无线协作网络中节点选择问题研究.pdf

摘 要 摘 要 随着无线通信的发展，协作成为未来无线通信的一个重要手段。无线协作 通信系统中各节点之间的协作能够提高中断概率性能，而无线频谱感知系统中 感知节点的协作频谱感知能够提高感知性能。在协作系统中，节点选择得到了 广泛的关注。 本文首先介绍了无线协作通信网络的基本模型和其中的基本方法，然后介 绍了无线协作通信网络中的节点选择问题的研究现状，指出节点选择对系统性 能的提升。然后介绍了无线协作频谱感知网络中频谱感知的基本方法和节点选 择的研究现状。 目前放大转发协作通信网络中的节点选择算法大部分是基于瞬时信道信息 的节点选择，这种算法需要准确的信道估计和大量的信道反馈，这在实际系统 中较难实现。基于此，首先研究了基于部分信道信息的节点选择。考虑了在协 作通信中，已知协作通信过程中一个阶段的瞬时信道信息和另一个阶段的统计 信道信息的条件下，提出了两种节点选择算法，并且分析了这两种算法的中断 概率性能。随后，为了进一步降低节点选择对信道估计和反馈的依赖，研究了 放大转发协作通信网络中，已知两个阶段的统计信道信息的条件下，如何进行 选择最优的中继节点集合进行协作的问题。通过对每个中继节点定义了等效信 道增益参数的排序，并根据中继节点等效信道增益参数计算的等效信噪比门限， 指出在不同的信噪比条件下应选择不同的中继节点参与协作。 网络编码在协作通信中的应用得到人们的广泛关注。把网络编码引入了编 码协作系统，提出了一种新的基于网络编码的编码协作传输方式。分析了在该 传输方式下的系统的中断概率。分析指出，当两个协作节点之间的信道条件较 差时，网络编码能够提升系统性能；反之，网络编码会降低系统性能。基于此， 提出了一种自适应的网络编码的编码协作通信传输方式。仿真结果表明，这种 自适应的传输方式的性能在任何信道条件下，其性能由于传统的编码协作传输 方式和提出的基于网络编码的编码协作传输方式。进一步考虑在由多个节点构 成的基于网络编码的协作通信网络中，在已知信道统计信息的条件下，提出了 两种节点选择的算法，以获得系统的最优性能。仿真结果表明，提出的算法在 显著降低复杂度的情况下，取得了和穷举算法相似的中断性能。 认知无线电是解决无线频谱资源稀缺的一个重要手段，而其中最重要的是 频谱感知。首先提出了一种在各个感知节点信噪比不相等情况下的权重融合准 则，该准则充分利用了各个感知节点的信噪比信息。然后推导了这种准则下的 感知性能。仿真结果表明，这种准则能够取得比传统的感知准则更好的感知性 能。依据权重因子的大小，首先提出了一种节点选择策略，当某个感知节点的 I 摘 要 权重因子小于某一门限，则该节点不参与协作。这样，参与仿真的节点变少， 但是感知性能并不会下降。然后，进一步考虑了节点在感知过程中的资源消耗， 提出了效用函数的概念，该效用函数很好的体现了感知性能和系统开销的折中。 基于此效用函数提出了一种使得效用最大化的节点选择策略。这种选择策略更 能够适合实际系统的应用。 关键词：无线协作 节点选择 中断概率 网络编码 编码协作 协作频谱感 知 II ABSTRACT ABSTRACT Cooperation becomes an important technology in future wireless communication with the development of wireless communication. The cooperation in the cooperative communication networks will improve the outage performance, and the cooperation in the cooperative spectrum sensing networks can improve