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协作通信中的自适应速率控制及功率分配技术研究

作　者: 陈勇
导　师: 何晨
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 协作通信 译码转发 信道统计状态信息 自适应速率 功率分配
分类号: TN92
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


协作通信的基本思想是在无线网络中利用多个单天线中继节点来协助源节点传送信息到目的节点,网络中的各用户通过相互资源共享,在收发设备之间形成一个虚拟多天线发送环境。它不但克服了便携式移动通信设备由于体积和能量的限制而无法架设多根天线的困难,而且可以充分享用传统多输入多输出(MIMO:Multiple Input Multiple Output)技术中的空间分集特性,提高了系统性能。在协作通信研究方面,自适应技术通过在较好的信道状态下传输较高信息速率,在较差的信道状态下传输较低信息速率,可以充分利用无线信道的时变特性,从而提高系统的吞吐量。同时,由于通信系统的发射功率有限,将有限的功率合理分配到各节点的功率分配算法对提高系统性能有着重要的作用。近年来,协作通信技术已成为无线通信领域的研究热点之一。目前协作通信中有关自适应速率传输方面的研究大多都是基于放大转发(AF: Amplify-and-Forward)协作策略,但放大转发协作策略会带来噪声传播效应,并且要求目的节点获得所有信道的瞬时状态信息,这大大增加了系统的开销。本文针对采用译码转发(DF: Decode-and-Forward)协议的多中继协作系统,提出了一种基于信道统计状态信息的自适应M-QAM方案。该方法首先推导出系统误符号率(SER: Symbol Error Ratio)的紧密上界闭式表达式,再根据此闭式表达式,在给定系统SER的条件下,实现M-QAM自适应速率控制方案。仿真实验表明:本文推导出的系统误符号率上界能很好地逼近实际误符号率;与基于信道瞬时状态信息的自适应速率控制相比,提出的M-QAM自适应速率控制方案以很小的性能损失大大减小了系统的开销。另一方面,关于协作通信的功率分配算法的研究在国内外受到了广泛的关注。但当前有关功率分配的文章大多是局限于单中继节点的网络,或者提出的算法需要通过反馈信道获得基于信道瞬时状态信息的大量数据。本文针对采用译码转发的多中继节点系统,提出了一种基于信道统计状态信息的次优功率分配算法。该算法以最小化系统误符号率紧密上界为目标,得出最优化模型,再利用拉格朗日乘子法解出次优功率分配因子。仿真实验表明,与现有算法相比,本文提出的功率次优分配算法带来了SER性能增益。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
英文缩略语对照表  7-9
目录  9-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 引言  11-12
  1.2 研究意义及技术背景  12-16
    1.2.1 研究意义  12-13
    1.2.2 技术背景  13-16
  1.3 研究内容  16-17
  1.4 论文结构  17-19
第二章 协作通信原理及其关键技术  19-39
  2.1 引言  19-20
  2.2 分集技术  20-23
    2.2.1 分集技术的基本原理  20-22
    2.2.2 分集合并的方法  22-23
  2.3 协作通信的系统模型  23-27
    2.3.1 单中继网络模型  23-25
    2.3.2 多中继网络模型  25-26
    2.3.3 衰落信道  26-27
  2.4 协作通信的策略  27-35
    2.4.1 放大转发模式  28-30
    2.4.2 译码转发模式  30-33
    2.4.3 编码协作模式  33-35
  2.5 协作通信的关键技术  35-37
    2.5.1 中继选择技术  35-36
    2.5.2 网络编码技术  36
    2.5.3 功率控制技术  36-37
  2.6 本章小结  37-39
第三章 协作通信中自适应调制算法  39-55
  3.1 引言  39-40
  3.2 基于CISI 的自适应M-QAM 方案  40-44
    3.2.1 系统模型  40-41
    3.2.2 系统信噪比上界的概率密度函数  41-43
    3.2.3 CISI 下自适应M-QAM 算法  43-44
  3.3 一种新的基于CSSI 自适应M-QAM 算法  44-51
    3.3.1 多中继协作通信系统模型  44-46
    3.3.2 多中继协作系统SER 上界的推导  46-50
    3.3.3 基于CSSI 的自适应M-QAM 算法  50-51
  3.4 性能仿真与分析  51-54
  3.5 本章小结  54-55
第四章 协作通信功率分配算法  55-65
  4.1 引言  55-56
  4.2 单中继节点协作网络中功率分配算法  56-59
    4.2.1 系统模型  56-57
    4.2.2 系统SER 性能  57-59
    4.2.3 功率分配方案  59
  4.3 一种新的基于CSSI 多中继节点功率分配算法  59-61
  4.4 仿真结果与分析  61-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章 总结与展望  65-67
  5.1 工作总结  65-66
  5.2 工作展望  66-67
参考文献  67-73
致谢  73-75
攻读硕士学位期间论文  75-77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信
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