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IR-UWB系统中基于距离信息的中继节点选择算法研究

作　者: 杨圆圆
导　师: 王德强
学　校: 山东大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 超宽带 IR-UWB 协同分集中继节点选择测距
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着各种无线技术的发展,人们对移动通信的需求也在日益提高。下一代无线通信技术要求在全球范围内实现无缝覆盖,同时可以进行包括语音、文本、图像、视频等在内的高速多媒体通信以及探测、定位、成像等中低速感知业务。脉冲超宽带技术(IR-UWB)凭借其功耗低、成本低、传输速率高、抗干扰能力强等独特优点在802.15.4a低速通信标准中受到广泛关注,在其他领域中也是研究的热点。同时超宽带技术与其他的无线传输技术一样要面临恶劣的无线信道环境,而且FCC对超宽带系统有着严格的功率限制,限制了其系统的传输性能和覆盖率。协作通信系统不需要在信源和信宿终端安装多付天线,通过节点间协同工作获得空间分集增益,进而显著提高系统传输性能。因此,协作通信尤其适合在由低成本、低功耗、小体积的超宽带节点设备组成的Ad Hoc网络中应用。在各种协同通信方式中,最佳中继选择方式凭借其在避免中继间碰撞和性能方面的优势,更加具有吸引力。其中最佳中继节点的选择是决定系统性能的关键技术。本文对最佳节点选择算法进行了研究,并且将协作技术引入到超宽带系统中以保证满足功率限制的情况下扩大系统覆盖范围和提高系统性能。论文的主要工作包括以下几个方面：1.利用脉冲超宽带系统在精确测距定位方面的优势,提出了一种基于距离信息的机会中继节点选择算法。该算法的基本思想是利用中继节点与信源和信宿之间的距离信息(dsi,did),根据最小最大优化原理,选择与信源和信宿的距离均较短的中继节点作为最佳中继节点。这种算法只需要知道中继节点的相对距离信息,不需要估计信道,相比传统的ORS算法更为简单易行。而与随机中继选择算法相比,性能更可靠。2.对提出的基于距离的中继节点选择算法在窄带系统和IR-UWB系统中的性能分别进行了仿真分析,并与已有的几种算法进行了比较。结果表明：1)与无协同的通信系统相比,在两种系统中,采用基于距离的中继节点选择算法可以获得较高的分集增益。在窄带系统中,误码率为10-4时,能够获得大约2dB信噪比增益；在IR-UWB系统中,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算法近似的分集增益。而基于距离的中继节点选择算法具有复杂度低的特点。而且随着可选择的中继节点数目的增加,各种算法的性能都有所提升。3.在IR-UWB系统中,考察了测距误差对中继选择的影响,并研究了误差对系统性能的影响。当测距误差方差为10-3m时,最佳中继节点的误选择率依然能达到无错的状况。而随着测距误差方差的提高,最佳中继节点的误选择率也逐渐增加。在测距误差方差为0.025时,在误码率为10-5时,与精确测距情况下的基于距离ORS算法相比,分集增益仅仅少0.3dB。而在测距误差方差达到10m的情况下基于距离的中继节点选择算法系统性能在10-5也比随机中继算法有近1dB的信噪比增益。

IR-UWB系统中基于距离信息的中继节点选择算法研究

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