基于反馈的选择协作分集方法及性能研究

Selection cooperation with feedback is an intelligent and spectrally-efficient cooperative diversity strategy with the advantages of low complexity and excellent performance. It explores the effective feedback from the destination for cooperative process and is suitable for delay-tolerant networks, such as wireless sensor networks. This project will investigate the methods and performance of selection cooperation with feedback in various complicated communication scenarios. It consists of five parts: 1) The distributed selection cooperation methods for overcoming feedback reliability and feedback delay problem in the scenario of single feedback; 2) The selection cooperation method with multiple feedbacks in ARQ scenario and its performance; 3) A diffusion selection cooperation scheme and its performance for large networks; 4) The selection cooperation method and the power allocation algorithms for multiple source multiple destination scenario; 5) The simulation platform and test bed for verifying the proposed selection cooperation methods. The project will make contributions to the theoretical development of selection cooperation with feedback for complicated communication scenarios and benefits its applications in practical wireless networks.

基于反馈的选择协作分集技术通过在协作时引入接收方的反馈，能够提高协作的智能程度和系统的频谱效率，复杂度低，性能优良，适合在无线传感器网络等时延容忍型网络中进行应用。本项目将探索各种复杂通信场景下该技术的方法和性能，主要内容包括：1）研究单次反馈这一基础场景下的反馈可靠性与反馈延迟问题，提出克服反馈信息传输影响的分布式选择协作分集方法；2）在单次反馈的基础上，将选择协作分集扩充至多轮反馈的ARQ场景下，研究其协作方法和性能；3）在ARQ多轮反馈场景的基础上，将选择协作进一步延伸至大规模网络场景中，提出扩散式选择协作分集方法并分析其性能；4）研究多源多目标网络中的选择协作分集策略与功率分配算法；5）建立仿真和实验平台，对各种协作方法进行仿真和实验验证。本项目的实施有望产生原创性的研究成果，填补基于反馈的选择协作分集技术在复杂通信场景中的研究空白，促进该项分集技术在实际无线网络中的应用。

协作通信技术是近年来无线通信领域的研究热点之一。基于反馈的选择协作分集技术作为其中一个研究分支，能够以较低的代价为无线网络添加协作功能，具有实现简单、分集性能好等优势，适合部署在时延容忍型网络中，具有良好的应用前景。本项目探索了基于反馈的选择协作分集技术在单次反馈、多轮反馈、大规模网络、多源多目标等多种复杂通信场景下的方法和性能。本项目取得的主要结果如下：1）考虑反馈信道的可靠性，提出了面向单源单目标场景的基于同速率反馈的选择协作分集方法，克服了反馈延迟问题，扩大了中继选择范围；还进一步考虑了对中继间协作信道的充分利用，并获得了中继节点数目动态变化条件下的中断概率性能；2）提出了适用于基于自动请求重传的多轮反馈场景的低复杂度选择协作分集方法，在中继节点不具备信号合并接收能力的条件下，通过利用多轮反馈重传过程中解码集和最佳中继的动态变化规律，仍然能够获得最优分集-复用权衡和全分集增益，从而在接收机复杂度和系统性能之间取得较好的权衡；3）针对大规模网络场景，推导获得了扩散式选择协作分集方法中每轮重传的准确分集-复用-时延权衡性能；4）提出了适用于多源多目标网络的基于源节点角度和基于中继节点角度的两种集中式中继选择方法，并将其扩展到功率分配场景，同时还提出了一种全分布式中继选择方法，解决了该场景下的中继冲突问题；5）搭建了选择协作分集方法的仿真平台和基于IPv6无线传感器网络的实验平台，对选择协作分集方法进行了实现和验证。本项目的研究成果，解决了基于反馈的选择协作分集技术在多种复杂通信场景中进行应用所面临的方法设计与性能分析等理论问题，有助于推动该技术在实际无线网络中的应用和发展。