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1、 单位代码: 10293密 级: 硕 士 学 位 论 文论文题目: 无线协作网络中的中继选择 和功率分配技术研究 Y002090905学号 谢 寅 姓名 刘 陈 教授 导 师 电路与系统 学 科 专 业 现代通信系统与通信信号处理研 究 方 向工学硕士申请学位类别二一二年二月论文提交日期南京邮电大学学位论文原创性声明 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,也不包含为获得南京邮电大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何
2、贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实,愿意承担一切相关的法律责任。 研究生签名:_ 日期:_南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子文档;允许论文被查阅和借阅;可以将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、汇编本学位 论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布(包括刊登) 授权南京邮电大学研究生院(筹)办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 研究生签名:_ 导师签名:_ 日期:_ 南 京 邮 电 大 学 硕士学位论
3、文摘要学科、专业:工 学 电路与系统 研究方向: 现代通信系统与通信信号处理作 者: 2009 级研究生 谢 寅 指导教师: 刘 陈 教授题 目: 无线协作网络中的中继选择和功率分配技术研究英文题目: Research on Relay Selection and Power Allocation in Wireless Cooperative Networks主 题 词: 无线协作网络,中继选择,功率分配,信道容量Keywords:Wireless cooperative networks, Relay selection, Power allocation, Capacity南京邮电大学硕
4、士研究生学位论文 中文摘要 摘 要 多径传播会引起信号衰落,并影响无线信道的性能。协作分集是对抗多径衰落并提高系统性能和可靠性的有效方法。在无线协作网络的研究过程中,中继选择和功率分配技术对于降低系统误码率、提高信道容量等都起到了非常重要的作用。 在某些无线协作网络(如 Ad Hoc 网络、无线传感器网络)中,由于节点之间的通信距离相对较短,因此中继节点的发射功率一般比较小,在这种情况下就不能忽略中继节点自身的电路处理功率。 作为国家自然科学基金项目(项目号:61071089)的子课题,本文主要研究了无线协作网络中的中继选择和功率分配问题。本文首先对协作通信的基本概念和工作原理进行了简单描述,
5、并对现有的协作分集协议和协作转发方式作了简要介绍。然后对本文所研究的关键性问题进行了具体分析,包括对中继协作网络模型进行分类、对不同信道下的容量公式进行推导以及对一些经典的中继选择算法和功率分配方案进行总结。最后以多中继无线协作网络模型为研究对象,在充分考虑中继节点电路处理功率的基础上,基于总功率约束,采用波束形成技术,并以信道容量最大化为目标,提出了一种新的低复杂度中继选择和功率分配联合优化方案。仿真结果表明,与现有方案相比,新方案可以获得更大的信道容量。关键词: 无线协作网络,中继选择,功率分配,信道容量I南京邮电大学硕士研究生学位论文 英文摘要Abstract Multipath pro
6、pagation can cause fading, and affects the performance of wireless channelCooperative diversity is the effective method of solving multipath fading and improving system performance. During the research of the wireless cooperative networks, relay selection and power allocation play a very important r
7、ole in reducing the bit error rate and increasing the channel capacityIn some wireless cooperative networks such as Ad Hoc networks and wireless sensor networks, the distances between nodes could be very short, so the transmission power of these nodes will be relatively small. In this case, the circ
8、uit power of relay nodes should not be ignoredAs a sub-project of the National Science Foundation of China under Grant No. 61071089, it researches the scheme of relay selection and power allocation in wireless cooperative networksThe thesis first introduces the basic concepts and principle of cooper
9、ative communication, and describes the cooperative diversity protocol and cooperative pass-through mode briefly. And then analyzes the key problems of this thesis, for example, it classifies the relay cooperative networks, derives the capacity formula under different channels and summarizes the clas
10、sic relay selection algorithms and power allocation schemes. Finally, considering the circuit power of relay nodes and adopting beamforming technique, with the objective of imizing channel capacity in multi-relay wireless cooperative networks, it proposes a novel low-complexity relay selection algor
11、ithm and power allocation scheme with the aggregate power constraint of relay nodes. The simulations show that the new scheme will get a larger capacity compared with other existing onesKeywords: Wireless cooperative networks, Relay selection, Power allocation, Capacity II南京邮电大学硕士研究生学位论文目录目 录 第一章 绪论
12、1 1.1 无线通信的发展. 1 1.2 无线通信所面临的问题. 2 1.3 协作通信的研究现状2 1.4 本文的主要研究内容5 第二章 无线通信中的分集与协作7 2.1 分集技术. 7 2.2 合并技术10 2.3 协作通信13 2.3.2 协作转发方式16 2.4 本章小结22 第三章 协作通信中的中继选择. 23 3.1 中继网络模型 23 3.2 中继选择算法分类. 24 3.3 典型的中继选择算法 26 3.4 本章小结32III南京邮电大学硕士研究生学位论文目录 第四章 信道容量和功率分配33 4.1 AWGN 信道容量33 4.2 频率平坦确定性信道容量. 34 4.3 平坦衰落
13、信道容量. 40 4.4 频率选择性信道容量 41 4.5 本章小结42 第五章 新的中继选择和功率分配联合优化方案 43 5.1 系统模型43 电路处理模块45 5.2 系统优化方案 47 5.3 仿真结果与分析52 5.4 本章小结57 第六章 总结与展望 58 6.1 全文总结58 6.2 展望. 59 致 谢 60 参考文献 61IV南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 无线通信的发展 通信技术是当代生产力中最为活跃的技术因素,对生产力的发展和人类社会的进步都起着非常重要的推动作用。通信技术的发展过程包括以下三个阶段:以电报发明为标志的初级通信阶段;以香农
14、信息论的提出为标志的近代通信阶段;以互联网、光纤通信、移动1通信等技术为标志的现代通信阶段 。 1897 年,马可尼使用 800KHz 中波信号进行了从英国至北纽芬兰的世界上第一次跨大西洋的无线电报通信试验,开创了人类无线通信的新纪元。无线通信真正意义上的发展开始于 20 世纪 20 年代末。1928 年,美国普渡大学的学生发明了一种无线电接收机,并很快投入使用。随着二战的结束,军用移动通信技术也逐渐向民用领域发展。到了 20 世纪 50年代,一些发达国家开始研制公共移动 系统,并实现了与公共 网的互通,但是这种公共移动 系统所采用的仍然是人工接入的方式,而且系统容量很小。到了 20世纪 70
15、年代,美国推出了改进型移动 系统 IMTSImproved Mobile Telephone Service,采用大区制、中小容量,使得无线频道能够自动选择和接入公共 网。然而,随着移动用户数量的增加,有限的频谱供给已经无法满足日益增加的需求。为了更加有效地利用频谱资源,美国贝尔实验室提出了小区制、蜂窝组网的理论,并成功研制了第一个蜂窝 系统AMPSAdvanced Mobile Phone System,大大提高了系统容量。此后,以 AMPS 和 TACSTotal Access Communication System为代表的第一代蜂窝移动通信系统取得了很大的成功,但同时也暴露出了其模拟系统所存在的频谱效率低下、设备结构复杂、业务类别单一以及安全性不高等问题,但是最主要的还是系统容量不足。由于数字系统比模拟系统拥有更高的频谱利用率和系统容量,因此在 20 世纪 90 年代中
