高空平臺協(xié)同通信中的協(xié)同策略設(shè)計與分析.pdf

1、與衛(wèi)星通信和地面無線通信等傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比，高空平臺通信系統(tǒng)（HAPS）具有成本低、展開快速、平臺和負載升級方便、利于環(huán)境保護等優(yōu)點。但在低仰角區(qū)域，由于建筑物和樹木以及其它物體的遮擋，HAPS與移動臺之間的鏈路會受陰影效應(yīng)影響。同時，由于信號的反射、散射和衍射等產(chǎn)生的多徑效應(yīng)以及由于HAPS和移動臺間的相對運動造成的多普勒效應(yīng)，會導(dǎo)致移動信道具有很強的時變性。
　　協(xié)同通信技術(shù)綜合了分集技術(shù)、MIMO技術(shù)和中繼傳輸技術(shù)的優(yōu)勢，能

2、有效改善臨近空間平臺通信系統(tǒng)低仰角覆蓋區(qū)衰落信道下的通信性能。自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）技術(shù)與自動重傳請求（ARQ）協(xié)議技術(shù)相結(jié)合是對抗時變信道、減輕信道衰落的良好方案。將協(xié)同通信技術(shù)引入ARQ與AMC的跨層聯(lián)合方案中，可望極大地改善系統(tǒng)吞吐量性能。
　　本文以提高衰落信道下高空平臺協(xié)同通信系統(tǒng)性能為目的，對上行鏈路協(xié)同策略及協(xié)同系統(tǒng)中的鏈路自適應(yīng)技術(shù)進行了深入研究。論文的主要工作和成果有：
　　首先，結(jié)合高空平臺的應(yīng)用環(huán)境，

3、分析非對稱信道條件下放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）、解碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF）協(xié)作模式的性能。對 AMC技術(shù)的操作過程進行了描述。分析對比了三種ARQ協(xié)議的優(yōu)缺點，為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。
　　其次，針對高空平臺上行鏈路，設(shè)計了一個基于DF的多中繼分簇協(xié)同通信協(xié)議。給出了高空平臺分簇通信模型，討論了基于這個模型的系統(tǒng)誤比特率（BER）與中繼節(jié)點的接收信噪比（SNR）門限設(shè)定值、參與協(xié)同的中繼節(jié)點數(shù)、節(jié)點發(fā)送功率之間的關(guān)系。理論和仿真結(jié)果表明，在發(fā)送功率比較大

4、的時候少量的中繼節(jié)點的協(xié)作就可以達到與多個中繼節(jié)點協(xié)作相同的誤比特率性能，同時可以減少系統(tǒng)資源的耗費。如果想要通過增加節(jié)點的發(fā)送功率來獲得更好的系統(tǒng)誤比特率性能，則需要選取較大的中繼節(jié)點接收信噪比門限值。我們也可以依照節(jié)點的發(fā)送功率來選取不同的中繼節(jié)點接收信噪比門限值從而得到更好的系統(tǒng)誤比特率性能。
　　最后，針對 HAPS和移動臺間移動信道時變性的特點，提出了多速率無線網(wǎng)絡(luò)中基于機會中繼選擇策略的鏈路層截短協(xié)同ARQ機制和物理層

5、AMC技術(shù)聯(lián)合的跨層設(shè)計方案，稱為TCARQ-MR。該方案通過自適應(yīng)協(xié)同通信技術(shù)獲得合適的廣播速率和更有效的重傳速率，以此最大化系統(tǒng)的吞吐量。與TARQ-MR（無協(xié)同方案）和TCARQ-FR（固定速率TCARQ方案）相比，TCARQ-MR的吞吐量性能提升明顯。隨著平均信噪比越來越高，TCARQ-MR與TARQ-MR的性能趨于一致。在某特定信噪比下，采用相同調(diào)制編碼模式的TCARQ-MR與TCARQ-FR性能接近。而中繼數(shù)目的增加始終能提