無線協(xié)同中繼通信系統(tǒng)的分集理論及資源調度研究.pdf

1、通過無線網(wǎng)絡節(jié)點的互相協(xié)作，無線協(xié)同通信能夠充分利用多入多出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）的技術優(yōu)勢，有效解決傳統(tǒng)蜂窩的容量瓶頸和小區(qū)覆蓋問題。無線協(xié)同通信已成為學術研究重點之一，并且已經(jīng)獲得了產(chǎn)業(yè)的廣泛關注，將成為未來無線通信不可或缺的技術。本論文主要對無線協(xié)同中繼通信的分集理論進行深入探討，旨在完善相應的理論研究，在此基礎上，對無線協(xié)同中繼通信中的資源分配和傳輸策略進行研究以進一步優(yōu)化系統(tǒng)

2、性能。論文首先對衰落信道下單天線無線協(xié)同中繼的容量特性展開研究，緊接著分析了無線協(xié)同中繼系統(tǒng)多天線分集性能，然后對無線協(xié)同中繼網(wǎng)絡多用戶分集理論進行探討；基于這些理論研究，論文隨后研究了無線協(xié)同中繼功率分配策略，最后對多業(yè)務協(xié)同中繼功率和帶寬調度進行了探討。論文主要工作和創(chuàng)新在于：
　　 1.衰落信道下單天線無線協(xié)同中繼容量的研究
　　 單天線多中繼系統(tǒng)為無線協(xié)同中繼通信的經(jīng)典結構。論文首先針對通信的基本問題--系統(tǒng)容量

3、開展了研究，通過理論推導研究了衰落信道下單天線無線協(xié)同中繼的遍歷容量和中斷容量。在此基礎上，進一步研究了系統(tǒng)容量與中繼數(shù)目和轉發(fā)方式的關系，研究表明無線協(xié)同中繼系統(tǒng)的遍歷和中斷容量均隨中繼數(shù)目的增加而降低。針對兩種不同的轉發(fā)方式，在低信噪比下，放大轉發(fā)具備更高的系統(tǒng)容量，在高信噪比下，解碼轉發(fā)則可獲取更高的系統(tǒng)容量。
　　 2.無線協(xié)同中繼多天線分集的研究
　　 多天線技術是未來無線通信的關鍵技術之一。針對MIMO協(xié)同中

4、繼網(wǎng)絡的分集相關理論進行了研究，特別針對空時塊碼在MIMO協(xié)同中繼中的性能進行了分析。通過推導卡方隨機變量調和平均的統(tǒng)計特性和相關概率論知識，研究了系統(tǒng)在不同轉發(fā)方式下以及是否存在直接鏈路時的系統(tǒng)關鍵性能指標（包括符號錯誤概率、中斷概率、系統(tǒng)容量等），分析了系統(tǒng)轉發(fā)方式、天線數(shù)目等因素對協(xié)同中繼系統(tǒng)分集性能的影響。研究表明，采用多天線技術可有效提高無線協(xié)同中繼網(wǎng)絡的分集度，空時塊碼可獲得分集度上限，協(xié)同分集和多天線分集可有效融合。

5、>　　 3.無線協(xié)同中繼多用戶分集的研究
　　 針對無線網(wǎng)絡多用戶特征，建立了協(xié)同中繼網(wǎng)絡的多用戶分集理論分析框架，給出了在無線協(xié)同中繼網(wǎng)絡中的多用戶分集性能分析，通過理論推導得出了在各種協(xié)作方式和轉發(fā)方式下的多用戶系統(tǒng)中斷概率和符號錯誤概率的高信噪比漸進表達式。研究表明，多用戶分集可以和協(xié)同分集有效融合，共同提高多用戶協(xié)同中繼網(wǎng)絡的分集度增益，提升系統(tǒng)總體性能。
　　 4.不同優(yōu)化目標下的無線協(xié)同中繼功率分配研究

6、r>　　 靈活高效的無線資源管理算法是提升和優(yōu)化無線網(wǎng)絡性能的關鍵所在，也是需重點關注和研究的問題。本章主要通過功率資源的優(yōu)化分配來進一步提升無線協(xié)同中繼網(wǎng)絡的性能，對多天線協(xié)同空時塊碼的功率分配問題進行了研究。本章針對源節(jié)點獲知信道信息程度的不同，分別提出了以容量最大化為目標和以中斷概率最小化為目標的功率分配策略。研究表明，提出的功率分配策略在各種信道條件和天線配置下均能依據(jù)信道狀況優(yōu)化分配功率，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)平均分配策略，且增益隨

7、天線數(shù)目的變化和信道條件的變化各異。
　　 5.多業(yè)務場景下的無線協(xié)同中繼功率和帶寬聯(lián)合調度研究
　　 正交頻分復用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術被廣泛認為是未來無線通信的核心技術之一。針對無線網(wǎng)絡中多業(yè)務共存的特點，對OFDM無線協(xié)同中繼系統(tǒng)中的多業(yè)務協(xié)同傳輸涉及的無線資源管理與調度問題進行了研究。利用優(yōu)化論得出了單用戶場景下多業(yè)務協(xié)同傳輸?shù)馁Y源分

8、配策略，在此基礎上提出了一種線性復雜度的次優(yōu)分配算法。進一步對多用戶場景下的業(yè)務傳輸資源分配問題進行了研究，得出了最優(yōu)功率和帶寬分配方案，提出了兩種新型的線性復雜度多用戶多業(yè)務資源分配策略。研究表明，提出的資源調度策略均能有效保障業(yè)務的QoS（Quality of Service），多用戶場景下的資源分配策略能有效利用存在于多用戶協(xié)同中繼網(wǎng)絡中的多用戶分集增益提升系統(tǒng)性能。
　　 以上研究成果，分別以學術論文的形式被IEEE的期