采用空间分集的 Ad Hoc 网络传输容量

本文针对节点采用多天线分集技术的一类通用信号分布，推导了 Ad Hoc 无线网络的中断概率与传输容量。该分析使得在衰落或非衰落环境下的系统性能得以量化。对于路径损耗指数 $\alpha>2$ 的全平面上受干扰限制的均匀随机网络，本文给出了节点采用以下技术时的传输容量：(1) 通过 $M$ 个扇区天线进行静态波束成形，若天线无旁瓣，其传输容量的增加量被证明为 $\Theta(M^2)$，但在非零旁瓣电平时该增量较小；(2) 动态特征波束成形（最大比发送/合并），其增加量被证明为 $\Theta(M^{\frac{2}{\alpha}})$；(3) 各种发送天线选择与接收天线选择合并方案，它们提供了可观但迅速递减的增益；(4) 正交空时分组编码，由于信道硬化效应，其仅带来较小的增益，等效于 $m$ 值增大时的 Nakagami-$m$ 衰落。结论是，在 Ad Hoc 网络中，静态与动态波束成形表现最优；选择合并表现良好，但增加天线时收益迅速递减；而空时分组编码仅提供边际增益。