本文選題：無線通信 + 多天線技術(shù)�。� 參考：《北京郵電大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：為了增強(qiáng)覆蓋,提升邊緣用戶性能,移動(dòng)通信系統(tǒng)中引入了無線中繼技術(shù)。但是無線中繼傳輸需要占用額外的無線資源,降低了系統(tǒng)的頻譜效率,成為制約提升吞吐量性能的瓶頸。為了提高無線中繼傳輸性能,業(yè)界提出了無線網(wǎng)絡(luò)編碼和多天線技術(shù)作為潛在可能的解決方案,成為目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。鑒于兩者對(duì)干擾的處理方式互補(bǔ),本文將無線網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與多天線技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)以進(jìn)一步提升中繼傳輸性能。圍繞無線多天線中繼系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)編碼的理論傳輸性能和優(yōu)化方法,本論文對(duì)無線多天線中繼系統(tǒng)中基于放大轉(zhuǎn)發(fā)、降噪轉(zhuǎn)發(fā)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)等方式的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化,主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)可總結(jié)為以下五個(gè)方面： 1.單用戶對(duì)雙向多天線放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)編碼分集性能分析 在雙向多天線中繼場(chǎng)景下,現(xiàn)有研究未能給出基于網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸?shù)娜旨鲆娴牟ㄊ尚卧O(shè)計(jì)方法。本論文針對(duì)單對(duì)用戶單天線場(chǎng)景,提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)全分集的無線中繼網(wǎng)絡(luò)編碼波束成形方法,在信道估計(jì)理想和存在誤差兩種情況下對(duì)所提傳輸方法的中斷概率性能進(jìn)行了理論分析和推導(dǎo),得到了理論分析閉式解,并在高平均信噪比區(qū)間對(duì)其進(jìn)行漸近分析證明了所提方法能夠?qū)崿F(xiàn)全分集,從而解決了在簡(jiǎn)單場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸能夠達(dá)到與單向傳統(tǒng)中繼傳輸相同的可靠性這一關(guān)鍵科學(xué)理論問題。 2.多用戶對(duì)雙向多天線放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法和性能分析 針對(duì)多用戶對(duì)雙向多天線放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼場(chǎng)景,給出了能夠消除用戶對(duì)間干擾的網(wǎng)絡(luò)編碼中繼波束成形處理方法,通過對(duì)同對(duì)用戶信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼,能夠節(jié)約一個(gè)信號(hào)空間自由度,提升中繼傳輸?shù)目臻g復(fù)用增益；并在全局理想信道狀態(tài)已知條件下,給出了遍歷容量和中斷概率理論分析結(jié)果；之后將所提傳輸方法擴(kuò)展至中繼天線配置數(shù)量更為一般的場(chǎng)景,給出了基于波束成形矩陣選擇的分集性能增強(qiáng)方法,并通過理論分析給出了性能增益。仿真分析表明聯(lián)合多天線的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法在存在共道干擾的情況下能夠顯著提升中繼傳輸性能,當(dāng)用戶對(duì)數(shù)為6,平均信噪比高于18dB時(shí),所提傳輸方法與基于時(shí)分網(wǎng)絡(luò)編碼方法相比用戶遍歷容量之和能夠提升4bit/s/Hz。當(dāng)用戶對(duì)數(shù)為4,平均信噪比為30dB時(shí),所提傳輸方法與傳統(tǒng)迫零波束成形傳輸方法相比用戶平均遍歷容量提升了0.5bit/s/Hz。 3.多用戶非對(duì)稱雙向多天線放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法和性能分析 針對(duì)用戶上行多址接入,基站下行單播信息的多天線放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼場(chǎng)景,設(shè)計(jì)了基于網(wǎng)絡(luò)編碼的傳輸方法,能夠?qū)崿F(xiàn)上下行的聯(lián)合傳輸,提升系統(tǒng)頻譜效率。在信道估計(jì)理想和信道估計(jì)存在誤差兩種情況下,研究了用戶的遍歷容量性能,給出了理論分析結(jié)果。并設(shè)計(jì)了中繼波束成形向量選擇方法,可以對(duì)所提傳輸方法的分集性能進(jìn)行增強(qiáng)。最后通過仿真對(duì)所提傳輸方法的性能進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,并對(duì)信道估計(jì)誤差對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼在多天線中繼系統(tǒng)中傳輸性能的影響進(jìn)行評(píng)估。相比該場(chǎng)景下基于迫零波束成形的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法,當(dāng)用戶數(shù)為6,平均信噪比高于22dB時(shí),所提傳輸方法的用戶平均遍歷容量能夠獲得0.5bit/s/Hz的提升。 4.雙向多天線降噪轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法和優(yōu)化設(shè)計(jì) 基于放大轉(zhuǎn)發(fā)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)兩種傳統(tǒng)中繼轉(zhuǎn)發(fā)模式的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法在多天線場(chǎng)景下分別在復(fù)雜度和效率方面存在不足,本論文將基于降噪轉(zhuǎn)發(fā)中繼的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法引入雙向多天線中繼場(chǎng)景,利用多天線系統(tǒng)的線性聯(lián)合檢測(cè)降低了傳統(tǒng)降噪轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)編碼方法信號(hào)處理的復(fù)雜度,并給出了基于求余運(yùn)算的不規(guī)則疊加符號(hào)映射函數(shù)。對(duì)波束成形矩陣進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),給出了檢測(cè)性能最優(yōu)和低復(fù)雜度次優(yōu)兩種方法。最后將所提傳輸方法推廣至多用戶對(duì)場(chǎng)景,并通過仿真對(duì)比驗(yàn)證了所提傳輸方法能夠更好地平衡處理復(fù)雜度和傳輸性能。相比解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法,在用戶和中繼天線數(shù)為2,平均信噪比為20dB時(shí),所提傳輸方法能夠?qū)⒄`比特率性能從0.18降低至0.03。這一誤比特率性能與基于放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法相同,且計(jì)算復(fù)雜度大大降低。 5.基于解碼轉(zhuǎn)發(fā)的多向傳輸中面向非對(duì)稱符號(hào)信息的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法和優(yōu)化設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼研究大多假設(shè)信道質(zhì)量和傳輸速率對(duì)稱。針對(duì)信道質(zhì)量不理想和傳輸速率不對(duì)稱這一實(shí)際約束問題,論文設(shè)計(jì)了面向非對(duì)稱符號(hào)信息的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法,以用戶間多向傳輸和基站廣播信息聯(lián)合傳輸這一場(chǎng)景為例對(duì)其進(jìn)行了介紹,并以最小化檢測(cè)均方誤差為目標(biāo)對(duì)波束成形矩陣進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),給出了檢測(cè)均方誤差最優(yōu)性能逼近的迭代算法和低復(fù)雜度的次優(yōu)算法。仿真結(jié)果表明,相比基于時(shí)分的傳統(tǒng)傳輸方法,所提傳輸方法在平均信噪比足夠高的條件下能夠?qū)鬏旑l譜效率提升近50%。這一結(jié)果表明所提傳輸方法在參與網(wǎng)絡(luò)編碼的信息非對(duì)稱的情況下能夠保證傳輸可靠性,放寬了網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)信道和參與信息對(duì)稱性的要求,增加了網(wǎng)絡(luò)編碼在更為廣泛、普適場(chǎng)景下應(yīng)用的可能性。
[Abstract]:In order to improve the performance of wireless relay transmission , wireless relay technology is introduced in the mobile communication system . However , in order to improve the performance of wireless relay transmission , wireless network coding technology and multi - antenna technology are designed and optimized . In order to improve the transmission performance of wireless relay , the paper designs and optimizes the network coding transmission method based on amplifying and forwarding , noise reduction and forwarding in wireless multi - antenna relay system .

