基于认知环境的多中继系统性能研究

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1、全日制硕士学位论文基于认知环境的多中继系统性能研究申请人姓名：姬士龙指导教师：郭辉学位类别：工学硕士专业名称：通信与信息系统研究方向：无线协作通信河南理工大学计算机科学与技术学院二○一六年六月中图分类号：TN911密级：公开UDC：39单位代码：10460基于认知环境的多中继系统性能研究ResearchonPerformanceofMultipleRelaySystemsBasedonCognitiveEnvironments申请人姓名姬士龙学位类别工学硕士专业名称通信与信息系统研究方向无线协作通信导师郭辉职称

2、副教授提交日期2016.04.20答辩日期2016.06.04河南理工大学致谢时光荏苒，岁月如梭。转眼间，三年的硕士生活就要这样的结束了，在论文工作即将结束之际，我希望借此机会向曾经关心和帮助过我的良师益友以及亲人表示衷心的感谢！首先，我要深深地感谢我的导师郭辉副教授，三年来，从论文开题到研究内容及方法乃至论文的写作，他都给予了我莫大的关怀和悉心的指导。郭老师，他严谨的治学态度、渊博的知识、敏锐的洞察力以及他那自信、积极、向上的人生观都给我留下了深刻的印象，使我终生受益。郭老师谦和近人、孜孜以求的作风，是永远值

3、得我学习的。与郭老师的相识使我人生进入了一个新的阶段，这个美好的阶段必将成为我人生中一段美好的回忆。同时，感谢王利红，郭海儒，赵鸿图，朱盛等老师在科研及平时的学习生活中给予我的指导和帮助。感谢已经毕业出国读博士的赵尚卿师兄，与他的交流和讨论使我受益匪浅，也感谢319实验室的所有同学，感谢他们在学习和生活中对我的无私帮助。感谢与我一起奋战考博的李伟杰、魏晓娟等同学，有他们的陪伴，我的考博之路变得不再孤单和枯燥无味。与他们一起探讨，使我的思维变得更加敏捷，也使我对博士生考试更有信心、有动力。这段时间必将成为我一段难

4、忘的人生历程。感谢我所有的老师和朋友，他们和我一起度过这朴实而艰难的研究生岁月。他们的支持与帮助使我的生活挫折中也有美丽，平淡中更见芬芳。感谢我的父母，是他们含辛茹苦的将我养育成人，始终给予我关怀。感谢他们在背后对我学习和生活的默默支持！最后，特别感谢所有参与论文评审的各位专家教授，您们的宝贵意见对本文及我今后的科研工作都具有重要的指导意义。摘要无线信号的传输需要频谱作为媒介，然而，随着对无线资源需求的与日俱增，可利用的所有频段几乎没有了，另外由于频谱分配的不合理性，使得频谱已经变成一种稀缺资源。认知无线电技术

5、被提出后在一定程度上缓解了这种危机，该技术能让次级用户使用被授予频带的主用户没有正在使用的频带进行信息传送，前提是不能对主用户造成任何有害的影响。一旦主用户要求使用这段频带，次级用户应该立即终止其信息传输进程。这样，频谱的使用效率在一定的程度上得到了提高。认知环境下，多个中继间的相互协作不仅可以提高信号的传输质量，而且可以扩大信号的传输范围。因此，多中继系统一直是无线领域的一个热点，而中继选择系统和多跳网络又是其中的典型，近年来一直备受关注。在中继选择系统和多跳网络的研究中，通信系统的性能是我们必须要关注的首要

6、问题，系统性能的好坏将直接关系到信号的传输质量。判断一个系统性能好坏的主要性能指标包括中断概率、误码率以及信道容量。而三者中最重要的指标是系统的中断概率。近年来，虽然有许多文献研究过相关内容，然而，现有文献或只考虑像瑞利和莱斯这样特殊的衰落环境，或是忽略了通信系统中直射信道对系统性能的影响。基于上述考虑，本文对多中继系统的性能进行了研究，主要工作如下：1.针对DF协议，研究了含有直射信道的中继选择系统，并对该系统的性能进行了分析。这个两跳的系统采用半双工模式，并且信源及各个中继均安装单个天线。同时，在信宿采用选

7、择合并的接收方案来接收信号。另外，在独立非同一分布的瑞利衰落环境下推导出了中断概率的准确表达式以及高信噪下的渐进表达式，并通过蒙特卡洛模拟仿真验证了理论分析结果的正确性。结果表明，本文得到的表达式能对一些重要系统参数对系统的影响给出一定的估测，高信噪比时这种有效性体现的更加明显。2.针对一种中继选择方案，本文在独立非同一分布的Nakagami-m衰落环境下考察了中继数目和系统衰落参数对认知AF系统性能的影响。在主接收用户能够忍受的发送功率下，分别计算出了中断概率的上边界表达式以及高信噪比时的渐进表达式。最后，通

8、过蒙特卡洛模拟仿真验证了理论分析结果的正确性。结果显示，本文表达式对Nakagami-m衰落环境下系统性能的估计提供了一定的参考。同时，当系统中继个数固定时，分析了系统的分集增益和编码增益。I3.基于DF协议，在独立非同一分布的Nakagami-m信道环境下，对一个多跳的认知协作通信系统的中断概率性能做了分析。该系统受到主用户能承受干扰功率限制的同时还受到次级系统最大发射功率的约束。通