未来无线网络中协作通信算法研究.pdf

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1、北京邮电大学博士学位论文未来无线网络中协作通信算法研究姓名：李屹申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：纪红20080430北京邮电大学博士学位论文摘要未来无线网络中协作通信算法研究摘要无线通信在世界范围内的高速发展促使人们对无线系统提出了更高的业务需求。为了满足多速率多媒体通信的要求，下一代无线系统必须采用更先进的算法和技术，不仅要提高数据速率，还要使系统能确保不同媒体所要求的服务质量。协作通信是近几年发展起来的能够有效对抗衰落，提高频谱效率和通信可靠性的容量增强技术，如今正受到学术界的广泛关注。本论文针对协作通信领域的四个热点问题：协作时机、伙伴选择、协作A R Q 和协作频谱感知

2、做了相关研究，进行了详尽的理论分析和仿真验证，并提出了对应的解决方案。论文的主要工作包括三个方面，概括总结如下：1 提出无线局域网中一种支持Q o S 的协作分集算法。a)根据用户的Q o S 指标判断是否协作，即按需协作。如果直接发送无法达到业务所需的最低数据速率，源节点将利用伙伴协作发送；反之，由源节点直接发送，若传输失败了，再寻求伙伴协作重传。b)选择能够满足用户Q o S 需求的伙伴执行协作。无线局域网小区中每个移动站都维护一张数据速率统计表，需要伙伴协作时，搜索该表，选择能够满足相应业务Q o S 需求的移动站作为自己的伙伴。支持Q o S 的协作分集算法能够显著改善系统吞吐量和能量

3、效率。2 提出无线A dh o e 网络中协作A R Q 机制的改进方案a)区分协作与非协作数据帧，解决了协作重传过程中出现的A C l、I A K 指向不明问题，防止了应答对象的混淆和协作扩散，简化了协作进程的复杂度。b)在节点内部设定业务流优先级，使协作重传的帧总有机会先被发送出去，避免了协作过程中，在同一个协作组内，旧的协作重传尚未结束，新的协作重传就已开始的协作混乱问题。北京邮电大学博士学位论文摘要c)采用基于优先级的退避机制，对节点之间相同优先级的业务流进一步区分优先级，选择瞬时信道条件最优的节点重传，使协作重传的过程处于一种“有序的状态，降低了碰撞概率。改进的协作A R Q 机制提

4、高了重传成功率，改善了吞吐量性能。3 提出异构无线网络中基于多用户分集的协作频谱感知策略。a)在整合了T D S C D M A 和W i M A X 的异构无线网络中，将W i M A X 用户分成若干个簇，选择每个簇内瞬时信道条件最好的W i M A X 终端协作检测频谱，有效降低了虚警概率。b)利用软硬结合的判决手段，提高了判决结果传输的可靠性，同时使控制信道的开销和判决算法的复杂度较低。基于多用户分集的协作频谱感知策略保证了频谱感知的准确性，达到了提升频谱利用率和系统吞吐量的目的。关键词：无线通信网络协作通信系统协作时机伙伴选择服务质量协作A R Q 协议认知无线电协作频谱感知多用户分

5、集I V北京邮电大学博士学位论文R E S E A R C HO NT H EC O O P E RA T EC O M N n 刀V I C A T I O NA L G O R【T 团M SI NF I 厂兀瓜EW I I 冱L E SSN E T W O R K SA B S T R A C TT h er a p i dd e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n si nt h ew o r l di n c u r st h ei n c r e a s i n gs e r v i c ed e

6、m a n d i n gf r o mt h eh u m a nb e i n g T h en e x tg e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa r er e q u i r e dt oa d o p tm o r ea d v a n c e da l g o r i t h m sa n dt e c h n o l o g i e s，i no r d e rt op r o v i d eh i g h e rt r a n s m i s s i o nr a t e，

7、m o r ea p p l i c a t i o nf u n c t i o n sa n db e t t e rq u a l i t yo fs e r v i c ef o rp e o p l e C o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o ni sac a p a c i t ye n h a n c e m e n tm e t h o d,w h i c hC a l le f f e c t i v e l yi n c r e a s et h es p e c t r u me f f i c i e n c ya n

