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《复旦大学》 2009年
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无线协作传输系统的资源分配与协议设计

单杭冠  
【摘要】: 协作传输作为一种新型的传输技术,让用户间共享天线,构成虚拟多天线系统,在不增加硬件复杂度的情况下获得了空间分集增益,有效地克服了多径传播导致的信号衰落,实现了提高传输性能的目的,因而受到了广泛的关注和重视。 本文从物理层的资源分配和上层的协议设计两个角度分析和研究了协作在通信场景中的性能增益。 首先,我们针对基于CRC检验的选择解码转发(CDF,CRC-based selectiondecode-and-forward)和放大转发(AF,ampliy-and-forward)两种协作协议,分析了它们的中断概率,指出编码、调制对于以上两种协议的不同影响;并在考虑QoS(Quality of service)要求的前提下,以最大化协作网络的传输速率为目标,联合基于最小化中断概率的功率分配和自适应编码调制等技术,提出了一种扩展的链路自适应传输技术,研究表明:该技术可以有效地提高系统的传输速率和扩大系统的覆盖范围。 其次,我们把协作传输与多载波调制技术相结合,针对放大转发型多载波协作传输系统,分别以最小化传输错误概率和最大化传输速率为目标,联合子载波和功率分配以及自适应编码调制等技术,提出了最优和次优的资源分配算法。研究表明:以最小化传输错误概率为目标所提出的资源分配算法不仅可以有效地降低传输误码率,还可以提高系统的分集阶数,并且当系统已知节点的位置信息时,只要通过设定次优资源分配算法的复杂度参数,就可以在获得最佳系统性能的同时降低计算复杂度;而以最大化传输速率为目标所提出的资源分配算法具有低实现复杂度和可靠提高传输速率等优点。 然后,针对分布式无线通信系统,把物理层的协作传输与MAC(mediumaccess control)层的协议设计相结合,研究了如何通过跨层设计来提高分布式协作传输系统的吞吐量和保证更加可靠的通信质量。我们先从MAC的角度分析和研究了协作在分布式网络中所会遇到的各种困难和挑战。然后,针对全连通网络,侧重于协作节点的选择问题,基于跨层的思想提出了一种802.11 DCF(Distributed coordination function)构架的协作MAC协议。再在此基础上,研究了多跳网络的协作MAC设计:首先,在理论上提出了一种两跳的干扰模型,从空间频率复用的角度分析了协作对于这类网络的影响,通过分析我们发现协作传输对于使用协作的链路本身具有抑制干扰的好处,但是也会造成被阻塞的节点个数增加而可能导致网络整体性能的下降;然后,为了证实协作传输对于该类网络可能带来的影响,提出了一种适用于多跳网络的基于Busy-tone的跨层协作MAC协议,为了有效地解决由协作带来的新的隐蔽站问题,该协议中加入了目的节点辅助的无冲突竞争机制,同时为了进一步提高协作节点的竞争效率,我们也提出使用分组避退的竞争方法,最后就节点密度和网络流量等因素对于多跳协作网络的性能影响进行了仿真。 最后,我们把协作扩展到应用层,以无线传感器网络WSN(Wireless sensornetwork)的定位问题为例,研究了节点间的协作对于无线传感器网络定位的帮助。提出了一种利用节点间协作的,适用于基于测距的分布式定位方法——3/2-NANDB,它可以充分利用节点间的冗余信息,完全确定只有两个邻居节点的节点位置,而那些即使只有一个邻居节点的待估节点也可能被完全定位,或者最大可能性地估计出它们的位置,从而可以最大化网络内部可定位节点数目,扩大网络观察范围,减少GPS携带节点数量,延长网络存活时间,同时该方法也可以用来提高其他现有的基于三邻居节点定位的算法的总体性能。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN929.5

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