无线中继通信系统可达速率及中断概率理论分析论文

《无线中继通信系统可达速率及中断概率理论分析论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、THEORETICALANALYSIS0FACHIEVABLERATEANDOUTAGEPROBABILITYFORWIRELESSRELAYSYSTEMADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorof●一●一EngineeringByLIANGXuesongSupervisedbyProf．GAOXiqiSchoolofInformationScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2013东南大学学位论文独创性

2、声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书丽使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：襞彩1．东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外

3、，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：超重垫导师签名：期：卫盟砑摘要摘要随着智能手机的普及和无线宽带业务的发展，移动通信系统要求实现高速数据传输和充分的小区覆盖。为了克服基站增加发送功率将导致小区间干扰增大以及高频段信号传输衰减严重的缺陷，中继技术被提出并成为解决上述问题的技术手段之一。无线中继通信系统通过中继站与基站以及用户之间的协作，可有效增加功率利用率、改善小区边缘用户覆盖、获得空间分集增益以对抗多径衰落，是第四代移动通信系统的关键技术之～。本论文开展无线中继通信

4、系统的可达速率以及中断概率的研究。首先，基于经典的三节点中继模型，考虑了AF单向中继系统和AF双向中继系统的可达速率优化问题。在总功率恒定的条件下，讨论了用户节点和中继节点间的瞬时最优功率分配策略，得到了最优功率分配比例的解析表达式。其次，利用瑞利信道衰落的统计特性，研究-YAF单向中继系统和AF双向中继系统中使平均可达速率最大化的统计最优功率分配策略。通过对统计功率分配策略与瞬时功率分配策略的对比，发现在AF单向中继系统中两者的表达式具有内在的一致性，而且同样的结论对于AF双向中继系统也成立。理论结果表明，在AF单向中继系统中，用户节点和中继节点问最优功

5、率比例取决于信道衰落的模值之比，而在AF双向中继系统中，中继节点的最优功率比例始终是总功率的一半。其次，在用户节点附近存在多个干扰源的场景中，研究了干扰受限条件下AF双向中继系统的中断概率，得到了系统中断概率积分形式的精确表达式以及下界和近似解的解析表达式。仿真表明，中断概率的下界在用户节点的发送功率大于中继节点的发送功率时具有很好的紧致性，而中断概率的近似解则在更一般的情形下逼近其真实值。在系统中继概率近似解表达式的基础上，分析了干扰功率的不同分布对系统性能的影响以及渐近情形下用户节点和中继节点间发送功率的最优分配比例。研究结论证明，当多个干扰源中存在一

6、个主要的干扰时，系统的中断概率比干扰源功率均等的情况要小，同时当中继节点功率足够大时，用户节点之间的最优功率分配比例与对应传输信道衰落方差的平方根成反比。随后，研究了干扰受限条件下DF双向中继系统的中断概率。基于DF双向中继系统的可达速率区域定义，得到了系统中断概率在对称和非对称情况(两种情况决定于中继从两端用户接收到的功率是否相等)下精确的解析表达式。在系统中继概率表达式的基础上，分析了渐近情况下干扰功率不同分布的影响以及用户节点间最优的功率分配策略和系统的分集度。研究结论证明，当多个干扰源的功率趋于均匀分布时，系统的中断概率趋于一上界且得到了该上界的精

7、确表达式，同时当中继节点功率足够大时，用户节点间的最优功率分配比例东南大学博士学位论文与对应传输信道衰落方差的平方根成反比，且与相应传输速率的指数近似成正比。最后，在中继节点配置大规模天线阵列的多用户双向中继系统中，研究了中继节点采用MRC接收和MRT预编码发送方案时的平均可达速率。基于信道矢量独立同分布的假设以及利用大维随机矩阵理论，推导了用户平均可达速率的下界以及近似表达式，在此基础上分析了特定情形下的系统平均可达速率。理论结果表明，当用户节点和中继节点的发送功率固定时，用户的平均可达速率随天线数成对数比例增长，随干扰用户数成对数比例减少。同时，当用户

8、节点的发送功率随天线数增加丽反比减少，而中继节点的发送功率固定时，