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超宽带无线信道资源分配策略研究

作　者: 周坚
导　师: 冷甦鹏
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 超宽带跳时冲激无线电介质访问控制自适应速率信道资源
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在超宽带(UWB)通信中,冲激无线电(IR)技术具有系统结构简单、成本低、功率小等优点,得到广泛的研究及应用探索。IR-UWB型超宽带适用于短距离无线网络的环境,但现有的UWB网络一般都采用中心控制方式组网,对分布式接入控制技术的报道较少,还需要进一步研究其无线信道的访问技术和信道资源的共享方式。应用现有的适用于无线局域网的IEEE 802.11协议,或是适用于无线个域网的IEEE 802.15.3协议,都不能高效的利用无线信道资源。因此,需要针对超宽带网络独有的特点,设计一种能够优化网络资源分配的分布式介质访问控制(MAC)协议,采用较低的开销达到较高的网络性能。本文分析比较了冲激型(IR-UWB),直接扩频型(DS-UWB)和应用正交频分复用的多频带型(MB-OFDM)三种超宽带实现方式的特点,着重研究了结构简单,成本较低的IR-UWB方式,分析了IR-UWB型超宽带MAC层的基本功能及其关键技术,主要包括无线多信道访问控制技术、资源分配策略、接入控制管理技术等。基于跳时(Time-Hopping)码技术,本文提出带有握手协议的公共-私有(C-P)跳时码分配方式,实现对多信道的访问控制。针对预留带宽(RB)型和动态带宽(DB)型链路,本文提出了不同的资源分配算法,并且提出了使两种类型链路并存的方式,改善了IR-UWB网络的资源分配性能。在对资源分配管理策略的研究基础上,本文设计了一种自适应速率跳时(RATH)介质访问控制(MAC)协议。该协议利用C-P方式分配跳时码序列,依据接收节点的信干比以及链路的状态信息,控制链路的建立,保证链路误码率及传输速率,进而优化网络吞吐量。并采用自适应算法,合理分配信道资源,在高效的重传确认机制下传输数据。基于NS2平台的仿真实验表明,与已有跳时IR-UWB MAC协议相比较,RATH MAC协议能够明显改善网络的有效吞总吐量和传输时延。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
图目录  10-12
表目录  12-13
缩略词表  13-14
第一章引言  14-18
  1.1 研究背景及意义  14
  1.2 国内外研究现状  14-16
  1.3 主要研究内容  16
  1.4 论文组织结构  16-18
第二章超宽带概述  18-32
  2.1 超宽带基本概念  18-19
  2.2 超宽带实现方式  19-23
    2.2.1 冲激型超宽带  19-20
    2.2.2 直接扩频超宽带  20-21
    2.2.3 正交频分复用多频带超宽带  21-22
    2.2.4 三种方式的比较  22-23
  2.3 IR-UWB 无线信道访问控制技术  23-27
    2.3.1 跳时脉冲多信道访问方式  23-25
      2.3.1.1 跳时码工作原理  24-25
      2.3.1.2 跳时脉冲信号模型  25
    2.3.2 脉冲信号发送方式  25-27
  2.4 资源分配技术基础  27-28
    2.4.1 超宽带资源定义及特点  27
    2.4.2 多用户干扰模型  27-28
    2.4.3 链路类型分类  28
  2.5 典型超宽带MAC 协议分析  28-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章超宽带资源分配策略设计  32-51
  3.1 RB 型链路资源分配  32-40
    3.1.1 链路状态信息  33-34
    3.1.2 功率分配方式  34-35
    3.1.3 自适应速率控制  35-37
    3.1.4 网络性能仿真分析  37-40
  3.2 DB 型链路资源分配  40-45
    3.2.1 多用户干扰下功率分配模型分析  40-44
    3.2.2 功率优化分配算法  44-45
  3.3 RB 与DB 链路并存资源分配  45-50
    3.3.1 RB 链路与DB 链路资源共享方式  45-46
    3.3.2 共享参数λ的确定及更新  46-48
    3.3.3 链路接入仿真分析  48-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章 RATH MAC 协议设计  51-63
  4.1 无线信道访问技术  51-55
    4.1.1 跳时码分配方式  51-53
    4.1.2 信道访问控制机制  53-55
  4.2 高效的确认机制  55-57
  4.3 控制帧  57-59
    4.3.1 帧格式  58
    4.3.2 控制帧发送方式  58-59
  4.4 协议交互流程  59-62
    4.4.1 RATH MAC 协议发送流程  60-61
    4.4.2 RATH MAC 协议接收流程  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章协议仿真与分析  63-75
  5.1 网络仿真平台  63
  5.2 仿真模块设计  63-69
    5.2.1 MAC 层仿真模块设计  65-67
    5.2.2 网络接口仿真模块实现  67
    5.2.3 多信道仿真模块实现  67-68
    5.2.4 分组头管理  68-69
  5.3 网络场景设置  69-71
  5.4 协议仿真与分析  71-74
  5.5 本章小结  74-75
第六章总结与展望  75-77
  6.1 本文工作总结  75-76
  6.2 未来工作展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
攻硕期间取得的研究成果  81-82

超宽带无线信道资源分配策略研究

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