本文選題：雙向中繼 + 中繼選擇　； 參考：《北京交通大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：協(xié)作通信系統(tǒng)通過多個單天線節(jié)點(diǎn)共享彼此的天線以形成一個虛擬的多天線系統(tǒng)。在雙向多中繼系統(tǒng)中應(yīng)用協(xié)作通信技術(shù)可以提高系統(tǒng)的容量、安全性、魯棒性,降低系統(tǒng)的誤碼率和中斷概率,已經(jīng)成為了當(dāng)前的一個研究熱點(diǎn)。放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)是中繼對信息的兩種主要處理方式。本文首先分析了DF雙向單中繼系統(tǒng)的誤符號率(SER)性能,并以此為基礎(chǔ)研究了DF雙向多中繼系統(tǒng)的中繼選擇方案。接著分別以提高系統(tǒng)和速率與提高系統(tǒng)安全性為目標(biāo),設(shè)計了AF雙向多中繼系統(tǒng)的中繼波束成形向量。本文的主要研究內(nèi)容為： 首先,擴(kuò)展了傳統(tǒng)最近鄰近似方案,且應(yīng)用該方法對DF雙向單中繼系統(tǒng)的中繼端SER進(jìn)行討論,得到了加性高斯白噪聲(AWGN)信道下BPSK調(diào)制、QPSK調(diào)制、8PSK調(diào)制的SER閉式表達(dá)式和衰落信道下BPSK調(diào)制、QPSK調(diào)制的瞬時SER與平均SER的表達(dá)式。研究發(fā)現(xiàn),在AWGN信道下采用8PSK調(diào)制的DF雙向中繼系統(tǒng)中,固定其中一個源節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率,另一個源節(jié)點(diǎn)的功率從0增大到與其功率相等的過程中,中繼節(jié)點(diǎn)的SER并不是單調(diào)遞減的。 其次,在DF雙向單中繼系統(tǒng)SER性能分析的基礎(chǔ)上,將場景擴(kuò)展到雙向多中繼系統(tǒng),提出了一種基于最小SER的DF雙向多中繼系統(tǒng)中繼選擇方案�？紤]到最小SER中繼選擇方案的復(fù)雜度較高以及中繼星座圖中最近鄰星座點(diǎn)之間的距離在端到端SER中的重要作用,進(jìn)一步提出了基于星座圖最小距離最大化的中繼選擇方案,并推導(dǎo)出在BPSK、QPSK和8PSK調(diào)制時,該方案能達(dá)到滿分集增益。 然后,研究了AF雙向中繼系統(tǒng)的信息傳輸和能量收集問題。即在中繼功率約束以及源節(jié)點(diǎn)能量收集約束下,通過設(shè)計中繼的波束成形向量從而最大化系統(tǒng)的和速率。本文分別提出了一種理想情況設(shè)計方案、三種實際設(shè)計方案和一種魯棒設(shè)計方案,并對這些方案建立了最優(yōu)化模型,且通過半正定松弛以及連續(xù)凸近似技術(shù)對它們進(jìn)行求解,還證明了所提出的求解算法至少可收斂到一個局部最優(yōu)解。 最后,研究了有竊聽節(jié)點(diǎn)存在時AF雙向中繼系統(tǒng)物理層安全性問題。提出了一種中繼波束成形設(shè)計方案以及一種中繼波束成形與人工噪聲的聯(lián)合設(shè)計方案,從而在保證雙向中繼系統(tǒng)的通信質(zhì)量和安全性的前提下最小化中繼的功率和,并為這兩個方案建立了最優(yōu)化模型,且應(yīng)用半正定松弛技術(shù)對這兩個非凸的優(yōu)化問題進(jìn)行了求解。證明了在所提出的兩種方案中,應(yīng)用人工噪聲方案的性能更優(yōu)。
[Abstract]:Cooperative communication systems share each other's antennas through multiple single antenna nodes to form a virtual multi-antenna system. The application of cooperative communication technology in bidirectional multi-relay systems can improve the capacity, security, robustness and reduce the bit error rate and interrupt probability of the system, which has become a hot research topic at present. Amplifier forwarding (AFA) and decoded forwarding (DFF) are the two main processing methods of information in relay. In this paper, the performance of symbol error rate (SERR) of DF bidirectional single relay system is analyzed, and the relay selection scheme of DF bidirectional multi-relay system is studied. Then the beamforming vector of AF bidirectional multi-relay system is designed to improve the system speed and system security respectively. The main contents of this paper are as follows: Firstly, the traditional nearest proximity scheme is extended, and the relay end SER of DF bidirectional single relay system is discussed by using this method. The SER closed expression of BPSK modulation / 8PSK modulation over additive Gao Si white noise channel and the expressions of instantaneous SER and average SER of BPSK modulation QPSK modulation over fading channel are obtained. It is found that in DF bidirectional relay system with 8PSK modulation in AWGN channel, the transmission power of one of the source nodes is fixed, and the power of the other source node increases from 0 to the same power. The SER of relay nodes is not monotone decrement. Secondly, based on the performance analysis of DF bidirectional single relay system (SER), the scene is extended to bidirectional multi-relay system, and a relay selection scheme based on minimum SER is proposed for DF bidirectional multi-relay system. Considering the high complexity of the minimum SER relay selection scheme and the importance of distance between nearest neighbor constellation points in the constellation diagram in end-to-end SER, a relay selection scheme based on maximum minimum distance of constellation diagram is proposed. It is also deduced that the scheme can achieve full diversity gain in BPSK QPSK and 8PSK modulation. Then, the problem of information transmission and energy collection in AF bidirectional relay system is studied. In the case of relay power constraints and source node energy collection constraints, the sum rate of the system is maximized by designing the beamforming vector of the relay. In this paper, an ideal design scheme, three practical design schemes and a robust design scheme are proposed, and the optimization models of these schemes are established, and they are solved by positive semidefinite relaxation and continuous convex approximation techniques. It is also proved that the proposed algorithm can converge to at least one local optimal solution. Finally, the physical layer security of AF bidirectional relay system with eavesdropping nodes is studied. A relay beamforming design scheme and a joint design scheme of relay beamforming and artificial noise are proposed to minimize the relay power sum while ensuring the communication quality and security of the two-way relay system. The optimization models for the two schemes are established and the two non-convex optimization problems are solved by using the positive semidefinite relaxation technique. It is proved that the performance of artificial noise scheme is better than that of artificial noise scheme.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5

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本文編號：1824187