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多节点协作通信系统中的节点规划和调度

作　者: 胡钰林
导　师: 邱玲
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 多节点协作分布式天线多中继吞吐量公平性效用函数中继选择接入距离天线效率 MIMO DF
分类号: TN914
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

多节点协作通信是一种能够节省功率和对抗干扰的技术。它不但能够有效地遏制节点间的同道干扰,还能够将原本削弱系统性能的干扰转化为系统的空分增益。由于其诸多优秀特性,一直以来都备受学者关注。在多节点协作通信的相关研究中,协作节点规划、节点调度、协作策略、联合信号处理方法、用户调度等问题的研究一直都保持着较高的热度。本论文的研究内容主要涉及节点的规划和调度。本文首先研究了分布式天线系统的天线位置优化策略。以往关于分布式天线位置的研究大多是基于系统的吞吐量、中断概率、误块率等。与之不同,本文从天线效率的角度来衡量其天线节点的覆盖能力。本文首先定义了“平均最小接入距离”的概念,并基于“最大最小接入距离”和“平均最小接入距离”定义了两种天线效率——“可靠性天线效率”和“高效性天线效率”,从可靠性和高效性两个角度来衡量分布式天线系统的节点覆盖能力。最后,本文基于不同天线效率设计了相应的天线位置最优部署方案和优化策略,并给出了相应的理论分析和仿真验证。本文还对多中继协作系统的节点调度问题进行了研究。多中继协作系统的节点调度结果直接影响着用户的通信性能以及小区间的干扰环境,尤其是在“单节点功率约束”的前提下,激活的中继集合(ANS)模型直接关系到被调度用户通信性能以及对临近小区的干扰大小。本文从用户公平性的角度出发,先后研究了同构和异构多中继协作小区的中继节点调度策略。在同构多中继协作场景下,本文首先分析了系统的多小区干扰模型。同时,本文定义了用户需求因子(FED)和节点效率因子(FVE)两个中继选择因子来刻画同构多中继协作场景下的“用户容量公平”和“系统总吞吐量”的折衷过程的特征,并设计了服务中继节点调度的效用函数,同时提出了一种低复杂度的贪婪多中继节点调度方案(GMRS)。仿真说明,GMRS复杂度低却性能优异;且效用函数能够很好地在用户公平性和系统总吞吐量间进行折衷。本文还将同构场景下的折衷策略推广到了异构多中继协作场景。从异构场景的节点调度特性出发,定义了三个变量因子来刻画异构多中继协作小区基于“用户公平性”和“平均用户速率”折衷的中继调度效用函数。仿真证明本方案能够一定程度上缓解由于小区间用户分布不均匀所导致的区域内用户速率不公平,能够降低系统总的中继节点被调度比例,进而降低小区间干扰,最终在整个系统的“区域用户速率公平性”和“区域用户的平均速率”间实现了很好的折衷。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-19
  §1.1 研究背景  12-15
    1.1.1 蜂窝多小区拓扑结构  12-13
    1.1.2 分布式天线系统与多中继系统拓扑结构  13-14
    1.1.3 MIMO 信道容量  14-15
  §1.2 论文的主要贡献和结构  15-16
  §1.3 符号说明与缩写  16-19
第2章多节点协作系统  19-25
  §2.1 多节点协作系统的分类  19-22
    2.1.1 分布式天线系统  19-20
    2.1.2 多中继协作系统  20-21
    2.1.3 协作基站群  21-22
  §2.2 多节点通信系统研究意义  22-24
    2.2.1 多节点通信系统的学术研究价值  22-23
    2.2.2 多节点通信系统的工业应用前景  23-24
  §2.3 小结  24-25
第3章多节点协作系统中的节点规划  25-35
  §3.1 研究背景  25-26
  §3.2 系统模型  26-31
    3.2.1 最大最小接入距离和平均最小接入距离  26-27
    3.2.2 可靠性天线效率和高效性天线效率  27-28
    3.2.3 基于天线效率的分布式天线优化方案  28-31
  §3.3 仿真结果及分析  31-33
  §3.4 小结  33-35
第4章多节点协作系统中的节点调度  35-57
  §4.1 研究背景  35-36
  §4.2 同构小区内考虑公平性的多中继节点调度  36-45
    4.2.1 系统模型  36-38
    4.2.2 用户需求因子和节点效率因子  38-39
    4.2.3 折衷“用户需求”和“对邻小区干扰”的效用函数设计  39
    4.2.4 基于效用函数的低复杂度多中继选择方案  39-40
    4.2.5 仿真设计及结果分析  40-45
  §4.3 异构小区内考虑公平性的多中继节点调度  45-54
    4.3.1 同构小区的调度设计局限性分析  45
    4.3.2 系统模型  45-46
    4.3.3 中继位置干扰因子、干扰外部因子和干扰内部因子  46-48
    4.3.4 折衷“区域用户公平性”和“区域用户平均速率”的效用函数  48-49
    4.3.5 仿真结果及分析  49-54
  §4.4 小结  54-57
第5章结束语  57-61
参考文献  61-67
攻读硕士学位期间的研究成果  67-68
攻读硕士学位期间的研究经历  68-69
致谢  69

多节点协作通信系统中的节点规划和调度

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