8、dr o b u s t n e s so fw i r e l e s ss y s t e m s F o rt h ep a s tf e wy e a r s，t h i sn e wt e c h n i q u ed r a w sw i d e l ya t t e n t i o no fr e s e a r c hw o r k e r I nt h i sp a p e r,s e v e r a lh o t s p o t so fc o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o nf i e l da r ei n v e s

9、 t i g a t e d，t h e i rm a t h e m a t i c sm o d e l sa r eb u i l t，a n dc o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n sa r ep r o p o s e d T h i sp a p e rf o c u s e so nt h em o m e n to fc o o p e r a t i o n,p a r m e rs e l e c t i o na l g o r i t h m,c o o p e r a t i v eA R Qp r o t o c o la

10、 n dc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n g T h ec o n t r i b u t i o no ft h ep a p e ri Sl i s t e da sf o l l o w s：1 P r o p o s eaQ o Ss u p p o r t e dc o o p e r a t i v ed i v e r s i t ya l g o r i t h mi nw i r e l e s sL A N s a)A c c o r d i n gt od i f f e r e n ts e r v i c

11、e s，c o o p e r a t i v ed i v e r s i t yi si n v o k e do n l yi ft h em i n i m u md a t ar a t er e q u i r e dt oh a v eas u c c e s s f u lt r a n s m i s s i o nc a n n o tb ea c h i e v e d T h i si sad e m a n dc o o p e r a t i o ns c h e m e D i r e c tt r a n s m i s s i o nw i l lb eu s

12、 e di fo n l yi tc a nm e e tQ o Sr e q u i r e m e n t so fs o m et y p eo fa p p l i c a t i o n W h e nd i r e c tt r a n s m i s s i o nf a i l s，p a r t n e r sw i l la s s i s tt h es o u r c en o d e si nr e t r a n s m i t i n gd a t a，i e c o o p e r a t i v er e t r a n s m i s s i o n b)P

13、 a r t n e r sa r ed e t e r m i n e db a s e do nu s e r-s p e c i f i cQ o Sr e q u i r e m e n t s I naW L A N，e a c hs t a t i o nw i l ll i s t e nt oa l lo n g o i n gt r a n s m i s s i o n sa n dV北京邮电大学博十学位论文m a i n t a i nat a b l eo fr a t es t a t i s t i c st h a tc a nb eu s e dt o s e

14、l e c ts u i t a b l ep a r t n e r sw h e ns o u r c en o d e sa r ei nn e e do fh e l p I ti sp r o v e dt h a tt h eQ o S-a w a r ec o o p e r a t i v ed i v e r s i t ya l g o r i t h mc a l lm i t i g a t et h en e g a t i v ee f f e c t so fu n c o n d i t i o n a lc o o p e r a t i o n，a n di

15、 m p r o v et h es y s t e mp e r f o r m a n c ei nt e r m so ft h r o u g h p u ta n de n e r g ye f f i c i e n c y 2 P r e s e n ta ni m p r o v e dc o o p e r a t i v eA R Qs c h e m ef o rw i r e l e s sA dh o cn e t w o r k s a)C o o p e r a t i v ea n dn o n-c o o p e r a t i v ef l a m e sa

16、 r ed i s t i n g u i s h e dS Oa st oa v o i da m b i g u o u sA C Ko rN A K I na d d i t i o n，t h i sm e t h o dC a l lp r e v e n tc o o p e r a t i o np r o c e s sd i f f u s ef r o mo n ec o o p e r a t i o ng r o u pt oa n o t h e r,a n ds i m p l i f yc o o p e r a t i o nc o m p e x s i t

17、y b)I n t r o d u c i n gt r a f f i cc a t e g o r i e sw i t h i nn o d eS Ot h a te a c hn o d ef i r s th e l po t h e rn o d e st or e t r a n s m i taf l a m ea n dt h e ns e n di t so w nd a t a，w h i c hp r e v e n tt h a tan e wc o o p e r a t i o np r o c e s sb e g i n sb u tt h ep r e v