1 . Analysis of the Performance of Single - User - to - Two - way Multi - antenna Amplifier and Forward Relay Network Coding

In the two - way multi - antenna relay scenario , the existing research fails to give the beam forming design method based on the whole diversity gain of the network coding transmission . In this paper , a method for beamforming the whole diversity gain based on the network coding transmission is put forward . The interruption probability performance of the proposed transmission method is theoretically analyzed and deduced in two cases of channel estimation ideal and existence error . The method can realize the full diversity in terms of the ideal and the existence error of the channel estimation , and the key scientific theory problem that the network coding transmission can achieve the same reliability as the one - way traditional relay transmission in the simple scene is solved .

2 . Transmission method and performance analysis of multi - user dual - directional multi - antenna amplifying and forwarding relay network

aiming at the multi - user - to - two - way multi - antenna amplifying and forward relay scene , a network coding relay beam forming processing method capable of eliminating interference between users can be eliminated , a signal space degree of freedom can be saved through network coding on the same pair of user information , and the spatial multiplexing gain of relay transmission can be improved ;
Under the condition of global ideal channel state , the theoretical analysis results of ergodic capacity and interrupt probability are given .
A method of diversity performance enhancement based on beamforming matrix selection is presented , and performance gain is presented by theoretical analysis . The simulation results show that the combined multi - antenna network coding and transmission method can significantly improve relay transmission performance in the presence of co - channel interference . When the logarithm of the user is 6 and the average SNR is 30 dB , the proposed transmission method improves the average ergodic capacity of 0.5 bit / s / Hz compared with the traditional zero - forcing beamforming transmission method .

3 . Multi - user asymmetric bidirectional multi - antenna amplifying and forward relay network coding transmission method and performance analysis

This paper designs a transmission method based on network coding for user uplink multiple access and multi - antenna amplifying and forward relay scenes of downlink unicast information of the base station . The performance of the transmission method can be improved by comparing the channel estimation ideal and the channel estimation error . Finally , the performance of the proposed transmission method is evaluated by simulation .

4 . Two - way multi - antenna noise reduction forwarding relay network coding transmission method and optimization design

A network coding and transmission method based on amplification forwarding and decoding is used to forward two traditional relay forwarding modes . In the multi - antenna scenario , the complexity of the signal processing of the traditional noise reduction forwarding network coding method is reduced , and the complexity of the signal processing of the traditional noise reduction forwarding network coding method is reduced by using the linear joint detection of the multi - antenna system .

5 . Network coding transmission method and optimization design for asymmetric symbol information in multi - directional transmission based on decoding and forwarding

The paper designs a network coding and transmission method based on asymmetric symbol information , which can improve the transmission spectrum efficiency by nearly 50 % under the condition that the average signal - to - noise ratio is high enough . The results show that the proposed transmission method can guarantee the transmission reliability under the condition that the information asymmetry of the network coding is high enough , the requirement of network coding on the channel and participation information symmetry is relaxed , and the possibility of application of the network coding in the wider and pervasive scenarios is increased .
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN925

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2036800