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(hào)學(xué)號(hào)I201022009學(xué)校代碼10487密級博士學(xué)位論文衰落信道中無線中繼技術(shù)的分析與性能評估學(xué)位申請人：艾德銳學(xué)科專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導(dǎo)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(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)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(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)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(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在

3、文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)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(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)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?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”）學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)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(xué)博士學(xué)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(dú)立的單個(gè)天線上構(gòu)造虛擬天線陣列進(jìn)行通信。當(dāng)空間上分隔的獨(dú)立天線終端進(jìn)行合作時(shí)，多天線技術(shù)的一系列重要優(yōu)點(diǎn)就會(huì)體現(xiàn)出來，比如分集增益，以及總是存在的從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑。大量的研究工作表明，協(xié)作分集的使用能夠?yàn)閭鬏敯霃?、容量和可靠性帶來重大的潛在?yōu)勢。在惡劣的情況下，信號(hào)的傳輸很難達(dá)到高吞吐量和低誤符號(hào)率。為了解決這個(gè)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(qiáng)傳輸可靠性的主要方法。當(dāng)前關(guān)于協(xié)作通信的大部分工作都集中在一個(gè)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(diǎn)對接受信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)發(fā)，而后一種協(xié)議下，中繼節(jié)點(diǎn)對接受信號(hào)進(jìn)行解碼并轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)，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(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)不能對接受信號(hào)進(jìn)行連續(xù)正確地解碼時(shí)，DF協(xié)議的性能將會(huì)降低，而當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)對接收到的含噪聲的信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，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(xué)者研究多中繼時(shí)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(dāng)中繼可以對接收到的信號(hào)進(jìn)行完全正確的解碼時(shí)，該中繼解碼并轉(zhuǎn)發(fā)該信號(hào)；當(dāng)中繼不能正確解碼信號(hào)時(shí)，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(diǎn)可以根據(jù)本文提出的ORPS來高效地轉(zhuǎn)發(fā)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，本文對比了ORPS策略和僅使用單一AF協(xié)議時(shí)的誤符號(hào)率（SER）性能進(jìn)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(dāng)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(jī)制達(dá)到了滿分集增益。在ORPS策略的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步研究了當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)受到相鄰節(jié)點(diǎn)的同頻干擾問題，其中，干擾信號(hào)是其他發(fā)送節(jié)點(diǎn)同其目的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)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(jìn)行了對比。I萬方數(shù)據(jù)華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文最后，多中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸在實(shí)際應(yīng)用中比較困難，由于無線網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)電池的壽命有限，能量有效性是無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中最重要的問題之一。針對這個(gè)問題，本文第二部分研究了多中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)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(hào)信噪比（SNR）最大，且最大程度上降低了端到端的誤符號(hào)率（SER）。最后，本文給出了Nakagami-m和瑞利衰落信道下誤符號(hào)率的上下界。關(guān)鍵詞：無線中繼，多干擾，功率分配