18、i o u sd o e sn o tf i n i s hy e ti nt h es a m ec o o p e r a t i o ng r o u p A sar e s u l t，t h ec o o p e r a t i o np r o c e s s e sw i l ln o tb e c o m ed i s o r d e r e d C)T h r o u g hi m p l e m e n t i n gap r i o r i t y-b a s e db a c k-o f fa l g o r i t h m，t h em o s ta p p r o

19、p r i a t en o d ei ss e l e c t e dt oh e l pt h es o u r c en o d er e t r a n s m i td a t af r a m ea c c o r d i n gt oi n s t a n t a n e o u sc h a n n e lc o n d i t i o n s T h e o r e t i c a la n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ec o l l i s i o np

20、 r o b l e mc a u s e db yc o o p e r a t i o nc a nb ea l l e v i a t e d T h ei m p r o v e dc o o p e r a t i v eA R Qs c h e m ec a ni n c r e a s et h ep r o b a b i l i t yo fs u c c e s s f u lr e t r a n s m i s s i o n，a n dt h e ni m p r o v et h r o u g h p u tg r e a t l y 3 P r o p o s

21、ear o b u s tc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n gs t r a t e g yb a s e do nm u l t i u s e rd i v e r s i t y a)I nh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s se n v i r o n m e n tc o n s i s t i n go fT D-S C D M Aa n dW i M A X，t h eW i M A Xu s e r sa r es e p a r a t e di n t oaf e wc

22、l u s t e r sa n dt h em o s tf a v o r a b l eu s e ri Ss e l e c t e di ne a c hc l u s t e rt od e t e c ts p e c t r u m T h i sV I北京邮电大学博士学位论文a p p r o a c hc a ne n h a n c et h es e n s i n gp e r f o r m a n c eb yr e d u c i n gt h ef a l s ea l a r mp r o b a b i l i t y b)As o f t e n e d

23、h a r dd e c i s i o ns c h e m ew i t ht w o b i to v e r h e a di sa d o p t e df o rt h er e l i a b l et r a n s m i s s i o no fd e c i s i o nr e s u l t s T h i sm e a n sa c h i e v eag o o dt r a d e o f fb e t w e e nd e t e c t i o np e r f o r m a n c ea n dc o m p l e x i t y C o o p e

24、r a t i v es p e c t r u ms e n s i n gs t r a t e g yb a s e do nm u l t i-u s e rd i v e r s i t yg u a r a n t e et h ea c c u r a c yo fs p e c t r u md e t e c t i o n，a n da c h i e v e st h ee n dt h a ti m p r o v i n gs p e c t r u me f f i c i e n c ya n dt h r o u g h p u t K E YW O R D S

25、：w i r e l e s sn e t w o r k s，c o o p e r m i v ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m,o p p o r t u n em o m e n to fc o o p e r a t i o n，p a r t n e rs e l e c t i o n，q u a l i t yo fs e r v i c e，c o o p e m f i v eA R Q，c o g n i t i v er a d i o，c o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i

26、n g，m u l t i-u s e rd i v e r s i t yV I I北京邮电大学博士学位论文声明独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书面使用过的材料。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。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。b本人签名：三耋：也日期：丝塑：垒之2关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大

27、学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：歪迪日期：丝翌星：丝：主21导师签名：幺墨墨匕日期：至丝星：丝主翌北京邮电大学博士学位论文第一章绪论第一章绪论1 1 论文的研究背景与研究意义过去的十年中，各种无线网

28、络的应用为通信产业的发展带来了前所未有的机遇；同时，一系列新型传输技术和体系结构的出现也让通信系统的设计者们面临巨大的挑战。未来的无线通信系统与网络将是无所不在的，能实现任何时间、任何地点、任何业务的任意接入，能提供不同Q o S、高速率的P 多媒体业务。为了满足多速率多媒体通信的要求，下一代无线系统必须采用更先进的算法和技术，不仅要提高数据速率，还要使系统能确保不同媒体所要求的服务质量。为了达到这一目标，人们已经进行了大量的理论研究，包括先进的信号处理技术、针对无线环境的编码和调制技术、检测技术以及各种分集技术，而其中分集技术显得至关重要，这是由无线信道的本质特性决定的。与有线信道相比，无线

