高空平臺(tái)協(xié)同通信中的協(xié)同策略設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、與衛(wèi)星通信和地面無(wú)線通信等傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比，高空平臺(tái)通信系統(tǒng)（HAPS）具有成本低、展開(kāi)快速、平臺(tái)和負(fù)載升級(jí)方便、利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但在低仰角區(qū)域，由于建筑物和樹(shù)木以及其它物體的遮擋，HAPS與移動(dòng)臺(tái)之間的鏈路會(huì)受陰影效應(yīng)影響。同時(shí)，由于信號(hào)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(dòng)臺(tái)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的多普勒效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)信道具有很強(qiáng)的時(shí)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(shì)，能

2、有效改善臨近空間平臺(tái)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(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）協(xié)議技術(shù)相結(jié)合是對(duì)抗時(shí)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(tái)協(xié)同通信系統(tǒng)性能為目的，對(duì)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(jìn)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(tái)的應(yīng)用環(huán)境，

3、分析非對(duì)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(duì) AMC技術(shù)的操作過(guò)程進(jìn)行了描述。分析對(duì)比了三種ARQ協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。
　　其次，針對(duì)高空平臺(tái)上行鏈路，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于DF的多中繼分簇協(xié)同通信協(xié)議。給出了高空平臺(tái)分簇通信模型，討論了基于這個(gè)模型的系統(tǒng)誤比特率（BER）與中繼節(jié)點(diǎn)的接收信噪比（SNR）門(mén)限設(shè)定值、參與協(xié)同的中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)、節(jié)點(diǎn)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(shí)候少量的中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作就可以達(dá)到與多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)作相同的誤比特率性能，同時(shí)可以減少系統(tǒng)資源的耗費(fèi)。如果想要通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率來(lái)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(diǎn)接收信噪比門(mén)限值。我們也可以依照節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率來(lái)選取不同的中繼節(jié)點(diǎn)接收信噪比門(mén)限值從而得到更好的系統(tǒng)誤比特率性能。
　　最后，針對(duì) HAPS和移動(dòng)臺(tái)間移動(dòng)信道時(shí)變性的特點(diǎn)，提出了多速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于機(jī)會(huì)中繼選擇策略的鏈路層截短協(xié)同ARQ機(jī)制和物理層

5、AMC技術(shù)聯(lián)合的跨層設(shè)計(jì)方案，稱為T(mén)CARQ-MR。該方案通過(guò)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(wú)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(lái)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