协作中继通信系统的性能及能量收集技术的研究

发布时间：2017-04-03 22:11

  本文关键词：协作中继通信系统的性能及能量收集技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无论是在理论研究还是工程应用中,协作中继通信系统都具有重要的作用和意义,能量收集(Energy Harvesting,EH)技术也越来越受到人们的关注。本文首先在非理想信道状态信息(Channel State Information,CSI)下针对双向协作中继模型,研究了信道状态估计误差对系统性能的影响,并据此介绍了四种功率分配的方案来提高系统性能,然后在理想信道状态信息下针对基于能量收集技术的协作中继模型,推导了系统性能的具体表达式及其与各参数之间的关系,最后利用MATLAB对文中结论进行了仿真验证。具体来说,本文的主要贡献总结如下:1.在非理想CSI情况下,以瑞利信道下基于放大转发(Amplify and Forward,AF)协议的双向中继模型为研究对象,研究了系统的性能及功率分配的方案。针对系统性能,基于源点处的有效信噪比介绍了中断概率和误码性能两种度量标准,并从多中继和最佳中继两种情况进行分析:(1)针对中断概率,总结了其精确表达式、高信噪比时的近似表达式以及信噪比无穷大时的误码平层(Error Floor,EF),最后通过MATLAB仿真给出了中断概率以及其EF随信噪比的变化趋势。(2)针对误码性能,首先总结了单中继时在M-QAM下误符号率的精确表达式、近似表达式及信噪比无穷大时的EF,然后总结了多中继时误码率的精确和近似表达式。最后通过MATLAB仿真验证了误码性能及其EF随信噪比的变化趋势。针对功率分配方案,基于系统性能与功率两种限制因素,并从多中继和最佳中继两种情况进行分析:(1)多中继时,从瞬时意义出发,介绍了在总体和各自功率都满足时最小化系统的中断概率或者误码率的分配方案。(2)最佳中继时,由于涉及到端点的中断概率、平均误符号率和功率三个方面,因此在统计信道状态信息下介绍了三种功率分配的方案来改善系统的性能。最后利用MATLAB对结论进行了仿真验证。2.在理想CSI情况下,以Nakagami-m信道和瑞利信道下基于译码转发(Decode and Forward,DF)协议和能量收集协议的协作中继模型为研究对象,推导了系统性能的表达式及其与各影响参数之间的关系。针对系统性能,在能量分割中继(Power Splitting Realy,PSR)和时间转换中继(Time Switching Relay,TSR)两种能量收集协议下,本文推导得出了两种衰落信道下中断概率的精确表达式,并讨论了中断概率、吞吐量和传输速率与系统平均信噪比、目标传输速率、能量分割参数、时间转换参数、能量转换效率、中继位置和Nakagami-m衰落信道参数之间的关系,最后利用MATLAB对结论进行了仿真验证。
【关键词】：协作中继 中断概率 功率分配 吞吐量 能量收集
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 符号对照表9-10
• 缩略语对照表10-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景13-15
• 1.1.1 双向协作中继通信系统13-14
• 1.1.2 能量收集中继通信系统14-15
• 1.2 双向AF协作中继系统的研究现状与进展15-17
• 1.2.1 系统性能15
• 1.2.2 中继选择15
• 1.2.3 功率分配15-16
• 1.2.4 系统状态估计误差16
• 1.2.5 其它方面16-17
• 1.3 能量收集协作中继系统的研究现状与进展17
• 1.4 研究目的与意义17-18
• 1.5 论文的主要贡献与结构安排18-19
• 第二章 协作中继与能量收集的理论基础19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 衰落信道简介19-22
• 2.2.1 慢衰落与快衰落19-20
• 2.2.2 频率平坦衰落与频率选择性衰落20
• 2.2.3 频率平坦衰落信道简介20-22
• 2.3 协作通信系统协议简介22-25
• 2.3.1 协作中继通信系统模型23-24
• 2.3.2 放大转发协议24-25
• 2.3.3 译码转发协议25
• 2.4 能量收集系统协议简介25-26
• 2.4.1 能量分割中继协议26
• 2.4.2 时间转换中继协议26
• 2.5 中断概率26-27
• 2.6 指数型随机变量有关统计结果27-29
• 2.6.1 指数型随机变量27
• 2.6.2 调和平均数27
• 2.6.3 其它结论27-29
• 2.7 本章小结29-31
• 第三章 双向AF协作中继系统性能与功率分配方案31-55
• 3.1 端到端信噪比31-33
• 3.2 双向AF协作通信系统性能的研究33-42
• 3.2.1 中断概率分析33-37
• 3.2.2 误码性能分析37-42
• 3.3 双向AF协作通信系统功率分配方案的研究42-53
• 3.3.1 多中继功率分配方案的设计42-45
• 3.3.2 最佳中继功率分配方案的设计45-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 基于能量收集的协作中继系统55-77
• 4.1 引言55
• 4.2 能量收集系统模型55-56
• 4.3 Nakagami-m信道下DF协作中继系统56-72
• 4.3.1 能量分割中继协议56-62
• 4.3.2 时间转换中继协议62-65
• 4.3.3 仿真结果与分析65-72
• 4.4 瑞利信道下DF协作中继系统72-76
• 4.4.1 能量分割中继协议72-74
• 4.4.2 时间转换中继协议74
• 4.4.3 仿真结果与分析74-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 总结和展望77-79
• 5.1 总结77
• 5.2 展望77-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-87
• 作者简介87-88

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