無線協(xié)作傳輸系統(tǒng)的資源分配與協(xié)議設(shè)計.pdf

1、協(xié)作傳輸作為一種新型的傳輸技術(shù),讓用戶間共享天線,構(gòu)成虛擬多天線系統(tǒng),在不增加硬件復(fù)雜度的情況下獲得了空間分集增益,有效地克服了多徑傳播導(dǎo)致的信號衰落,實現(xiàn)了提高傳輸性能的目的,因而受到了廣泛的關(guān)注和重視。本文從物理層的資源分配和上層的協(xié)議設(shè)計兩個角度分析和研究了協(xié)作在通信場景中的性能增益。首先,我們針對基于CRC檢驗的選擇解碼轉(zhuǎn)發(fā)(CDF,CRC-based selection decode-and-forward)和放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF,

2、ampliy-and-forward)兩種協(xié)作協(xié)議,分析了它們的中斷概率,指出編碼、調(diào)制對于以上兩種協(xié)議的不同影響;并在考慮QoS(Quality of service)要求的前提下,以最大化協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率為目標(biāo),聯(lián)合基于最小化中斷概率的功率分配和自適應(yīng)編碼調(diào)制等技術(shù),提出了一種擴展的鏈路自適應(yīng)傳輸技術(shù),研究表明:該技術(shù)可以有效地提高系統(tǒng)的傳輸速率和擴大系統(tǒng)的覆蓋范圍。其次,我們把協(xié)作傳輸與多載波調(diào)制技術(shù)相結(jié)合,針對放大轉(zhuǎn)發(fā)型多載波

3、協(xié)作傳輸系統(tǒng),分別以最小化傳輸錯誤概率和最大化傳輸速率為目標(biāo),聯(lián)合子載波和功率分配以及自適應(yīng)編碼調(diào)制等技術(shù),提出了最優(yōu)和次優(yōu)的資源分配算法。研究表明:以最小化傳輸錯誤概率為目標(biāo)所提出的資源分配算法不僅可以有效地降低傳輸誤碼率,還可以提高系統(tǒng)的分集階數(shù),并且當(dāng)系統(tǒng)已知節(jié)點的位置信息時,只要通過設(shè)定次優(yōu)資源分配算法的復(fù)雜度參數(shù),就可以在獲得最佳系統(tǒng)性能的同時降低計算復(fù)雜度;而以最大化傳輸速率為目標(biāo)所提出的資源分配算法具有低實現(xiàn)復(fù)雜度和可靠提

4、高傳輸速率等優(yōu)點。然后,針對分布式無線通信系統(tǒng),把物理層的協(xié)作傳輸與MAC(mediumaccess control)層的協(xié)議設(shè)計相結(jié)合,研究了如何通過跨層設(shè)計來提高分布式協(xié)作傳輸系統(tǒng)的吞吐量和保證更加可靠的通信質(zhì)量。我們先從MAC的角度分析和研究了協(xié)作在分布式網(wǎng)絡(luò)中所會遇到的各種困難和挑戰(zhàn)。然后,針對全連通網(wǎng)絡(luò),側(cè)重于協(xié)作節(jié)點的選擇問題,基于跨層的思想提出了一種802.11 DCF(Distributed coordination f

5、unction)構(gòu)架的協(xié)作MAC協(xié)議。再在此基礎(chǔ)上,研究了多跳網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作MAC設(shè)計:首先,在理論上提出了一種兩跳的干擾模型,從空間頻率復(fù)用的角度分析了協(xié)作對于這類網(wǎng)絡(luò)的影響,通過分析我們發(fā)現(xiàn)協(xié)作傳輸對于使用協(xié)作的鏈路本身具有抑制干擾的好處,但是也會造成被阻塞的節(jié)點個數(shù)增加而可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)整體性能的下降;然后,為了證實協(xié)作傳輸對于該類網(wǎng)絡(luò)可能帶來的影響,提出了一種適用于多跳網(wǎng)絡(luò)的基于Busy-tone的跨層協(xié)作MAC協(xié)議,為了有效地解決由協(xié)

6、作帶來的新的隱蔽站問題,該協(xié)議中加入了目的節(jié)點輔助的無沖突競爭機制,同時為了進(jìn)一步提高協(xié)作節(jié)點的競爭效率,我們也提出使用分組避退的競爭方法,最后就節(jié)點密度和網(wǎng)絡(luò)流量等因素對于多跳協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的性能影響進(jìn)行了仿真。最后,我們把協(xié)作擴展到應(yīng)用層,以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(Wireless sensor network)的定位問題為例,研究了節(jié)點間的協(xié)作對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的幫助。提出了一種利用節(jié)點間協(xié)作的,適用于基于測距的分布式定位方法——3/