协同节点选择算法及其在MB-OFDM超宽带网络中的应用

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随着各种便携式计算设备、通信设备、数据存储设备和多媒体处理设备的日益普及,如何在它们之间建立可靠、即时、便捷的互联成为日益迫切的需求。超宽带技术作为一种高速率、微功率、低成本的无线通信技术成为了新的研究热点之一。其中Wi-Media联盟提出的基于OFDM的MB-OFDM方案具有灵活的频谱配置,便于适应不同地区的频谱规范,得到了很多厂商的大力支持。但是由于超宽带信道具有严重的多径衰落,超宽带信号容易发生衰减或者畸变,限制了其系统的传输性能。协同通信是近年来提出的新型通信方式。该技术通过节点间协同工作,在不增加节点硬件复杂度的前提下大大改善了无线通信网络的性能。为了提高超宽带系统的传输性能,本文研究协同节点选择算法,并探讨了协同通信技术与超宽带网络的结合。本论文完成的主要工作可以概括为以下几方面:1.结合超宽带系统在测距定位方面的优势,提出了基于距离信息的机会中继节点选择算法。该算法利用各中继节点与信源、信宿之间的距离信息(Lsi、Lid),根据最小最大优化原理,选择与信源和信宿距离相对都比较短的空闲节点作为最佳中继节点。与经典的机会中继选择(ORS)算法相比,这种算法克服了经典ORS在多载波通信系统的选择时延,易于实现。2.针对节点密集分布的应用场景,提出一种基于距离信息的密集中继选择算法。该算法是在基于距离的机会中继选择算法的基础上提出来的,它克服了经典ORS算法的选择时延和基于距离的机会中继选择算法在节点密集分布时的随机选择性,可以进一步改善系统性能。3.对提出的两种算法在单载波系统和MB-OFDM-UWB系统中的性能分别进行了仿真分析,并与经典的ORS算法进行了比较。结果表明:1)与无协同的通信系统相比,在两种系统中,采用所提出的算法选择中继节点可以获得较高的分集增益。在单载波系统中,误码率为10-4时,能够获得大约2 dB信噪比增益;在MB-OFDM多载波系统中,速率为160Mb/s时,信噪比增益可达5 dB以上。2)在两种系统中,采用基于距离的机会中继节点选择算法,均可达到与经典ORS算法相同的分集增益。在MB-OFDM-UWB系统中,基于距离的机会中继节点选择算法具有实现复杂度低的特点。3)与基于距离的机会中继选择算法相比,基于距离的密集中继节点选择算法有明显的优势。例如,当可选节点数目为5,误码率为10-4时,在单载波系统中,基于距离的密集中继节点选择算法有大约1 dB信噪比好处,而在MB-OFDM系统中,速率160Mb/s时,密集中继节点选择算法可以获得大约2dB的好处。随着可用节点数目的增加,系统性能改善也越大。
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