水声协作通信网络联合中继选择策略和功率分配算法研究

论文摘要

随着陆地资源的匮乏以及各国对海洋资源的日益开发,水声通信技术越来越受到人们的关注。然而水下环境极其复杂,例如水声信道随时-空-频变化、多径、带宽受限和强衰减等特点使得水声通信面临着诸多挑战,如水下传输距离有限、信息传输可靠性差等。无线协作通信能够有效的提高水声协作通信的系统容量、扩大传输范围和增强信号传输的可靠性,已经被广泛的研究。然而,由于水下环境的特点,水声协作通信面临着能量受限、带宽受限等问题,使得网络性能受到严重的影响,所以研究水声协作通信网络中的资源分配问题至关重要。资源分配问题已经在无线电通信中得到了广泛的研究,但是由于水下环境信道的多径强时变等特点,传统无线电网络中的解决方案无法直接适用于水下环境。因此,针对不同的水下通信场景,如何在能量有限的水下环境中,设计合理的资源分配方案,从而提高网络的性能是本文主要研究的内容。首先,分析了水声通信的环境特点,包括海洋噪音,水声信道的特点与模型,海洋环境的声速特性等。同时,阐述了协作通信的相关知识,为本文研究建立了理论基础。其次,针对多用户单中继的水声协作通信网络中节点生存时间短、水下信道信息不确定和通信服务质量差等问题,提出一种考虑节点剩余能量的功率分配算法,该方法综合考虑了节点剩余能量、服务质量和信道信息的不确定性。仿真结果证明了提出的方案能够降低网络能耗,延长节点的生存寿命,提高系统的整体性能。最后,针对单用户多中继的水声协作通信网络,联合考虑中继选择和功率分配问题。对于中继选择问题,提出一种基于转移概率的多中继选择方案,该方案利用较少的信道状态信息获得最优的多中继集合。并且将多节点的功率分配问题构建为一个博弈模型。此外,将鲁棒优化理论引入,以对抗水声信道状态信息不确定性带来的负面影响,从而使提出的算法更具有适应性。

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第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水声通信技术研究现状

1.2.2 水声协作通信网络资源分配研究现状

1.3 本文的结构安排

第2章水声协作通信技术

2.1 水声信道特性及信道模型

2.1.1 传播损失特性

2.1.2 海洋声速特性

2.1.3 环境噪音

2.1.4 多径和多普勒效应

2.2 无线协作通信技术概述

2.2.1 协作通信技术简介

2.2.2 中继转发协议

2.2.3 合并方式

2.3 本章小结

第3章水声协作通信网络单中继功率分配算法研究

3.1 引言

3.2 系统模型及信道模型

3.2.1 系统模型

3.2.2 基于鲁棒优化理论的信道模型

3.3 构建基于剩余能量的模型及求解

3.3.1 模型构建

3.3.2 问题求解

3.3.3 梯度下降

3.3.4 功率分配算法

3.4 仿真与分析

3.5 本章小结

第4章多中继联合中继选择和功率分配算法研究

4.1 引言

4.2 系统模型及问题构建

4.2.1 系统模型

4.2.2 联合资源分配优化问题构建

4.3 资源分配问题求解及博弈均衡分析

4.3.1 源中继功率分配求解

4.3.2 中继功率价格求解

4.3.3 博弈均衡分析

4.4 中继选择算法

4.5 仿真结果与分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务和主要成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张玲梅

导师: 李鑫滨

关键词: 生存时间,中继选择,功率分配,协作通信

来源: 燕山大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 数学,电信技术

单位: 燕山大学

分类号: O225;TN929.3

DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.001576

总页数: 64

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