無線網(wǎng)絡(luò)中的分布式機(jī)會(huì)信道接入研究.pdf

1、隨著當(dāng)今無線通信與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，高速數(shù)據(jù)傳輸成了未來通信業(yè)務(wù)發(fā)展的一個(gè)核心方向。然而，由于可用的頻譜資源日益緊缺，導(dǎo)致了高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的研究面臨瓶頸。因此，如何更合理地分配以及更有效地利用現(xiàn)有的頻譜資源，成為解決頻譜資源緊缺的一個(gè)突破口。在這種情形下，一種能夠有效地提高頻譜資源利用率的機(jī)會(huì)式信道接入技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)會(huì)式信道接入是一種結(jié)合PHY層和MAC層的跨層信道接入?yún)f(xié)議，在進(jìn)行信道接入決策時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)信道狀態(tài)的好壞決定是

2、否接入信道。在集中式網(wǎng)絡(luò)中，中心控制節(jié)點(diǎn)能夠獲取全局狀態(tài)信息，因此機(jī)會(huì)信道接入對(duì)集中式網(wǎng)絡(luò)尤其適用，并且基于該領(lǐng)域的研究也取得了很多成果。然而，由于分布式網(wǎng)絡(luò)中不存在中心控制節(jié)點(diǎn)，機(jī)會(huì)信道接入在這種特定網(wǎng)絡(luò)下的研究還處于初步發(fā)展階段。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛芯苛诉B續(xù)傳輸速率下DF中繼網(wǎng)絡(luò)中的分布式機(jī)會(huì)信道接入。連續(xù)傳輸速率是指系統(tǒng)采用信道所能提供的最大速率進(jìn)行傳輸。在最優(yōu)停止理論的指導(dǎo)下，以最大化系統(tǒng)平均吞吐率為目標(biāo)，首先給

3、出了需要獲取DF兩跳信道信息的完全信道接入策略。由于DF中繼網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)的總體信噪比由兩跳中較小的決定，又提出了只需獲取第一跳信道信息即可進(jìn)行決策的部分信道接入策略。相較于完全信道接入策略，該策略可以節(jié)約信道探測(cè)時(shí)間，進(jìn)而改善系統(tǒng)性能。為了更充分地利用時(shí)間分集所提供的性能增益，又研究了在多個(gè)信道相干時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)闹欣^等待策略。根據(jù)部分信道接入策略與中繼等待策略的特點(diǎn)，提出了結(jié)合各自優(yōu)勢(shì)的混合雙層信道接入策略。上述四種策略均為在實(shí)際應(yīng)用中簡(jiǎn)單

4、易行的純門限策略，門限由快速收斂且計(jì)算復(fù)雜度較低的迭代算法得出。仿真結(jié)果分析了策略之間的性能增益，并證明了所提理論算法的可靠性。
　?、圃诠潭ㄖ欣^與非固定中繼兩種場(chǎng)景下，研究了離散傳輸速率下DF中繼網(wǎng)絡(luò)中的分布式機(jī)會(huì)信道接入。離散傳輸速率是指系統(tǒng)采用特定的離散傳輸速率集內(nèi)的元素進(jìn)行傳輸。由于離散傳輸速率的特有結(jié)構(gòu)，最優(yōu)接入策略的求解與在連續(xù)傳輸速率下的求解存在較大差異。此外，連續(xù)傳輸速率下非固定中繼系統(tǒng)的機(jī)會(huì)信道接入研究面臨一定困

5、難，因此，離散速率下非固定中繼系統(tǒng)的研究成果對(duì)連續(xù)速率下的相關(guān)研究具有重要的啟示意義。在固定中繼DF協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，首先提出了離散傳輸速率下的完全信道與部分信道接入策略。隨后，利用離散傳輸速率的特性，提出了對(duì)系統(tǒng)性能有重大改善的增強(qiáng)型中繼等待策略。最后研究了結(jié)合部分信道接入策略與增強(qiáng)型中繼等待策略的增強(qiáng)型混合雙層信道接入策略。在非固定中繼DF協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，分別提出了離散傳輸速率下的完全信道接入策略、部分信道接入策略以及增強(qiáng)型中繼等待策略。上述

6、各項(xiàng)策略均為計(jì)算復(fù)雜度較低的純門限法則。仿真結(jié)果體現(xiàn)了上述各項(xiàng)策略之間的性能增益，并驗(yàn)證了所提理論算法的可靠性。
　?、茄芯苛艘腙?duì)列狀態(tài)信息后，隊(duì)列穩(wěn)定約束下Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的分布式機(jī)會(huì)信道接入。首先給出了充分?jǐn)?shù)據(jù)下的信道接入策略，隨后提出了實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)下的信道接入策略。為了更進(jìn)一步保證隊(duì)列的穩(wěn)定性，又提出基于Lyapunov算法的信道接入策略。該策略將結(jié)合信道信息與隊(duì)列信息的信道接入建模為一個(gè)約束優(yōu)化模型，利用Lyapuno