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協作分集中的跨層設計研究
協作通信技術利用無線網絡的廣播特性，使得到達目標接收端的信號能被協作伙伴“旁聽”到，協作伙伴對這些旁聽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自這些移動終端的信息，從而可以降低無線鏈路的衰落和不穩(wěn)定性帶來的影響，提高網絡的可靠性和數據傳輸速率，擴展網絡的覆蓋范圍。
無線網絡中協作通信的研究是一個嶄新的前沿課題，在無線Adhoc網絡、無線傳感器網絡、無線局域網等新一代無線通信網絡中都具有非常廣闊的應用前景。
本文正是以此為研究方向，通過采用跨層設計方法、信號處理技術與網絡技術，研究無線網絡中協作通信機制，協作方案設計及性能分析，從而進一步推動協作通信技術的演進與發(fā)展，這對于實現新一代無線寬帶通信系統(tǒng)具有重要的意義。
本文首先研究了物理層的空時協作分集和差分空時協作分集方案，推導了該方案誤碼率的表達式，為后文協作通信中的中繼選擇策略提供了理論依據。
接下來研究了在節(jié)點剩余能量、節(jié)點間跳數等不同量度下的協作路由算法、實現方案和性能。
為了進一步地利用實時信道狀態(tài)，繼續(xù)研究了基于最佳信道選擇的機會性中繼選擇策略和相應的性能分析。
最后，結合具體的無線Adhoc網絡，采用跨層設計的策略，研究了協作通信的可行方案和協議。
第二章提出了一種適用于頻率選擇性信道的空時協作分集實現方案DSTBC-MC-CDMA，該方案將協作分集技術和分布式空時編碼引入MC-CDMA系統(tǒng)，在有效抵抗頻率選擇性衰落的同時具有很高的頻譜效率，并利用單天線實現了虛擬多天線空時發(fā)射分集。
建立了基于統(tǒng)計平均的協作用戶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(tǒng)誤碼率的封閉表達式，結果表明，該方案相對于未協作的MC-CDMA，獲得了明顯的性能增益，說明了協作分集的有效性。
該章并給出了系統(tǒng)平均BER性能與協作用戶間平均解碼差錯概率之間關系的理論計算與仿真結果，這為進一步探討協作用戶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分組編碼的協作分集方案，該方案無需知道發(fā)射用戶和接收用戶間的信道狀態(tài)信息(CSI)。
在不考慮協作用戶間誤碼的情況下，推導了相關瑞利信道下該方案BER性能上限的解析表達式，并分析了協作用戶間不同的CSI和協作用戶到接收用戶間不同的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。
解析的差分協作分集的誤碼性能的性能上限表達式為進一步討論協作用戶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路由協議的簡單單跳協作路由模型，在NS-2網絡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作路由算法的實現，并分析了網絡數據包遞交率、網絡時延、網絡壽命、網絡吞吐量等性能的改進。
此外，研究了節(jié)點獨立的Adhoc網絡中多徑協作路由協議的算法實現，混和路徑選擇準則下的多徑路由算法以及Adhoc網絡中分段傳輸的多徑路由協議算法。
仿真結果表明，協作路由算法相對于非協作的DSDV路由協議有效地改善了網絡性能。
第四章考慮無線網絡的鏈路的動態(tài)變化特性，為了充分利用無線鏈路的實時狀況，研究了無線網絡中機會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時信道信息，提出了一種分布式機會中繼選擇策略。
基于此并結合跨層設計思想，提出了Adhoc網絡中的一種機會路由算法，并在NS-2仿真平臺上給出了相關實現。
仿真結果表明，該機會路由算法相對于常規(guī)的DSDV路由協議，以較小的歸一化開銷為代價，有效地提高了網絡的數據遞交率，并降低了網絡時延。
第五章結合具體的無線Adhoc網絡，采用跨層設計的策略，提出了機會性的根據網絡實時狀況選擇最佳中繼的協作MAC協議，并在NS-2仿真平臺上實現了協作MAC協議，較常規(guī)的802.11DCF協議，協作MAC方案有效地提高了網絡的遞交率。
此外對采用RCPC編碼協作的MAC協議進行了數值仿真，分析了潛在中繼節(jié)點個數對性能的影響。
這些協議和方案可以直接或修改后應用于現有的Adhoc等無線網絡，在一定程度上可以實現跨層的機會協作通信，并獲得有效的組網方案。
最后，本文在第六章總結全文，并指出了今后有待于進一步研究的方向..……
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