無線中繼通信系統(tǒng)的可達(dá)速率區(qū)域及中斷性能研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)高速率的可靠傳輸和充分的區(qū)域覆蓋。多輸入多輸出(MIMO)傳輸技術(shù)是解決上述問題的關(guān)鍵技術(shù)之一，它通過同時(shí)提供空間分集增益和復(fù)用增益，可有效提高無線傳輸?shù)目煽啃院陀行?。另一方面，為了增加無線通信的覆蓋范圍以及彌補(bǔ)MIMO技術(shù)難以在移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)的缺陷，研究者們提出了中繼技術(shù)。在無線中繼通信系統(tǒng)中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)可以在中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作下完成與目的節(jié)點(diǎn)的通信，以獲得空間分集增益、增加系統(tǒng)容量和改善小區(qū)邊緣

2、覆蓋。為此，本論文對(duì)無線中繼通信系統(tǒng)的可達(dá)速率區(qū)域及中斷性能進(jìn)行了深入研究和分析。
　　首先，針對(duì)用戶之間無直傳鏈路的多向MIMO中繼通信系統(tǒng)，研究了最優(yōu)分集-復(fù)用折衷(DMT)性能和功率分配優(yōu)化策略。針對(duì)K用戶多向MIMO中繼信道，假設(shè)每個(gè)用戶發(fā)送多播信息，推導(dǎo)了其在瑞利衰落下的DMT性能，并證明了可通過壓縮轉(zhuǎn)發(fā)(CF)中繼策略達(dá)到該系統(tǒng)的最優(yōu)DMT。針對(duì)三用戶MIMO Y信道，在假設(shè)每個(gè)用戶發(fā)送單播信息的前提下，提出了放大轉(zhuǎn)發(fā)

3、(AF)模式下的信號(hào)空間對(duì)齊方案，結(jié)果表明該方案可以達(dá)到系統(tǒng)的最大自由度。在此基礎(chǔ)上，研究了用戶端的功率分配策略。仿真結(jié)果表明，與平均功率分配策略相比，所提出的功率分配策略的系統(tǒng)和速率有了明顯的提升。
　　其次，在用戶節(jié)點(diǎn)之間含有直傳鏈路的情況下，研究了K用戶離散無記憶多向中繼信道的速率區(qū)域。假設(shè)每個(gè)用戶采用限制性編碼器，利用割集定理推導(dǎo)了信道容量區(qū)域的外界，并推導(dǎo)了系統(tǒng)采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)和CF中繼策略時(shí)的可達(dá)速率區(qū)域，以及高斯

4、信道假設(shè)下的速率區(qū)域外界和可達(dá)速率區(qū)域的表達(dá)式。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，雙向中繼信道和多址接入信道在DF和CF下的可達(dá)速率區(qū)域結(jié)果可以看作是上述結(jié)果的特殊形式。為了進(jìn)一步分析DF和CF中繼策略的性能，研究了對(duì)稱高斯情形下的對(duì)稱速率，并指出當(dāng)中繼功率大于等于單個(gè)用戶功率的(K-1)倍時(shí)，CF方案的對(duì)稱速率與對(duì)稱容量之間的差值不超過0.5/(K-1)比特。對(duì)于DF方案來說，如果系統(tǒng)的中繼鏈路強(qiáng)于直傳鏈路且中繼的功率較小時(shí)，其對(duì)稱速率隨著用戶數(shù)的增加

5、趨近于最優(yōu)。以上理論分析通過實(shí)驗(yàn)仿真得到了驗(yàn)證。
　　隨后，在目的節(jié)點(diǎn)附近存在多個(gè)干擾源的場(chǎng)景中，研究了干擾受限條件下AF兩跳多接入信道的中斷性能。當(dāng)所有干擾源服從不等功率的瑞利衰落時(shí)，推導(dǎo)了系統(tǒng)的公共中斷概率的精確表達(dá)式。為了降低計(jì)算復(fù)雜度，進(jìn)一步推導(dǎo)了解析形式的公共中斷概率近似解，在此基礎(chǔ)上，分析了漸近情況下的公共中斷概率特性。漸近分析結(jié)果表明，當(dāng)用戶功率或中繼功率趨于無窮時(shí)，系統(tǒng)的公共中斷概率收斂于一個(gè)常數(shù)?；诠仓袛喔怕?/p>

6、的估計(jì)解，得到了系統(tǒng)的公共中斷速率區(qū)域。此外，當(dāng)中繼功率趨于無窮時(shí)，還推導(dǎo)了系統(tǒng)的單獨(dú)中斷速率區(qū)域。數(shù)值結(jié)果表明，公共中斷概率的積分形式，近似解，漸近值等均和蒙特卡洛仿真結(jié)果相吻合，并且單獨(dú)中斷速率區(qū)域通常遠(yuǎn)大于公共中斷速率區(qū)域。
　　最后，研究了目的節(jié)點(diǎn)干擾受限的DF兩跳多接入信道的中斷速率區(qū)域。基于DF兩跳多接入信道公共中斷和單獨(dú)中斷的定義，分別討論了中繼節(jié)點(diǎn)處和目的節(jié)點(diǎn)處的譯碼過程，推導(dǎo)了兩種中斷概率的精確閉式解，求出了公共