼不能正確解碼信號時,剩余的中繼將在空閑周期內(nèi)放大并轉(zhuǎn)發(fā)信息。這樣,中繼節(jié)點可以根據(jù)本文提出的ORPS來高效地轉(zhuǎn)發(fā)從源節(jié)點到目的節(jié)點的信號。在此基礎上,本文對比了ORPS策略和僅使用單一AF協(xié)議時的誤符號率(SER)性能進行了比較。結(jié)果表明:相對于只采用AF方式的協(xié)議,ORPS策略表現(xiàn)出了相當優(yōu)異的性能,擁有約2dB的優(yōu)勢。更重要的是,本文提出的機制達到了滿分集增益。在ORPS策略的基礎上,本文進一步研究了當中繼節(jié)點受到相鄰節(jié)點的同頻干擾問題,其中,干擾信號是其他發(fā)送節(jié)點同其目的節(jié)點通信時產(chǎn)生的。

7、本文對不同中繼及不同干擾功率下的ORPS策略和DF協(xié)議進行了對比。I萬方數(shù)據(jù)華中科技大學博士學位論文最后,多中繼節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸在實際應用中比較困難,由于無線網(wǎng)絡中節(jié)點電池的壽命有限,能量有效性是無線協(xié)作網(wǎng)絡中最重要的問題之一。針對這個問題,本文第二部分研究了多中繼節(jié)點時放大、轉(zhuǎn)發(fā)的中繼方法,提出了最優(yōu)的功率分配策略,使得連續(xù)接收的信號信噪比(SNR)最大,且最大程度上降低了端到端的誤符號率(SER)。最后,本文給出了Nakagami-m和瑞利衰落信道下誤符號率的上下界。關(guān)鍵詞:無線中繼,多干擾,功率分配

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