论文部分内容阅读
多输入多输出系统(multiple-input multiple-output, MIMO)通过分别在发射端和接收端安装多根天线以获得空间分集,使得接收端可以获得经历独立衰落的相同信号的不同副本,从而有效地抵抗无线网络的衰落问题。MIMO技术把多径传播环境转变为对用户有利的因素,极大地提高无线通信性能,又不以频谱为代价,成为现代无线通信中最重要的技术之一,然而MIMO技术受到终端大小、成本和功耗等诸多方面的限制,往往不能在无线节点上安装多根天线。为了解决MIMO技术的瓶颈问题,人们提出协作通信(cooperative communication)技术,即无线网络中单天线的节点通过按照某种方式共享各自天线,形成虚拟MIMO系统,进而获得空间分集增益以有效抵抗多径衰落。协作通信技术可以提高通信系统的可靠性,扩大系统覆盖范围,降低通信系统的功耗消耗,同时也可以同OFDM、UWB、CR等技术结合。协作分集机制问题研究是协作通信中的重要问题,即什么时候协作并且如何协作。放大转发协议(amplify-and-forward, AF)和译码转发协议(decoded-and-forward, DF)是协作系统中的两种典型协议。在放大转发协议中,中继节点相当于信号放大器,但中继节点在放大有用信息的同时也放大了无用噪声；在译码转发协议中,中继译码信息后再编码转发其接收到的信号,这使DF协作系统的硬件设计要较AF方案复杂。本文主要工作即对无线通信网络中的协作分集机制进行研究,介绍了协作通信系统中的AF、DF和编码协作(coded cooperation, CC)三种基本协议和后来发展的较为复杂的协议,如选择性中继协议、增量中继协议、混合译码放大转发(hybrid decode-amplify forward, HDAF)协议、增量选择DF协议,提出了增量HDAF(IHDAF)协议,并对所提协议和其他协议进行了比较分析。本论文的主要工作如下：1)基于已有协作协议的优缺点,结合增量中继协议和HDAF协议,本文提出了一种新的协作分集机制,被称为IHDAF协议。2)以信息论与概率统计为数学工具,基于三节点协作系统模型,深入研究了三节点IHDAF协作系统的中断概率(outage)和误比特率(bit error rate,BER),并给出了其闭式表达式,为理论研究和工程设计提供了理论依掘。3)基于S-R链路的距离信息,对IHDAF方案进行了改进,在保证系统性能的前提下,降低了系统的复杂度。通过对BER求导得到了两个门限值的最优关系,同时讨论了门限值对IHDAF协作系统的影响。4)考虑中继位置和功率分配比这两个因素,详细讨论和比较了IHDAF方案、增量选择DF方案和增量DF方案在不同参数条件下的系统性能。结果表明增量HDAF的系统性能均优于其他两种协议,特别是中继节点靠近目的节点时,优势更为突出。最后,论文总结了协作通信中协作机制方面需要进一步解决的问题和未来的可能研究点。