系統(tǒng)容量是衡量通信網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的一種重要指標(biāo)。多年的研究成果表明,多入多出(Multiple-Input Multiple-Out-put, MIMO)技術(shù),雙向中繼(Two-Way Relaying, TWR)通信模型等均可在不增加額外頻譜資源和總發(fā)射功率的情況下成倍提升網(wǎng)絡(luò)容量。在多用戶(Mulit-User, MU)場景下,結(jié)合已有的這些技術(shù),采用新型的多址接入(Multiple Access, MA)方式,可以進(jìn)一步提升頻譜利用率,滿足未來通信網(wǎng)絡(luò)的性能需求。 信號空間對齊(Signal Space Alignment, SSA)技術(shù)作為一種新型的MA方式,可以應(yīng)用于MU-MIMO TWR網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中。各通信節(jié)點(diǎn)配置多根天線,充分復(fù)用空域資源傳輸多個獨(dú)立信號流,獲得復(fù)用增益(Multiplexing Gain, MG)和分集增益(Diversity Gain, DG)。利用SSA技術(shù)將無線空域中配對的獨(dú)立信號流成對地對齊到相同的子空間上,減少信號占用的空間維度,提高空間資源利用率。中繼對每一對對齊后信號進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼(Network Coding, NC)處理,提高傳輸效率,增大系統(tǒng)容量。 近年來,有不少學(xué)者開展了關(guān)于信號空間對齊網(wǎng)絡(luò)編碼(Signal Space Alignment for Network Coding, SSA-NC)的相關(guān)研究。但是大多集中于對稱信道系統(tǒng),其研究成果在實(shí)際應(yīng)用下存在局限性。因此,本文重點(diǎn)關(guān)注在多用戶非對稱信道系統(tǒng)中SSA-NC的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)以及系統(tǒng)傳輸可靠性的提升,并結(jié)合高效且復(fù)雜度低的串行干擾刪除(Success Interference Cancellation, SIC)接收機(jī),進(jìn)一步提升系統(tǒng)資源利用率,實(shí)現(xiàn)高效能通信。論文的創(chuàng)新工作如下： 首先,針對現(xiàn)有研究并未涉及到的非對稱信道系統(tǒng),提出并研究系統(tǒng)模型建模以及SSA-NC技術(shù)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。具體研究內(nèi)容分為三部分：第一,按照單個用戶通信對象不同,將系統(tǒng)分為非對稱信道MIMO X網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和非對稱信道MIMO Y網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩種類型,分別分析了這兩種系統(tǒng)中多址接入(Multiple ACcess, MAC)階段和廣播(BroadCast, BC)階段的詳細(xì)通信過程,以及SSA-NC技術(shù)的可行性條件。針對非對稱信道系統(tǒng)特征,中繼上選用基于符號級的模擬網(wǎng)絡(luò)編碼譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(Analog Network Coding and Decode-and-Forward, ANC-DF)協(xié)議進(jìn)行信號網(wǎng)絡(luò)編碼處理；第二,當(dāng)通信雙方用戶選用BPSK和QPSK作為編碼調(diào)制方式,論文研究了分別適用于非對稱信道MIMO X和MIMO Y系統(tǒng)的ANC-DF重映射規(guī)則,并提出了相應(yīng)的譯碼規(guī)則；第三,對系統(tǒng)性能進(jìn)行理論分析,給出了兩個系統(tǒng)的可達(dá)自由度(Degrees of Freedom, DoF)。推導(dǎo)系統(tǒng)誤比特率(Bit Error Rate, BER)的上界,并通過蒙特卡洛仿真,對相關(guān)理論分析結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證。 其次,研究SSA-NC技術(shù)在一般化的非對稱信道MU-MIMO X網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。用戶根據(jù)信道可支持的最高碼率自適應(yīng)選擇合適的編碼調(diào)制方式。針對自適應(yīng)的非對稱信道系統(tǒng),論文提出一種可同時滿足唯一性原則和保證最小歐式距離最大原則的ANC-DF重映射規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案通用于一般化的非對稱信道MU-MIMO X系統(tǒng),不論用戶選用的編碼調(diào)制方式如何,基于該設(shè)計(jì)方案提出的重映射規(guī)則都可以實(shí)現(xiàn)星座有效簡化和對齊信號重映射,具有靈活性和普適性。 最后,基于優(yōu)化能耗資源的角度考慮,研究SSA-NC技術(shù)在天線數(shù)目有限的無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。在MU-MIMO系統(tǒng)中引入功率分配和SIC接收機(jī),利用不同用戶信號間的功率分集特性將干擾有效分離。對該系統(tǒng)中SSA-NC技術(shù)的可行性條件進(jìn)行分析。聯(lián)合利用SSA-NC技術(shù)與SIC接收機(jī),在保證系統(tǒng)性能的同時,還可大幅降低系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)天線數(shù)目的需求,提高頻譜資源利用率,達(dá)到高效能綠色通信的目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：TN919.3
【部分圖文】：