29、信道是一个多径信道，其中特有的衰落现象会对信号的传输产生很大影响。由于多径信号不同的传播路径长度产生了不同的传播时延，所以多径衰落是导致无线通信接收信号不稳定的主要原因。按照多径信号到达接收机相位的不同，它们可能相加，也可能相互抵消，使得接收信号被严重恶化，要恢复接收信号存在很大困难。早期的研究【l】已使人们认识到利用分集可以改善无线衰落信道的有效接收信噪比(S N R)。目前无线通信中抗衰落的显分集技术包括空间、时间、频率、角度和极化分集等，抗衰落的隐分集技术包括交织编码、跳频和直接序列扩频等。分集技术是通过有效的传输和处理同一信号各不相关的传输副本，达到补偿衰落损耗的目的。近几年来，空间分

30、集成为研究热点。因为无线通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用多个传输信道时，它们受到的衰落影响是互相独立或者相关性很小的，且多个信道在同一时刻处于深衰落的可能性极小。因此，如果能使用多个传输信道发送信息，在若干个支路上接收相关性很小的载有同一消息的信号，然后对各个支路的信号做适当的合并处理，便可在接收端大大降低衰落的影响，改善传输的可靠性，这就是空间分集的意义所在。空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的，空间距离越大，多径传播的差异就越大，而接收场强的相关性就越小。分集能大大提高传输的可靠性，但发送同一信号的多个副本会降低通信的有效性。由于无线频谱资源十分匾乏，下一代无线通信

31、系统还必须具有更高的频谱北京邮电大学博士学位论文第一章绪论效率。从目前的技术发展来看，提高无线通信中频谱效率的方法是通过采用更高阶的调制技术和更优良的信道编码方法，实现尽可能逼近现有的单输入单输出(S I S O)天线系统的信道容量。不过，在无线衰落环境中，要在有限带宽的情况下尽可能地逼近信道容量，技术难度比较大，而且系统本身的信道容量也有限。如何才能既克服多径衰落的不良影响，又大幅度提高频谱的利用率，在通信的有效性和可靠性两方面取得平衡呢?多输入多输出(M I M O)的天线系统【2-5】在这样的背景下诞生了。M I M O 技术可以在不增加带宽的前提下提高系统的信道容量，同时利用收发分集和

32、空时编码提高传输的可靠性，是下一代无线通信系统建议采用的必选技术之一。但是，在一些实际场景中，例如蜂窝系统上行链路，由于自身体积、实现复杂度与功耗等限制，M I M O 技术不容易直接应用于移动用户终端或者网络节点。在支持更多节点和具有更大覆盖范围的分布式网络中如何提高系统频谱效率的挑战促使了协作通信技术的产生与发展。用户间协作1 6 7】是其基本思想，它使一个网络节点可以通过一定的协作方式，合理利用其它节点的资源。由于共享资源的两个或多个节点上的天线在无线网络中形成了一个虚拟天线阵列们，因此可以使协作节点比非协作节点获得更高的传输速率和分集性能。协作通信不仅是促进M I M O 技术实用化的

33、方法之一，还有可能带来新的商机。例如，协作涉及一个网络资源分配的问题，它能使信道质量好的用户在较小牺牲甚至不牺牲自身数据率的前提下，协助信道质量差的用户共同达到某个可以接受的性能指标。这种协作就可能引起资费调整的问题。在多数情况下，由于信道质量以及业务种类不同，互为协作的用户提供或者得到的帮助并不是对等的。如果提供帮助较多的用户应该获得某些利益，而获得帮助较多的用户则应该支付一定的报酬，就有可能会出现专门提供协作服务以获取经济利益的用户，相应地也必须配有适合的流量计费系统等。因此，协作服务有可能成为一种新的产业。此外，协作通信的思想还可以应用于抗干扰通信中。抗干扰的基本方法有直接序列扩频、跳频

