無線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善,促進(jìn)了移動(dòng)寬帶用戶持續(xù)增長并帶來無線通信產(chǎn)業(yè)的指數(shù)爆炸式增長。通信用戶的持續(xù)增長必然會(huì)帶來頻譜資源短缺的問題。而在通信領(lǐng)域,頻譜資源是十分稀缺的。另一方面,移動(dòng)寬帶用戶數(shù)量的增多也會(huì)造成通信速率降低,影響通信質(zhì)量。因此,如何提升頻譜資源的利用率,提高通信速率,成了亟待解決的問題。無線中繼技術(shù)以及MIMO技術(shù)是解決這一問題的有效技術(shù)。MIMO技術(shù)通過在通信系統(tǒng)發(fā)射端和接收端裝備多根天線,以獲得空間分集和復(fù)用增益,提高系統(tǒng)頻譜利用率,降低系統(tǒng)錯(cuò)誤概率。中繼技術(shù)通過利用系統(tǒng)中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息,能夠提升通信距離,增大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積,提升通信系統(tǒng)性能。兩時(shí)隙模式協(xié)議和乒乓中繼協(xié)議是中繼系統(tǒng)的兩種工作協(xié)議。兩時(shí)隙協(xié)議中,中繼節(jié)點(diǎn)在奇偶時(shí)隙交替接收轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)傳輸來的信號(hào)。兩時(shí)隙協(xié)議會(huì)帶來頻譜效率損失一半的問題。為了解決這個(gè)弊端,乒乓中繼協(xié)議通過兩個(gè)不同的中繼交替接收和轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù),使系統(tǒng)中的中繼近似工作在一種全雙工模式,從而達(dá)到彌補(bǔ)頻譜損失的目標(biāo)。盡管對乒乓中繼協(xié)議的研究很多,但目前的研究主要針對的是兩個(gè)中繼單天線或多天線的情況,對于多中繼多天線下的乒乓中繼協(xié)議的情況研究還比較少。在本文中,我們研究MIMO多中繼系統(tǒng)中的乒乓中繼傳輸方案設(shè)計(jì)、性能分析以及優(yōu)化。首先,我們設(shè)計(jì)一種基于放大轉(zhuǎn)發(fā)和匹配接收的多天線乒乓中繼傳輸方案,包括其中的中繼轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則、源節(jié)點(diǎn)以及中繼節(jié)點(diǎn)的多天線預(yù)編碼矩陣。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是源節(jié)點(diǎn)(基站)和目的節(jié)點(diǎn)(用戶)僅僅需要信道統(tǒng)計(jì)信息,而中繼節(jié)點(diǎn)僅需要本實(shí)時(shí)信道信息。其次,通過理論分析和公式推導(dǎo),我們得出了該傳輸方案的系統(tǒng)可達(dá)速率以及容量尺度率。作為對比,我們推導(dǎo)了采用兩時(shí)隙中繼協(xié)議的系統(tǒng)可達(dá)速率和尺度率。我們證明了,所提出的基于乒乓中繼的傳輸方案達(dá)到的系統(tǒng)可達(dá)速率尺度率是兩時(shí)隙協(xié)議的兩倍,并且其尺度率達(dá)到了該中繼系統(tǒng)的容量尺度率。這說明在中繼數(shù)目達(dá)到一定規(guī)模時(shí),采用乒乓中繼協(xié)議算法可以有效彌補(bǔ)兩時(shí)隙協(xié)議造成的頻譜效率損失。最后,我們分析了系統(tǒng)中對系統(tǒng)性能可能造成影響的各個(gè)要素,設(shè)計(jì)了一種基于差分進(jìn)化的聯(lián)合資源優(yōu)化算法。該算法迭代優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)的多天線功率分配矩陣以及中繼分組(包括分組順序以及中繼組分界線),可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)可達(dá)傳輸速率。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 MIMO技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 協(xié)作中繼的研究現(xiàn)狀
    1.3 論文的結(jié)構(gòu)和安排
第2章 關(guān)鍵技術(shù)介紹
    2.1 MIMO技術(shù)
        2.1.1 MIMO信道模型
        2.1.2 MIMO信道容量
    2.2 協(xié)作通信技術(shù)
        2.2.1 兩時(shí)隙中繼協(xié)議
        2.2.2 乒乓中繼協(xié)議
    2.3 中繼轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)
        2.3.1 AF協(xié)議(Amplify and Forward)
        2.3.2 DF協(xié)議(Decode and Forward)
        2.3.3 CC協(xié)議(Coded Cooperation)
    2.4 信道預(yù)編碼技術(shù)
        2.4.1 MF預(yù)編碼
        2.4.2 ZF預(yù)編碼技術(shù)
        2.4.3 MMSE預(yù)編碼技術(shù)
    2.5 小結(jié)
第3章 多天線乒乓中繼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能分析
    3.1 引言
    3.2 系統(tǒng)模型
    3.3 多天線乒乓中繼協(xié)議方案設(shè)計(jì)
        3.3.1 乒乓中繼協(xié)議
        3.3.2 相干接收和放大轉(zhuǎn)發(fā)
    3.4 多天線乒乓中繼協(xié)議方案性能分析
        3.4.1 多天線乒乓中繼系統(tǒng)可達(dá)速率下界
        3.4.2 多天線乒乓中繼系統(tǒng)可達(dá)速率上界
    3.5 兩時(shí)隙協(xié)議下的系統(tǒng)可達(dá)速率分析
        3.5.1 兩時(shí)隙協(xié)議下的系統(tǒng)可達(dá)速率下界
        3.5.2 兩時(shí)隙協(xié)議下的系統(tǒng)可達(dá)速率上界
    3.6 數(shù)值仿真
    3.7 小結(jié)
第4章 多天線乒乓中繼系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化
    4.1 引言
    4.2 發(fā)射端功率分配矩陣優(yōu)化
        4.2.1 功率分配矩陣的行約束
        4.2.2 發(fā)送端多根天線發(fā)送一路數(shù)據(jù)的情況分析
        4.2.3 功率分配矩陣的優(yōu)化
    4.3 中繼組順序和中繼組分界線優(yōu)化
        4.3.1 中繼組順序優(yōu)化
        4.3.2 中繼組分界線優(yōu)化
    4.4 聯(lián)合優(yōu)化
    4.5 小結(jié)
第5章 總結(jié)和展望
參考文獻(xiàn)
附錄一
附錄二
致謝
攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張中山;王興;張成勇;呂少波;;大規(guī)模MIMO關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2015年09期

本文編號(hào)：2833137