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原文传递车联网高可靠中继网络协作通信技术研究

论文题名：	车联网高可靠中继网络协作通信技术研究
关键词：	车联网通信;中继协作网络;协作传输协议;广义空间调制;V2V非平稳信道
摘要：	车联网（Vehicle-to-Everything，V2X）通信技术作为构建智慧交通系统的关键技术之一，可以支持“人-车-路-云”之间的全方位连接。为满足5G高可靠低时延通信（Ultra-ReliableandLowLatencyCommunications，URLLC）服务质量的要求，“车-车”（Vehicle-to-Vehicle，V2V）协作中继通信技术已纳入第三代合作伙伴计划标准化工作，通过共享协作中继节点的天线资源，能够有效提升复杂场景下频谱效率和通信覆盖范围，具有重要研究意义以及应用前景。　　然而，实际车联网由于受车辆移动高动态性、多径衰落引起非平稳信道时变特性等因素影响，极易造成传输可靠性下降、频谱效率恶化、链路中断等问题。近来研究表明，中继网络与多输入多输出技术融合虽能增强频谱效率，但中继间干扰不利于可靠通信。因此研究V2V通信高可靠中继网络协作传输技术十分必要。　　为提升非平稳动态信道下V2V通信可靠性与频谱效率，本文基于无线中继网络协作传输理论、广义空间调制原理以及信号检测原理等理论，对V2V非平稳信道条件下，对如何增强有效中继选择、抑制中继传输干扰、控制中继传输差错传播、不完美中继的信号检测质量等方面的问题开展深入研究；提出了一种灵活高效、可靠的双跳中继网络协作传输协议，以及一种高效的中继联合信号检测算法。并对中继网络传输结构、信号传输理论模型、系统频谱效率、误码率和分集增益等开展了理论建模和分析，获得了系统性能参数优化优化方法。最后，通过Matlab仿真优化设计和对比试验，给出系统可靠性与频谱效率的优化设计规则。创新内容和贡献如下：　　（1）针对V2V通信非平稳信道特性对对协作通信可靠性、频谱效率的影响，提出一种ButsonHadamard矩阵广义空移键控调制辅助协作（CooperativeButsonHadamardmatrix-aidedgeneralizedSpaceShiftKeying，CBHSSK）的中继网络协作传输结构及协议，包括广播、中继的双跳中继网络协作信号处理。广播过程采用循环冗余差错校验机制减少中继解调错误的传播,中继协作过程依据BHSSK原理，由激活中继组合选择向量和符号选择向量合成一个联合激活中继信号发射矢量，向目的节点转发。利用ButsonHadamard矩阵构造发射矢量具有正交性与可扩展性，有效提高了激活中继协作通信质量。　　（2）进一步，基于动态V2V信道马尔科夫生灭模型，构建了非平稳信道下CBHSSK中继网络协作系统的信号传输理论模型；在最大似然理想接收条件下，理论推导了频谱效率、误码率理论上界以及系统分集增益等指标；理论分析表明：通过优化激活中继比、中继网络目的节点接收天线数可提升系统频谱效率与可靠性。　　（3）针对中继中断等不完美中继条件下中继网络目的端接收机的联合信号检测质量下降问题，提出了一种基于中继中断概率排序检测（OutageProbabilityOrderDetection，OPOD）的联合检测算法。通过对中继的中断概率分布排序，重构检测信号搜索空间，提升联合信号检测性能。使得在中断条件较差的情况下CBHSSK系统仍能保持低误码率的可靠接收质量。　　最后，基于MATLAB搭建了V2V中继协作网络通信仿真实验系统，采用MonteCarlo方法开展了仿真设计和对比试验。结果表明：CBHSSK的频谱效率较现有CSSK、DSM或DGSM系统,分别提升22bit/s/Hz、18bit/s/Hz和5bit/s/Hz；而且，即使在不完美中继条件下，当中继网络规模和中断概率相同时，CBHSSK仍比DGSM误码率低，能提供高可靠高效灵活的V2V通信，具有良好的应用前景。
作者：	余锐
专业：	信息与通信工程
导师：	王萍
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东华大学
学位年度：	2023