.5仿真與分析在本節(jié)中，我們將給出4用戶MIMO Y系統(tǒng)的蒙特卡洛仿真結(jié)果。用戶1，用BPSK調(diào)制，用戶3，4使用QPSK調(diào)制。每個用戶與其余所有用戶都進(jìn)行信換。根據(jù)可行性條件公式（3-31)，用戶和中繼上的天線數(shù)目分別配置= 4,N = 7。在MAC階段和BC階段所有節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號平均功率均為1，各入的加性高斯白噪聲功率也相同，即SNR定義為1/a2。所有無線鏈路都服從瑞落信道模型。定義三類端到端BER來說明系統(tǒng)性能：“BBPSKBER”表示Grcmpi內(nèi)用戶間交換的平均BER，"BQPSKBER"表示Grou/Ji內(nèi)用戶和Group^內(nèi)用戶間信息交平均BER, "QQPSK BER"表示Group?內(nèi)用戶間信息交換的平均BER。點(diǎn)到點(diǎn)

圖4-2 BPSK+8PSK非對稱信道MIMOX系統(tǒng)瑞利衰落信道下的端到端BER圖4-2中，實(shí)線表示使用了重映射規(guī)則的系統(tǒng)BER仿真結(jié)果，虛線表示傳統(tǒng)系統(tǒng)的BER仿真結(jié)果。從圖4-2可看出重映射規(guī)則可帶來明顯增益,在5￡7? = lO—2時，對于BPSK，重映射可帶來約l.ldS增益；對于8PSK,增益約3d5。2、M-y = QPSK, JVC2 = 16QAM假設(shè)Grozxpi和Group2分別選用QPSK和16QAM作為編碼調(diào)制方式,故，nxi = 2，m2 = 4。各節(jié)點(diǎn)天線配置滿足4.3節(jié)可行性條件，在MAC階段和BC階段分別利用SSA技術(shù)和INB技術(shù)保證所有用戶通過中繼在兩個時隙內(nèi)完成信息交互。詳細(xì)通信過程見4.3節(jié)

圖4-5 QPSK+16QAM非對稱信道MIMO X系統(tǒng)瑞利衰落信道下的端到端BER圖4-5中實(shí)線表示使用了重映射規(guī)則的系統(tǒng)BER仿真結(jié)果，虛線表示傳統(tǒng)系統(tǒng)的BER仿真結(jié)果。從圖4-5可看出使用重映射的系統(tǒng)性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)性能。在BER = lO—2時，對于QPSK和16QAM，重映射可帶的增益分別為1.5dfi增益和2dfi。4.6本章小結(jié)本章研究了 SSA-NC技術(shù)在一般化的非對稱信道MU-MIMO X網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。用戶根據(jù)信道可支持的最高碼率自適應(yīng)選擇合理的編碼調(diào)制方式，針對非對稱信道系統(tǒng)，中繼上采用基于符號級的ANC-DF網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議。因此，對齊信號星座圖與配對信號的編碼調(diào)制方式直接相關(guān)。基于對齊信號的特性分析，本章提出了一種可同時滿足唯一性原則和保證最小歐式距離最大原則的重映射規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。不論用戶選用的編碼調(diào)制方式如何
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;Practical conditions of signal space alignment for generalized MIMO Y channel[J];Science China(Information Sciences);2012年10期

本文編號：2841008