衰落信道中无线中继技术的分析与性能评估

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1、分类号学号I201022009学校代码10487密级博士学位论文衰落信道中无线中继技术的分析与性能评估学位申请人：艾德锐学科专业：通信与信息系统指导教师：喻莉教授答辩日期：2014年5月22日万方数据万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringTheoreticalAnalysisandPerformanceEvaluationofWirelessRelayingTechniquesOverFadingCh

2、annelsPh.D.Candidate:EdrissEisaBabikirAdamMajor:CommunicationandInformationSystemSupervisor:Prof.LiYuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2014万方数据独创性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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在

3、文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学博士学位论文摘要随着无线电系统不断的加速

4、发展，无线用户对高可靠性、高速度、大容量的需求越来越迫切。无线协作通信根据无线通信的广播特性在独立的单个天线上构造虚拟天线阵列进行通信。当空间上分隔的独立天线终端进行合作时，多天线技术的一系列重要优点就会体现出来，比如分集增益，以及总是存在的从源节点到目的节点的路径。大量的研究工作表明，协作分集的使用能够为传输半径、容量和可靠性带来重大的潜在优势。在恶劣的情况下，信号的传输很难达到高吞吐量和低误符号率。为了解决这个问题，研究人员提出了大量的协作策略，其中，中继是改善信道容量和增强传输可靠性的主要方法。当前关于协作通信的大部分工作都集中在一个利用放大、转发（Amplifyand

5、Forward,AF）或者解码、转发（DecodeandForward,DF）的协议上。在前一类协议中，中继节点对接受信号进行放大并转发，而后一种协议下，中继节点对接受信号进行解码并转发。同时，研究者们对这种协作系统中的中断概率性能做了评估。当中继节点不能对接受信号进行连续正确地解码时，DF协议的性能将会降低，而当中继节点对接收到的含噪声的信号进行放大并转发时，AF协议的性能也将受到损失。但是根据现有研究，目前基本上还没有学者研究多中继时的中继协议选择。本文第一部分提出了一种如何选择AF协议或DF协议的方法（ORPS），并给出了这种方法相比现有协议的优势。中继采用如下策略持续

6、工作：当中继可以对接收到的信号进行完全正确的解码时，该中继解码并转发该信号；当中继不能正确解码信号时，剩余的中继将在空闲周期内放大并转发信息。这样，中继节点可以根据本文提出的ORPS来高效地转发从源节点到目的节点的信号。在此基础上，本文对比了ORPS策略和仅使用单一AF协议时的误符号率（SER）性能进行了比较。结果表明：相对于只采用AF方式的协议，ORPS策略表现出了相当优异的性能，拥有约2dB的优势。更重要的是，本文提出的机制达到了满分集增益。在ORPS策略的基础上，本文进一步研究了当中继节点受到相邻节点的同频干扰问题，其中，干扰信号是其他发送节点同其目的节点通信时产生的。

7、本文对不同中继及不同干扰功率下的ORPS策略和DF协议进行了对比。I万方数据华中科技大学博士学位论文最后，多中继节点的数据传输在实际应用中比较困难，由于无线网络中节点电池的寿命有限，能量有效性是无线协作网络中最重要的问题之一。针对这个问题，本文第二部分研究了多中继节点时放大、转发的中继方法，提出了最优的功率分配策略，使得连续接收的信号信噪比（SNR）最大，且最大程度上降低了端到端的误符号率（SER）。最后，本文给出了Nakagami-m和瑞利衰落信道下误符号率的上下界。关键词：无线中继，多干扰，功率分配