發(fā)布時(shí)間：2018-03-31 14:20

  本文選題：60GHz　切入點(diǎn)：毫米波　出處：《北京郵電大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：近年來,隨著面向IMT-Advanced第四代(4G)蜂窩移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善,頻譜效率得到了顯著的提高,甚至可以實(shí)現(xiàn)30bit/s/Hz。蜂窩通信頻段(450MHz-3GHz)只能支持有限的載波帶寬,很難滿足不斷增長的通信傳輸需求。而60GHz頻段可使用帶寬達(dá)7-9GHz,因而,即便采用低頻譜效率的傳輸技術(shù),60GHz無線通信也可以提供高達(dá)幾十Gbps的傳輸速率。然而,60GHz無線通信因處于毫米波頻段路徑損耗較高,采用波束賦形和用戶密集場景下的多鏈路引起的干擾,以及基于中繼輔助傳輸?shù)馁Y源調(diào)度等問題都將會制約60GHz的應(yīng)用,也成為了本論文的主要研究內(nèi)容。 本論文首先分析了60GHz毫米波通信中由IEEE802.15.3c碼本引起的波束偏斜及其干擾問題。為了最小化波束偏斜,針對不同實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和性能要求提出了3種設(shè)計(jì)方案,即基于IEEE802.15.3c的相位調(diào)整方案,單相位調(diào)整方案和基于均勻相位碼本設(shè)計(jì)的主響應(yīng)軸(MRA)對齊方案。上述方案與現(xiàn)有的3c碼本相比均可有效地抑制波束偏斜和波束之間的干擾,從而提高空間復(fù)用率和系統(tǒng)傳輸容量。方案1、2有著相近的系統(tǒng)性能,但方案2使用的相移器數(shù)量為第一個(gè)方案中的1/M(M為陣列天線數(shù)量)。方案3不同頻率的波束主瓣方向可以完全對齊,并可獲得天線增益和較小旁瓣,系統(tǒng)容量可提高12.5%,但需要更多的相移器。 針對用戶密集的60GHz網(wǎng)絡(luò)中多鏈路共存無線數(shù)據(jù)傳輸場景下,不同鏈路之間的干擾會使系統(tǒng)容量大為降低,甚至導(dǎo)致傳輸中斷,提出了一種最大化系統(tǒng)容量的干擾對齊方案。在部分鏈路衰耗較大的60GHz傳輸場景下,網(wǎng)絡(luò)容量會顯著提升。此外,針對有限反饋和延時(shí)信道狀態(tài)信息的干擾對齊傳輸方案的性能進(jìn)行了分析,推導(dǎo)了其系統(tǒng)容量損失的上界,并證明當(dāng)系統(tǒng)延時(shí)和有限反饋滿足一定關(guān)系時(shí),隨著信噪比(SNR)的增長系統(tǒng)仍可獲得最優(yōu)自由度。 再次,因60GHz毫米波具有較高的穿透損耗,對周圍環(huán)境敏感,影響系統(tǒng)容量。針對移動用戶或接入點(diǎn)作為中繼兩跳輔助傳輸?shù)膱鼍?分析了中繼系統(tǒng)的中斷概率,并推導(dǎo)了中斷概率的閉式解。為了求解以最小中斷概率為目標(biāo)的中繼位置選擇,建立了最小化目標(biāo)函數(shù),并通過數(shù)值方法進(jìn)行了求解。仿真結(jié)果表明,與現(xiàn)有的固定中繼傳輸相比,提出的最優(yōu)中繼位置傳輸可以降低中斷概率,并使系統(tǒng)吞吐量得到顯著提高,最優(yōu)中繼方案遍歷容量與固定中繼方案相比最大可提高25%。 60GHz毫米波在實(shí)現(xiàn)幾十Gbps的傳輸速率的同時(shí),也伴隨著較高的傳輸能耗。針對兩跳中繼傳輸研究了滿足系統(tǒng)傳輸速率要求的最優(yōu)能效的資源分配；證明了單中繼選擇輔助傳輸可獲得最優(yōu)能效,并通過分析Karush-Kuhn-Tucker(KKT)條件,得到了最優(yōu)子載波和功率分配方案的閉式解；基于功率分配求解,提出了一種新的最優(yōu)能效單中繼選擇功率分配算法。與傳統(tǒng)的等功率分配和3時(shí)隙中繼協(xié)作傳輸方案相比,本文所提出的方案能量消耗僅為3時(shí)隙中繼方案的36%,系統(tǒng)的能效可得到顯著提高。 本文關(guān)于60GHz無線系統(tǒng)中干擾抑制及資源調(diào)度研究成果可以歸結(jié)為：針對不同實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度提出的3種最小化波束偏斜方案均可使波束的偏斜現(xiàn)象得到抑制,提高空間復(fù)用率；多鏈路場景下提出的最大系統(tǒng)容量的干擾對齊方案可有效抑制干擾,提升網(wǎng)絡(luò)容量；通過對空閑用戶為中繼的兩跳協(xié)作系統(tǒng)中斷概率的研究,為最優(yōu)中繼選擇和系統(tǒng)容量提升提供了依據(jù)；基于最優(yōu)能效提出的資源管理方案,可使系統(tǒng)能效得到顯著提升,為大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸提供了有效支撐。
[Abstract]:In recent years, with the IMT-Advanced fourth generation (4G) cellular mobile communication system standards continue to improve, the spectrum efficiency has been greatly improved, and even can realize 30bit/s/Hz. cellular communication frequency (450MHz-3GHz) can only support limited carrier bandwidth, it is difficult to meet the growing demand of communication. While the 60GHz band can use the bandwidth of 7-9GHz therefore, even with low spectrum efficiency of wireless communication transmission technology, 60GHz can provide high transmission rate up to tens of Gbps. However, 60GHz wireless communication in millimeter wave band path loss is high, the interference caused by multi link beamforming and intensive user scenarios, and relay assisted transmission resource scheduling such problems will restrict the applications based on 60GHz, has become the main content of this thesis.
This paper first analyzes the 60GHz millimeter wave communication by beam deflection and interference problems caused by the IEEE802.15.3c code. In order to minimize the beam deflection, according to different implementation complexity and performance requirements of 3 schemes are put forward, namely the phase adjustment scheme based on IEEE802.15.3c, single phase and phase adjustment scheme based on the uniform code for the design of the main response axis (MRA) alignment scheme. The scheme with the existing 3C codebook than can effectively restrain the interference between the beam deflection and beam, so as to improve the transmission rate and capacity of spatial multiplexing system. A scheme of 1,2 system performance is similar, but the phase-shifting scheme 2 uses the device number for the first scheme (1/M M is the number of antenna array). 3 different frequencies of the main beam direction can be perfectly aligned, and obtain the antenna gain and lower sidelobe, system capacity can be increased by 12.5%, but the need for more Phase shifter.
