基于多径信道的中继节点的优化选择和功率分配
目前，无线通信中的移动电话业务、数据业务、多媒体业务迅速发展，未来无线网络将承担更多的高质量的业务，因此对信息速率等系统性能提出了更高的要求。与此同时，在无线通信系统中，多径衰落会严重影响到通信质量。由于多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）系统能较大地提高系统容量，所以提出了虚拟MIMO系统（分布式MIMO系统），即协作通信技术。MIMO系统要求收、发节点，利用空间其他节点，采用协作的方式构成分布式MIMO系统，获取MIMO系统的系统性能。协作通信可以有效解决无线通信中的低信噪比信号检测、信号编码和断续通信难题。协作通信的目的就是充分利用网络中的节点资源来帮助有通信需求的节点进行高速、可靠地无线通信。在协作通信系统中，源节点和中继节点共同完成信息的传输。我们知道，信源传输信息是需要消耗一定功率的，同样，中继节点传送信息时也需要消耗一定的功率，获得分集增益的代价就是信源和中继节点消耗的功率之和。所以，协作通信中的一个关键问题就是如何进行中继节点的最佳选择和功率的优化分配。
本文的主要内容包括以下几个部分:
本文首先介绍了无线信道的基础知识，包括无线信道的基本模型和分集接收技术;介绍了几种常见的分集方式和分集合并方式，并通过仿真对几种合并方式的性能进行了比较。
简单介绍了协作通信的基本模型和多径衰落下的二进制数字接收机的系统模型，为多径信道下中继节点的优化选择打下理论基础。
在协作通信技术中，中继节点的选择是其中的一个重要的研究方向。有很多的专家都做了大量的研究，不过在以往的研究中，都只考虑了单径信道下的中继节点的选择。而在实际情况中，正如前面的理论所介绍的，通信信道是多径衰落的。为此，本文针对放大转发协作通信网络，以降低系统误码率为目标，进行多径信道下的中继节点的优化选择，并提出了一种多径慢衰落信道环境下的最优中继的选择方案。仿真结果显示，利用此方案选出的最优中继节点往往不是传统的只考虑单径的情况下所选出的最优中继节点。因此，本文所提出的方案更符合协作通信中的实际情况，并可在较大程度上提高系统的性能。
回顾了粒子群算法，并对该算法做了详细的介绍。分析了协作通信的系统模型，并以总功率恒定作为约束条件，以误码率的上界和下界作为粒子群优化算法的目标函数，在多径信道下用粒子群算法分配该系统源节点和中继节点的功率。通过仿真的结果可以看到，在多径信道下，用粒子群算法分配各节点的功率比平均分配功率时的误码率有明显的下降，这就显示出本文所提出方法的优越性。
综上所述，本文对协作通信系统中多径信道下的中继节点的优化选择和功率的优化分配做了研究，所提出的方案不仅符合和贴近实际情况，而且在很大程度上提高了系统的性能，即在同样的误码率的要求下，大幅减少了系统的发射总功率。
MIMO系统;协作通信;中继节点;优化选择;功率分配;多径衰落
浙江师范大学
硕士
计算机软件与理论
端木春江
2012
中文
TN929.5
60
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）