34、、跳时以及它们的混合应用，但是这些方法都没有利用空间资源，而协作通信在某种意义上可以看作是一种空跳。跳频的工作原理是信号的载波频率受伪随机码或某种特定跳频图案的控制而跳变，跳频增益的大小取决于跳频幅度的大小和跳频的快慢，而跳时技术在时间上也有类似的结论。协作通信技术从另一个角度可以看作是根据一定的准则(某种特定空跳图案)，用户信息在空间方位上的跳变，其空跳增益可以根据跳频、跳时的结论推出，随着参与用户数、空跳幅度以及跳速的提高，空跳增益将会越大。协作通信的这一系列突出优点吸引了大量研究人员投身这个领域，已经产生北京邮电大学博士学位论文第一章绪论了一系列研究成果。这些成果大致可分为两类：首先，协

35、作通信的容量和性能分析。文献 6，7】分析了收发两端能实时跟踪信道状态信息的情况下，多址信道中协作传输的可达速率区域。文献 1 0-1 2 i 正明了当发送端不了解信道状态信息时，协作传输依然能够通过附加的分集增益改善系统的中断概率性能。文献【1 3】和 1 4 1 分别给出了发送端已知信道状态信息时，使用D i r t yP a p e r 编码对协作传输容量区域和系统中断概率的明显改善。文献 1 5】和 1 6 1 分别得出了无线中继信道和A dh o e 网络中协作通信的容量边界。其次，协作通信的相关协议和算法。文献 1 7 1 首次提出了放大转发(A F)和解码转发(D F)的协作通信

36、方法，并分析了它们的分集阶数和中断概率性能。文献 1 8】研究 Z h g-T s e I h-J 题【1 9】，提出一种非正交A F 协议，旨在空间分集和空间复用之间寻求一个合理的折衷。文献 2 0】分析了一种盲A F 协作法，该协议在伙伴节点处使用恒定的放大系数。文献 2 1 2 3 将经典的信道编码技术引入协作通信，提出编码协作(C C)方法，使用的是卷积码。后来，T u r b o 码 2 4-2 6 1 和分布式T u r b o 码 2 7,2 5 也都被用于编码协作通信。任何一种新技术的出现，必然会带来一些新的问题，协作通信也不例外。虽然协作通信的研究已取得很多突破，但仍有不少问

37、题需要进一步探讨和改进，以达到更好的性能。第一，同步问题。目前大多数协作通信的文献都假定系统能够实现精确同步，即协作者之间、协作者和目的端之间都是同步的，但这在实际中是难以做到的。与有线同步网络不同，协作通信中同一信息是由多个协作者发往目的端的。如果多个协作者到目的端的时延不同，则协作者之间的同步问题与协作者和目的端的同步问题是相互矛盾的。以现有的同步机制，如果做到了多个协作者间的同步，就很难做到目的端与协作者间的同步，反之亦然。对于蜂窝系统中的协作通信而言，有可能做到用户间的准同步。但是，对于自组织网络和无线传感器网络而言，多个用户问的同步就极为困难了。目前文献 2 9，3 0 分别研究了准

38、同步环境下和异步环境下的协作通信，但其频谱利用率和性能还不尽如人意。第二，功率分配问题。现在的研究大多采用等功率分配法，认为各个移动终端有着相同的发射功率。如何使移动终端根据上行信道或者协作伙伴的信道状态自适应地调整发送功率，从而更好地提升性能呢?更进一步，如何在以C D M A为基础的协作网络中进行功率控制，有效的对抗远近效应，使干扰最小化?这些重要的问题仍未有令人满意的解决方案。第三，频率选择性衰落信道下的协作通信问题。到目前为止，绝大多数的协3北京邮电大学博士学位论文第一章绪论作通信研究工作都假设信道是平衰落的。然而，在实际的通信系统中，特别是对于高数据率和高移动性的通信系统，信道是频率