For users of the dense 60GHz network of multi link in coexistence wireless data transmission link between different scenarios, interference will make the system capacity is greatly reduced, and even lead to transmission interruption, proposes an interference alignment scheme to maximize the system capacity. In the part of the larger 60GHz transmission link loss scenarios, network capacity will be significantly improved. In addition, the performance of interference alignment scheme with limited feedback delay and information channel state are analyzed, derived the upper bound of the system capacity loss, and it is proved that when the system delay and limited feedback to meet certain relations, with the signal-to-noise ratio (SNR) growth system can obtain the optimal degree of freedom.
Again, because the 60GHz millimeter wave with high penetration loss, sensitive to the surrounding environment, affecting the capacity of the system. For the mobile user or access point as the two hop relay assisted transmission scene, analyze the outage probability of relay systems, and closed the outage probability solution was deduced. In order to solve the relay location to minimize the outage probability for target the choice is established to minimize the objective function and solved by numerical method. The simulation results show that compared with the existing fixed relay transmission, the optimal location of relay transmission can reduce the outage probability, and the throughput of the system is greatly improved, the optimal relay scheme with fixed ergodic capacity than the maximum relay scheme can improve 25%.
60GHz in the realization of millimeter wave transmission rate of tens of Gbps at the same time, along with the transmission of high energy consumption. In two hop relay transmission of the optimal resource allocation efficiency of the transmission rate of the system is proved to meet the requirements of; single relay assisted transmission can achieve optimal efficiency, and through the analysis of Karush-Kuhn-Tucker (KKT), has been closed form solution to the optimal subcarrier and power allocation scheme; power allocation based on the solution, this paper proposes an optimal energy efficiency of the new single relay selection and power allocation algorithm. Compared with the traditional power allocation and 3 Slot relay transmission scheme, the proposed scheme of energy consumption is only 3 of the 36% relay slot scheme, system the efficiency can be improved significantly.
This paper on the inhibition and interference of 60GHz wireless resource scheduling system research results can be summarized as follows: according to the different complexity of the proposed scheme can minimize the 3 beam deflection of beam deflection phenomenon is suppressed, improve spatial reuse rate; put forward the multi link scenarios of the system capacity of interference alignment scheme can effectively suppress the interference, improve the capacity of the network; the idle user outage probability on the two hop cooperative relay system, provide the basis for the optimal relay selection and system capacity enhancement; resource management scheme based on the optimal energy efficiency, energy efficiency can be improved significantly, to provide effective support for large-scale data transmission.

【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN928

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本文編號：1691106