双向中继系统中继选择和功率分配算法的分析与设计

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1、学科门类：081001分类号：单位代码：10293密级：公开博士学位论文论文题目：双向中继系统中继选择和功率分配算法的分析与设计学号2011010106姓名楼思嘉指导教师杨龙祥教授学科专业通信与信息系统研究方向移动通信与宽带无线技术论文提交日期二零一四年六月万方数据AnalysesandDesignofRelaySelectionandPowerAllocationforTwo-WayRelayingNetworksDissertationSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDe

2、greeofDOCTOROFPHILOSOPHYByLouSijiaSupervisor:Prof.YangLongxiangJune2014万方数据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：

3、_____________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：_____________万方数据南京邮电大学博士研究生学位论文摘要随

4、着人们对无线通信需求的不断增长，下一代无线通信系统需要提供更高的传输速率和可靠性。协作通信技术利用无线网络中的多个节点相互协作，能有效克服无线信道衰落，提高传输性能。网络编码技术利用无线传播媒介的广播特性能够明显提升双向中继协作通信的频谱效率。因此网络编码双向中继系统成为近年来通信领域研究的热点。本论文对网络编码双向中继系统中的中继选择和功率分配方案进行了深入研究。主要包括：1）多对多中继（Multi-PairMulti-Relay:MPMR）解码转发双向中继系统（Decode-and-ForwardTwo-WayRelayingNetworks:DF-TWRN）中

5、继选择和功率分配算法的分析和设计。首先建立DF-TWRN系统的性能解析分析方法，获得了高信噪比条件下单个DF双向子信道误码率的近似表达式。然后基于上述分析，提出了一种双向误码率最低的功率分配方案，并将该方案应用于多对多中继系统，通过理论分析获得了该场景下通过最优功率分配得到的最小误码率的闭合解析解。理论分析和仿真结果表明新方案能有效降低双向误码率，同时在多对多中继系统中能获得低的运算复杂度和更好的误码性能。2）非对称数据速率需求（AsymmetricTrafficRequirement:ATR）的双向放大转发中继系统（Amplify-and-ForwardTwo-W

6、ayRelayingNetwork:AF-TWRN）中继选择和功率分配联合算法的分析和设计。重点考虑了双向速率门限不同时对双向链路信噪比的优化，通过假设检验得到总功率约束下新的最优功率分配方案，并提出对应的中继选择准则。然后通过理论分析获得联合算法的系统中断概率的闭合表达式（或上下边界）；并基于已有的两种近似边界提出了新的近似分析方法，获得了更紧的中断概率下界。仿真结果证明了理论分析的正确性，表明新方案在ATRAF-TWRN网络中能够获得比其它方案更低的中断概率。同时通过新的近似边界得到的中断概率上下边界比已有的边界更紧，能更好地表征系统的中断性能。3）过时信道信息

7、（OutdatedCSI）双向AF中继系统的多中继选择方案的分析和设计。首先建立OutdatedCSIAF-TWRN系统模型，提出一种基于标准化门限的广义选择合并方案。通过理论分析和合理的近似获得了多中继选择方案下中断概率、平均误码率以及各态历经容量的上下边界，并分析该方案获得的分集增益。然后基于上述性能分析和比较，提出了一种自适应多中继选择方案。理论分析和仿真结果表明在OutdatedCSI双向通信中，多中继选择可以获得更高的分集增益，同时最佳中继个数的自适应选择能够有效减少低信噪比区间多中继选择算法各态历经容量的损失，提升系统的中断性能。关键词:双向中继网络