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協(xié)作分集中的跨層設計研究
協(xié)作通信技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的廣播特性，使得到達目標接收端的信號能被協(xié)作伙伴“旁聽(tīng)”到，協(xié)作伙伴對這些旁聽(tīng)到的信息處理后并傳送到目標接收端，目標接收端合并處理來(lái)自這些移動(dòng)終端的信息，從而可以降低無(wú)線(xiàn)鏈路的衰落和不穩定性帶來(lái)的影響，提高網(wǎng)絡(luò )的可靠性和數據傳輸速率，擴展網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍。
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中協(xié)作通信的研究是一個(gè)嶄新的前沿課題，在無(wú)線(xiàn)Adhoc網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等新一代無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )中都具有非常廣闊的應用前景。
本文正是以此為研究方向，通過(guò)采用跨層設計方法、信號處理技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，研究無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中協(xié)作通信機制，協(xié)作方案設計及性能分析，從而進(jìn)一步推動(dòng)協(xié)作通信技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展，這對于實(shí)現新一代無(wú)線(xiàn)寬帶通信系統具有重要的意義。
本文首先研究了物理層的空時(shí)協(xié)作分集和差分空時(shí)協(xié)作分集方案，推導了該方案誤碼率的表達式，為后文協(xié)作通信中的中繼選擇策略提供了理論依據。
接下來(lái)研究了在節點(diǎn)剩余能量、節點(diǎn)間跳數等不同量度下的協(xié)作路由算法、實(shí)現方案和性能。
為了進(jìn)一步地利用實(shí)時(shí)信道狀態(tài)，繼續研究了基于最佳信道選擇的機會(huì )性中繼選擇策略和相應的性能分析。
最后，結合具體的無(wú)線(xiàn)Adhoc網(wǎng)絡(luò )，采用跨層設計的策略，研究了協(xié)作通信的可行方案和協(xié)議。
第二章提出了一種適用于頻率選擇性信道的空時(shí)協(xié)作分集實(shí)現方案DSTBC-MC-CDMA，該方案將協(xié)作分集技術(shù)和分布式空時(shí)編碼引入MC-CDMA系統，在有效抵抗頻率選擇性衰落的同時(shí)具有很高的頻譜效率，并利用單天線(xiàn)實(shí)現了虛擬多天線(xiàn)空時(shí)發(fā)射分集。
建立了基于統計平均的協(xié)作用戶(hù)間信道的概率誤碼模型，基于此推導了該方案在多種環(huán)境下的系統誤碼率的封閉表達式，結果表明，該方案相對于未協(xié)作的MC-CDMA，獲得了明顯的性能增益，說(shuō)明了協(xié)作分集的有效性。
該章并給出了系統平均BER性能與協(xié)作用戶(hù)間平均解碼差錯概率之間關(guān)系的理論計算與仿真結果，這為進(jìn)一步探討協(xié)作用戶(hù)的選擇策略提供了依據。
此外，該章還提出了一種采用分布式差分空時(shí)分組編碼的協(xié)作分集方案，該方案無(wú)需知道發(fā)射用戶(hù)和接收用戶(hù)間的信道狀態(tài)信息(CSI)。
在不考慮協(xié)作用戶(hù)間誤碼的情況下，推導了相關(guān)瑞利信道下該方案BER性能上限的解析表達式，并分析了協(xié)作用戶(hù)間不同的CSI和協(xié)作用戶(hù)到接收用戶(hù)間不同的CSI情況下該發(fā)射方案的性能。
仿真結果表明該方案相對于未編碼的DBPSK獲得了明顯的分集增益，說(shuō)明了該方案的有效性，且理論分析和仿真吻合較好。
解析的差分協(xié)作分集的誤碼性能的性能上限表達式為進(jìn)一步討論協(xié)作用戶(hù)的選擇策略提供了理論依據。
第三章在已有研究的基礎上，建立了Adhoc中基于DSDV路由協(xié)議的簡(jiǎn)單單跳協(xié)作路由模型，在NS-2網(wǎng)絡(luò )仿真平臺上給出了基于跳數、接收信噪比、剩余能量和混合加權準則的協(xié)作路由算法的實(shí)現，并分析了網(wǎng)絡(luò )數據包遞交率、網(wǎng)絡(luò )時(shí)延、網(wǎng)絡(luò )壽命、網(wǎng)絡(luò )吞吐量等性能的改進(jìn)。
此外，研究了節點(diǎn)獨立的Adhoc網(wǎng)絡(luò )中多徑協(xié)作路由協(xié)議的算法實(shí)現，混和路徑選擇準則下的多徑路由算法以及Adhoc網(wǎng)絡(luò )中分段傳輸的多徑路由協(xié)議算法。
仿真結果表明，協(xié)作路由算法相對于非協(xié)作的DSDV路由協(xié)議有效地改善了網(wǎng)絡(luò )性能。
第四章考慮無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的鏈路的動(dòng)態(tài)變化特性，為了充分利用無(wú)線(xiàn)鏈路的實(shí)時(shí)狀況，研究了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中機會(huì )中繼選擇策略及其有效性，利用MAC層控制包獲取物理層的實(shí)時(shí)信道信息，提出了一種分布式機會(huì )中繼選擇策略。
基于此并結合跨層設計思想，提出了Adhoc網(wǎng)絡(luò )中的一種機會(huì )路由算法，并在NS-2仿真平臺上給出了相關(guān)實(shí)現。
仿真結果表明，該機會(huì )路由算法相對于常規的DSDV路由協(xié)議，以較小的歸一化開(kāi)銷(xiāo)為代價(jià)，有效地提高了網(wǎng)絡(luò )的數據遞交率，并降低了網(wǎng)絡(luò )時(shí)延。
第五章結合具體的無(wú)線(xiàn)Adhoc網(wǎng)絡(luò )，采用跨層設計的策略，提出了機會(huì )性的根據網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)狀況選擇最佳中繼的協(xié)作MAC協(xié)議，并在NS-2仿真平臺上實(shí)現了協(xié)作MAC協(xié)議，較常規的802.11DCF協(xié)議，協(xié)作MAC方案有效地提高了網(wǎng)絡(luò )的遞交率。
此外對采用RCPC編碼協(xié)作的MAC協(xié)議進(jìn)行了數值仿真，分析了潛在中繼節點(diǎn)個(gè)數對性能的影響。
這些協(xié)議和方案可以直接或修改后應用于現有的Adhoc等無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在一定程度上可以實(shí)現跨層的機會(huì )協(xié)作通信，并獲得有效的組網(wǎng)方案。
最后，本文在第六章總結全文，并指出了今后有待于進(jìn)一步研究的方向..……
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