【摘要】：與衛(wèi)星通信和地面無線通信等傳統通信系統相比,高空平臺通信系統(HAPS)具有成本低、展開快速、平臺和負載升級方便、利于環(huán)境保護等優(yōu)點。但在低仰角區(qū)域,由于建筑物和樹木以及其它物體的遮擋,HAPS與移動臺之間的鏈路會受陰影效應影響。同時,由于信號的反射、散射和衍射等產生的多徑效應以及由于HAPS和移動臺間的相對運動造成的多普勒效應,會導致移動信道具有很強的時變性。協同通信技術綜合了分集技術、MIMO技術和中繼傳輸技術的優(yōu)勢,能有效改善臨近空間平臺通信系統低仰角覆蓋區(qū)衰落信道下的通信性能。自適應調制編碼(AMC)技術與自動重傳請求(ARQ)協議技術相結合是對抗時變信道、減輕信道衰落的良好方案。將協同通信技術引入ARQ與AMC的跨層聯合方案中,可望極大地改善系統吞吐量性能。本文以提高衰落信道下高空平臺協同通信系統性能為目的,對上行鏈路協同策略及協同系統中的鏈路自適應技術進行了深入研究。論文的主要工作和成果有:首先,結合高空平臺的應用環(huán)境,分析非對稱信道條件下放大轉發(fā)(AF)、解碼轉發(fā)(DF)協作模式的性能。對AMC技術的操作過程進行了描述。分析對比了三種ARQ協議的優(yōu)缺點,為后續(xù)工作打下基礎。其次,針對高空平臺上行鏈路,設計了一個基于DF的多中繼分簇協同通信協議。給出了高空平臺分簇通信模型,討論了基于這個模型的系統誤比特率(BER)與中繼節(jié)點的接收信噪比(SNR)門限設定值、參與協同的中繼節(jié)點數、節(jié)點發(fā)送功率之間的關系。理論和仿真結果表明,在發(fā)送功率比較大的時候少量的中繼節(jié)點的協作就可以達到與多個中繼節(jié)點協作相同的誤比特率性能,同時可以減少系統資源的耗費。如果想要通過增加節(jié)點的發(fā)送功率來獲得更好的系統誤比特率性能,則需要選取較大的中繼節(jié)點接收信噪比門限值。我們也可以依照節(jié)點的發(fā)送功率來選取不同的中繼節(jié)點接收信噪比門限值從而得到更好的系統誤比特率性能。最后,針對HAPS和移動臺間移動信道時變性的特點,提出了多速率無線網絡中基于機會中繼選擇策略的鏈路層截短協同ARQ機制和物理層AMC技術聯合的跨層設計方案,稱為TCARQ-MR。該方案通過自適應協同通信技術獲得合適的廣播速率和更有效的重傳速率,以此最大化系統的吞吐量。與TARQ-MR(無協同方案)和TCARQ-FR(固定速率TCARQ方案)相比,TCARQ-MR的吞吐量性能提升明顯。隨著平均信噪比越來越高,TCARQ-MR與TARQ-MR的性能趨于一致。在某特定信噪比下,采用相同調制編碼模式的TCARQ-MR與TCARQ-FR性能接第頁近。而中繼數目的增加始終能提升吞吐量性能,但TCARQ-MR的提升更加明顯,而且能在更寬的信噪比范圍內提高吞吐量性能。對于重傳次數,仿真結果表明,一個很小的最大重傳次數就能達到很好的性能。因此,針對TCARQ-MR和TCARQ-FR而言,增加中繼數目比增加最大重傳次數更有利于提升系統的吞吐量性能。
[Abstract]:Compared with traditional communication systems such as satellite communication and ground wireless communication, high altitude platform communication system (HAPS) has the advantages of low cost, fast deployment, convenient upgrade of platform and load, and environmental protection. At the same time, the multi-path effect caused by signal reflection, scattering and diffraction, and the Doppler effect caused by the relative motion between HAPS and mobile station will lead to the strong time-varying of mobile channel. Collaborative communication technology combines the advantages of diversity technology, MIMO technology and relay transmission technology, and can effectively improve the proximity. Adaptive Modulation Coding (AMC) and Automatic Repeat Request (ARQ) are good schemes to combat time-varying channels and mitigate channel fading. Introducing cooperative communication technology into the cross-layer joint scheme of ARQ and AMC is expected to greatly improve system throughput. In order to improve the performance of high-altitude platform cooperative communication system under fading channel, this paper studies the uplink cooperative strategy and link adaptation technology in cooperative system. The main work and achievements of this paper are as follows: Firstly, combining with the application environment of high-altitude platform, amplification and forwarding (A) under asymmetric channel conditions are analyzed. The operation process of AMC technology is described. The advantages and disadvantages of three ARQ protocols are analyzed and compared to lay a foundation for the follow-up work. Secondly, a DF-based multi-relay clustering cooperative communication protocol is designed for the uplink of high-altitude platforms. Based on this model, the relationship between BER and SNR threshold, number of relay nodes participating in cooperation, and transmission power of relay nodes is studied. Theoretical and simulation results show that a small number of relay nodes can cooperate with multiple relay nodes when transmission power is high. If we want to achieve better BER performance by increasing the transmission power of the node, we need to select a larger threshold of the received SNR of the relay node. We can also select different relay nodes to receive according to the transmission power of the node. Finally, aiming at the time-varying characteristics of HAPS and mobile channels between mobile stations, a cross-layer design scheme, called TCARQ-MR, is proposed, which combines link-layer truncation cooperative ARQ mechanism based on opportunistic relay selection strategy and physical layer AMC technology in multi-rate wireless networks. Comparing with TARQ-MR and TCARQ-FR, the throughput performance of TCARQ-MR is improved significantly. With the increasing average signal-to-noise ratio, the performance of TCARQ-MR and TARQ-MR is consistent. The performance of TCARQ-MR and TCARQ-FR with the same modulation and coding mode is close to page one under a certain SNR. The increase of the number of relays can always improve the throughput performance, but the improvement of TCARQ-MR is more obvious and can improve the throughput performance in a wider range of SNR. For TCARQ-MR and TCARQ-FR, increasing the number of relays is more conducive to improving the throughput performance than increasing the maximum number of retransmission.
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2249751