39、选择性衰落的。能否将现有的研究成果移植到频率选择性衰落信道中?频率选择性信道中的协作通信有什么特殊的研究内容?这些问题都急待解决。文献 3 1，3 2】已经开始着手做这方面的工作，把协作通信和正交频分复用技术(O F D M)结合起来，利用O F D M 抗频率选择性衰落的特性来解决上述问题，取得了一些积极的成果。第四，基站的改进。协作通信技术的引入会导致基站的接收复杂度提升，因此开展关于协作方案中的信道估计和信号检测等方面的研究很有必要。此外，还可以再利用空间资源来提升接收性能。蜂窝系统中，在基站安置多天线的方案是可行的。因此发射采用协作分集，接收采用多天线接收分集，形成一个虚拟的M I M

40、 O 结构，既可以提供分集增益，也可以提供空间复用增益。另外，若基站端采用阵列天线，能够自适应地跟踪用户的信号方向，也可以减小系统对同步的敏感性。总之，协作中接收端如何利用空域信息还有待进一步研究。第五，伙伴选择问题。在一个多用户的环境中怎样划分各个终端的协作伙伴?既然是移动终端，当它们的相对位置改变时又该如何?或者说应该隔多久的时间重新划分一次协作伙伴?这方面虽然已经有了一些相关的解决方案【3 3 d 5 1，但选用的网络模型相对比较简单，有待补充和扩展。第六，协作的时机问题。现有的文献往往只关注协作带来的增益，极少有考虑协作通信的必要性，似乎协作在任何场景下都能带来好处。事实上，无论什么技

41、术都有它难以克服的缺陷，只有使用得当才能充分发挥其积极作用。文献 3 6】提出的基于部分信道状态信息的协作分集机制，是考虑协作必要性的有益尝试。不过，相关文献的数量太少，研究也需要进一步深入。第七，协作通信的推广与应用。迄今为止，协作通信的研究主要是在物理层，应用场景主要是针对蜂窝无线网络。近年来，协作通信被推广到协议栈的上层，出现了如协作M A C t 3 7 4 1 1、协作路由【4 2 4 7】之类的新协议。同时，协作通信技术还可用于W L A N、W S N、A dh o e 网络、M e s h 网络等多种场合，不过分布式网络中没有中心节点进行管理，需要设计分布式协作协议，使移动终端

42、能自己决定怎样协作，跟谁协作等。今后协作通信还可用于异构融合的无线网络，形成一种全新的泛在化、智能化的网络，这其中存在多用户、多网络之间的协作问题，问题的关键在于采用什么样的策略尽可能公平地对待所有用户和网络，如何尽量减少系统开销，以及如何更灵活地去适应各类网络的接入协议等。这些相关的研究目前仍然处在初级阶段，有很多的工作亟待开展和讨论。4北京邮电大学博士学位论文第一章绪论1 2 论文的主要内容与组织结构针对1 1 节列出的问题五、六和七，本论文研究了协作时机、伙伴选择、协作通信在A dh o e 网络以及异构无线网络中的推广与应用，其主要内容归纳如下：1 提出一种按需协作机制，仅在源节点直接

43、发送达不到相应业务所需的最低数据速率或者直接发送失败时引入协作，有效克服了无条件协作的负面影响。2 提出一种支持Q o S 的伙伴选择算法。当源节点需要伙伴协作时，搜索数据速率统计表，选出满足用户Q o S 需求的伙伴协作，改善了吞吐量和能量效率。3 区分协作和非协作数据帧，解决了协作重传过程中出现的A C K N A K 指向不明问题，防止了应答对象的混淆和协作扩散，简化了节点间协作的复杂度。4 在节点内部设定业务流优先级，使协作重传业务相比传输业务有更高的优先级，确保协作重传的帧能先被发送出去，避免了协作过程中，在同一个协作组内，旧的协作重传尚未结束，新的协作重传就已开始的协作混乱问题。5

