本文選題：無線中繼 + MIMO�。� 參考：《西南交通大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)中,例如衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、無線感知和控制網(wǎng)絡(luò)等,其中的無線業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的容量、時(shí)延、可靠性等提出了更高的要求。然而,容量、時(shí)延、可靠性之間存在折中關(guān)系,較大的容量往往意味著較低的可靠性或者較高的時(shí)延,較高的可靠性以較低的容量或者較大的時(shí)延為代價(jià)。普通無線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)容量以及時(shí)延提出了較大的要求,而無線多跳中繼網(wǎng)絡(luò)(例如無線感知和控制網(wǎng)絡(luò))則對(duì)端到端可靠性以及時(shí)延有迫切的需求。在普通無線通信網(wǎng)絡(luò)中,有兩項(xiàng)物理層技術(shù)受到人們的極大關(guān)注：中繼技術(shù),可以擴(kuò)展傳輸范圍、提高系統(tǒng)容量和降低無線接入的成本；多天線技術(shù),可以帶來空間復(fù)用和分集增益。另一方面,無線多跳中繼網(wǎng)絡(luò)中的多徑路由可以提高端到端的可靠性和降低時(shí)延。本文針對(duì)普通的單向中繼網(wǎng)絡(luò)和多向中繼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深入研究,旨在提高網(wǎng)絡(luò)的容量性能；針對(duì)無線多跳中繼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深入研究,旨在滿足時(shí)延限的前提下提升端到端的可靠性。首先,考慮單向MIMO AF中繼網(wǎng)絡(luò),其中信源、中繼、信宿三節(jié)點(diǎn)組成并且不考慮信源與信宿的直達(dá)鏈路。已有研究僅考慮信源-中繼和中繼-信宿兩條鏈路子信道數(shù)匹配的情況,在不匹配的時(shí)候,已有方案會(huì)導(dǎo)致端到端容量的損失。本文提出了基于時(shí)間調(diào)度和子信道匹配的設(shè)計(jì)方案。仿真結(jié)果表明,通過合理的時(shí)間分配、子信道對(duì)齊、功率分配,可以極大的提高端到端容量。·其次,研究了MIMO多向中繼網(wǎng)絡(luò),K個(gè)信源通過中繼交換信息。a).分別分析了不存在和存在信源直達(dá)鏈路時(shí)的可達(dá)容量區(qū)域,該容量區(qū)域考慮了時(shí)間分配和信源調(diào)度方案。分析結(jié)果表明,在給定信源波束成形方案時(shí),容量區(qū)域可以由有限個(gè)時(shí)間分配與信源調(diào)度方案下的容量區(qū)域表示；合理的時(shí)間分配與信源調(diào)度可以大大地?cái)U(kuò)展可達(dá)容量區(qū)域,信源之間的直達(dá)鏈路能進(jìn)一步將容量區(qū)域擴(kuò)大。b).針對(duì)MIMO多向中繼網(wǎng)絡(luò)中多信源信息檢測(cè)的高復(fù)雜性與節(jié)點(diǎn)獲取網(wǎng)絡(luò)信道信息的高開銷,提出了比較簡(jiǎn)單實(shí)際的方案。所提方案基于干擾對(duì)齊思想,每個(gè)信源僅需要自身到中繼的信道狀態(tài)信息。通過信源端基于迫零的預(yù)編碼方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)在中繼端的對(duì)齊,而信源端通過自身的信號(hào)和連續(xù)干擾消除方法恢復(fù)來自其它信源的信號(hào)。對(duì)該方案下網(wǎng)絡(luò)的中斷性能進(jìn)行了近似分析,并且提出在中繼端利用部分網(wǎng)絡(luò)的信道狀態(tài)信息來進(jìn)行最佳功率分配,從而進(jìn)一步提高性能。c).針對(duì)多中繼網(wǎng)絡(luò),考慮雙向多中繼網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇技術(shù)。針對(duì)雙向多中繼網(wǎng)絡(luò)中繼選擇方案對(duì)信道信息的高要求,提出了低復(fù)雜度的切換-停留中繼選擇方案。推導(dǎo)了所提方案的中斷性能的閉合表達(dá)式與分集階數(shù),結(jié)果表明該方案以較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和開銷取得與最優(yōu)中繼選擇方案相同的中斷性能,并且能夠?qū)崿F(xiàn)滿分集增益。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分析的正確性。最后,考慮無線多跳中繼網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延與可靠性之間的折中關(guān)系。以時(shí)延受限的無線感知和控制網(wǎng)絡(luò)為例,研究給定時(shí)延限下如何最大化端到端的可靠性。在多信源單信宿時(shí)延受限的無線感知網(wǎng)絡(luò)中,由于信源數(shù)據(jù)負(fù)載和節(jié)點(diǎn)密度比較高,使得傳統(tǒng)基于爭(zhēng)用的傳輸方案時(shí)延、能量效率、可靠性差。而多徑路由和離線TDMA技術(shù)在時(shí)延、可靠性、以及能量效率方面具有比較大的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)多徑路由的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),論文采用基于TDMA的離線傳輸方案,提出了專用調(diào)度和共享調(diào)度兩種方案,并且對(duì)各種調(diào)度方案的性能進(jìn)行了近似的分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的方案能夠極大的提高網(wǎng)絡(luò)的性能,多徑路由能夠取得較高的能量效率而單徑路由可以取得更好的可靠性能。總之,本文針對(duì)單向中繼網(wǎng)絡(luò)和多向中繼網(wǎng)絡(luò)的研究表明,合理的傳輸機(jī)制在同樣的時(shí)間、空間、功率等資源消耗下可以增加網(wǎng)絡(luò)容量,或者在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度與性能之間取到合適折中；類似地,針對(duì)無線多跳中繼網(wǎng)絡(luò)的研究表明,合適的傳輸方案可以在時(shí)延與可靠性之間取得合適的折中。
[Abstract]:As the wireless communication network technology is widely used in modern society , such as satellite communication network , Wi - Fi network , cellular network , wireless sensing and control network , etc . , there is a tradeoff between capacity , time delay and reliability .
On the other hand , the multi - path routing in the wireless multi - hop relay network can improve the end - to - end reliability and reduce the time delay .
This paper studies the wireless multi - hop relay network to improve the end - to - end reliability without considering the direct link between source and sink . Analysis results show that in a given source beamforming scheme , the capacity region can be represented by the limited time allocation and the capacity region under the source scheduling scheme .
reasonable time allocation and source scheduling can greatly expand the reachable capacity region , and the direct link between the sources can further expand the capacity region . b ) . Aiming at the high complexity of multi - source information detection in MIMO multi - directional relay network and the high overhead of the node acquiring network channel information , a simpler and practical scheme is proposed . In this paper , based on TDMA - based off - line transmission scheme , this paper puts forward two schemes of scheduling and sharing scheduling based on TDMA . The results show that the proposed scheme can greatly improve the performance of the network .
Similarly , studies for wireless multi - hop relay networks have shown that a suitable transmission scheme can achieve a suitable compromise between time delay and reliability .

【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN925

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本文編號(hào)：1830010