机会协作通信系统性能及多用户协作通信系统资源优化研究

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1、机会协作通信勇0瓷性IJ电及多用户协l"g通Ok-习。晓资嗣t优喇阁F究1．1引言第一章绪论随着当前无线移动用户数量的高速增长，作为移动应用业务中一个重要组成部分的实时多媒体业务的需求也不可避免的急剧增加。显而易见的是，实时传输需要高速的信息传输和高质量的通信服务作为保障，这也是对下一代移动通信系统0-21提出的更高的要求。另一方面，成本的控制也是一个必须考虑的因素，未来无线通信网络的异构性导致了传统的以基站建设为主导的无线通信系统建设会带来极大的成本开销。多天线系统以其优秀的传输性能和高效的频谱效率，正受到广泛的关注，而作为多天线系统拓展的协作通信系统也成为了当前的研究热点。1．

2、2课题研究背景及意义在过去的十几年中，无线通信作为最流行的技术，成为了研究的热点。第一代模拟无线通信使人们的沟通不再受到地域和距离的限制，而第二代蜂窝数字通信系统(如GSM和CDMA)及其衍生技术2．5G系统(如GPRS)减少了通话间的成本，使得更多的人能够享受电话和使用手机进行上网等数据传输服务。如今，第三代移动通信系统(如CDMA2000，WCDMA和TD．SCDMA)将会提供更高的数据速率和更低的成本。高速率和高品质的无线服务的需求仍在快速增长，而且似乎永远不会饱和，而正是由于无线通信技术的蓬勃发展，人们的生活质量得到了显著地提高。无线传输信道具有开放性与复杂多变的特点。无线

3、信号在信道传输过程中发生损耗与衰落，影响接收端的信号质量。为了解决信号衰落，提出了无线分集技术，利用这种抗衰落技术，能够提高无线通信系统可靠性及稳定性。MIMO多天线技术具有能显著地改善系统容量、提高通信的可靠性和降低系统中断概率等优点，能有效的对抗多径衰落，已经成为了下一代通信系统(4G)的关键技术。为了达到最佳增益，MIMO系统收发端的天线间距通常要满足一定的要求，由于设备往往受到能耗、尺寸大小的限制，在移动终端上难以实现，因此将MIMO技术应用于实践中还有很多问题亟须解决13．引。由于受到实际因素的限制，MIMO技术难以在实际应用中推广，而社会的不断进步，用户对无线通信的需求

4、和要求越来越高，则要求提高现有频谱资源的利用率，为了克服MIMO技术的缺点，使MIMO技术的优点能够应用在实际的通信系统中，SendonarisA和ErkipE等人在1998年提出了协作通信的概念16叫。协作通信的基本思想是系统中用户与其他用户互为协作伙伴，相互帮助各自的协作伙伴与基站之间的信息传输。用户在传递消息的过程中不仅使用到了自己的信道，还利用了协作伙伴的空间信道，等效于产g-西大学硕士学位’沦丈机会协们嗵信系统性熊及多用户协作通信系统资源优化研究生了一个虚拟的MIMO空间阵列，从而获得了空间分集增益，提高了系统传输的可靠性。协作分集是一种全新的分集技术，它可以解决难以在移

5、动终端安装多根天线的问题，是物理层MIMO技术的一种延伸分布式结构，同时又可以融合到网络的MAC层和网络层，因此包含了信号协作传输、协作MAC和网络编码这三种类型。1．3国内外研究现状1．3．1协作通信发展概述协作分集是近年来提出的一种新的空间分集技术，其在基础理论和工程应用两个层面向研究者提出了大量研究性的研究课题，在无线通信网络中具有巨大的发展前景，引起了学术界的极大关注。协作通信的总体思路可以追溯到20世纪70年代第一次从信息论的角度研究了三终端中继信道模型。在vanderMeulen引入了三终端中继信道模型，并得出了信道容量的上界和下界【9。101，随后，Cover和E1G

6、amal得到了几种特殊情况下的中继信道容量和一般情况下的容量下界【l¨。虽然即便是三终端中继信道模型，确切的信道容量仍然没有被认知，但这些卓有成效的工作仍然奠定了中继通信的理论基础【12-14】0虽然从信息论的角度出发，一般的中继信道模型尚未完全被研究，但协作通信的优点仍然从大量的研究工作中体现出来。Sendon撕set【。7’8J等人提出了可实现速度区域和中断概率的干扰信道模型，并基于此模型提出了切实可行的码分多址(CDMA)系统的协作协议，他们的研究表明，用户之间的协作，可以提供信道容量增益和提高系统的鲁棒性，这激发了很多研究者对这一领域的研究。Laneman等人系统地提出了多

7、项协作协议，协作分集的概念被正式的提出了【15’17】。在他们的工作中，协作策略第一次被提出‘11】，协作策略可以分类成解码前传(decode．and．forward，DF)、放大前传(amplify．and—forward，AF)和基于前两种策略的自适应方法。当源一中继信道优异时，解码前传协议是最优的。在实际应用中，当源和中继的物理位置靠近时，这个协议是很有意义的。与Laneman等人的研究几乎同时，Hunter等人进行了编码协作(CodedCooperation)