DF中继/协同传输中基于UE和中继节点分类的中继选择和链路自适应关键技术研究

Among the key techniques of the DF(Decode and Forward) relay or cooperative communications, we plan to carry out our studies on two main techniques: one is the relay selection methods, the other one is the link adaptive methods. Differing from other methods when considering these problems, we will study them in the wireless scenarios formed by classifying the UE and relay nodes into categories. As for the relay selection methods in the DF networks, we will design the selection algorithms by means of the fuzzy methods. The selection based on the fuzzy methods can comprise the important considerations which are necessary for selecting a proper relay node. The fuzzy selection helps to guarantee the fairness of the resource utilizations among the relay nodes, which is very important for the DF networks. More other relay selection algorithms are also available by modifying the fuzzy rules with different considerations. As for the link adaptive methods in the DF networks, we will seek new approaches to improve the performance of the slow adaptive methods by introducing extra channel statistics and channel estimation techniques. We also design adaptive strategies in the real scenarios. Fast and slow adaptive methods are used according to the channel conditions and the types of the UE and relay nodes. In conclusion, the results out from our studies are of great importance in designing the practical DF relay or cooperative communication systems and provide new methods for the further study of the related techniques.

本项目通过对小区中UE和中继节点的分类，形成典型的无线场景，结合场景开展DF中继/协同传输的中继选择和链路自适应关键技术的研究。在中继选择问题上，我们开展用模糊算法进行中继选择的研究，模糊算法将中继选择时需要考虑的主要因素有效地融合起来，发挥各因素在中继选择上的作用和影响，保证资源利用的公平性；同时，通过调整模糊准则，就能形成不同选择策略下的中继选择方法，适用于不同无线场景，并适应不同类型业务的要求。在链路自适应问题上，一方面，我们引入统计信息和信道预测技术，进一步提高慢速链路自适应算法的性能；另一方面，利用"场景"这个纽带，巧妙地将快速和慢速链路自适应的优势在DF中继/协同传输系统中发挥出来，达到了不同技术各尽其用的目的，在改善通信性能的同时降低了系统复杂度。总的来说，项目的开展将对未来中继/协同移动通信系统的设计与应用有重要和现实的意义，为相关领域技术的进一步研究提供新的思路。

针对协作通信存在的若干问题，如资源非公平利用、节点类型和特性以及过时信道状态信息等的影响、不同场景中的快慢速链路自适应选取等问题，本项目对译码转发协作通信系统的中继选择问题、链路自适应问题以及K衰落信道下的系统性能进行了深入研究。在中继选择问题上，以通过模糊算法研究中继选择为切入点，先后开展了基于模糊算法及其变型算法的单天线和多天线中继选择算法，重点研究了系统存在的资源非公平利用问题和过时信道状态信息对中继选择性能的影响问题，提出了相应的公平中继选择算法和基于信道预测的中继选择算法，分析了节点类型及特性、信道相关性、干扰等因素对算法性能的影响，对于多天线系统的中继选择，重点考虑了降低算法复杂度问题。在链路自适应问题上，研究了链路自适应与信道特征之间的内在联系，据此获得精确的自适应门限，提高了慢速链路自适应算法的精度；通过定义辅助统计参量，基于模糊算法等研究了单天线和多天线协作系统快慢速链路自适应的有效融合问题；此外，获得了OSTBC-MIMO分布式协作自适应系统在独立非同分布广义K信道下的比特差错率、中断概率、频谱效率的解析表达式。在K信道研究中，推导得到了K信道的电平通过率、平均衰落持续时间、中断概率的等效表达式以及独立非同分布广义K信道下OSTBC-MIMO系统的等效信噪比概率密度函数。本项目取得了一系列的研究成果，解决了协作通信中存在的若干典型问题，丰富了协作通信理论和K信道理论的研究，加深了对协作传输这一技术手段的理解，对协作通信系统的设计与应用有重要和现实的意义。