44、 采用基于优先级的退避机制，选择瞬时信道条件最优的节点重传，使协作重传的过程处于一种“有序”的状态，提高了重传的成功率，改善了系统吞吐量。6 提出异构无线网络中基于多用户分集的协作频谱感知策略。利用瞬时接收信噪比最高的认知用户检测频谱，并使用软硬结合的判决手段，既保证频谱感知的正确率较高，又使通信开销水平较低，提升了频谱利用率和吞吐量性能。论文其余各章的组织结构如下：第二章综述了无线网络中的协作通信。首先说明了协作通信的提出背景，列举出协作通信发展历程中与其密切相关的主要技术，如空间分集、中继通信系统、M I M O 通信系统等；然后详细叙述了无线协作通信中几种经典的设计方案：放大转发协作、解

45、码转发协作和编码协作，分析和比较了它们各自的性能和特点；最后介绍了无线协作通信在协议栈各层(物理层、M A C 层、路由层)和各类无线网络(集中式网络、分布式网络、异构网络)中的推广与应用。第三章提出了无线局域网中一种具有服务质量保证的协作分集算法。首先概述了协作通信时机的相关研究，重点介绍了基于部分信道状态信息的协作通信协议，描述了其系统模型，分析了协议的性能，指出了存在的问题；接着列举出协作分集中经典的伙伴选择算法，并对它们进行了比较；然后提出一种按需协作机制支持Q o S 的协作分集算法，叙述了其基本思想；最后对系统吞吐量和功率消耗的性能进行了理论分析及相应的仿真验证。5北京邮电大学博士

46、学位论文第一章绪论第四章提出了无线A dh o c l 网络中协作A R Q 机制的改进方案。首先给出了协作A R Q 的系统模型；接着介绍了已有的相关协议C M A C 和N C S WA R Q，并指出了它们各自存在的问题；然后详细描述了改进的协作A R Q 机制的基本思想；最后对碰撞概率、丢包率、分集增益和吞吐量进行了理论分析，并通过仿真验证了新算法的性能优势。第五章提出了异构无线网络中一种基于多用户分集的协作频谱感知技术。首先介绍了目前典型的几种频谱感知技术，即能量检测、匹配滤波器检测、静态循环特征检测和小波检测，并对它们的性能特点进行了分析比较；然后进一步介绍协作频谱感知的系统模型、

47、性能特点，以及健壮的协作频谱感知算法；在此基础上，基于多用户分集技术，提出异构无线网络中一种高效的协作频谱感知策略；最后，对所提出算法进行了理论分析及仿真验证。第六章对全文的主要工作进行总结，列出了本论文的研究成果和下一步的研究方向，展望了无线网络中协作通信领域的未来。参考文献【1】J a k e sW C，”E d Mi c r o w a v e Mo b i l e Co m m u n i c a t i o n s，”N e wY o r k：W i l e y,19 7 4 2 1F o s c h i n iGJ a n dG a n sM。J，”O nt h el i m i

48、t so fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n si naf a d i n ge n v i r o n m e n tw h e nu s i n gm u l t i p l ea n t e n n a s，W i r e l e s sP e r s o n a lC o m m u n i c a t i o n s，v 0 1 6，n o 3，P P 3 11-3 3 5，1 9 9 8【3】T e i a t a rI E，”C a p a c i t yo fm u l t i-a n t e n n aG a u s s i a

49、 nc h a n n e l s，”B e l lL a b sT e c h n i c a lM e m o r a n d u m，19 9 5【4】4F o s c h i n iGJ，”L a y e r e ds p a c e-t i m ea r c h i t e c t u r ef o rw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni naf a d i n ge n v i r o n m e n tw h e nu s i n gm u l t i e l e m e n ta n t e n n a s，”B e l lL a

50、b sT e c h n i c a lJ o u r n a l，v 0 1 1，n o 2，P P 4 l-5 9，19 9 6【5】W o l n i a n s k yPW：R o s c h i n i，GJ，G o l d e n，GD，e ta l，”V-B L A S T：a na r c h i t e c t u r ef o rr e a l i z i n gv e r yh i g hd a t ar a t e so v e rt h er i c h-s c a t t e r i n gw i r e l e s sc h a n n e l”，i nP r o