【摘要】：多用戶多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)允許多個(gè)用戶在相同的時(shí)頻資源下工作,能夠有效提高系統(tǒng)容量,但用戶間干擾問(wèn)題限制了系統(tǒng)性能的提升。而協(xié)作通信技術(shù)能夠更好地挖掘多用戶MIMO系統(tǒng)內(nèi)在的空間分集增益,擴(kuò)大覆蓋范圍,改善系統(tǒng)整體性能。但結(jié)合兩種技術(shù)的多用戶協(xié)作通信方案往往存在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、編碼及檢測(cè)復(fù)雜度高等問(wèn)題。為此,本文開展了如下研究工作。(1)研究了多用戶MIMO系統(tǒng)的基本信道模型和干擾處理方法,重點(diǎn)研究了兩種經(jīng)典的干擾對(duì)齊方案。一種是基于Alamouti結(jié)構(gòu)編碼的干擾對(duì)齊方案,該方案利用Alamouti結(jié)構(gòu)的正交性消除用戶間的干擾；另一種方案在發(fā)射端未知信道狀態(tài)信息的條件下,通過(guò)設(shè)計(jì)合理的空時(shí)編碼傳輸方式,實(shí)現(xiàn)兩用戶MIMO干擾信道下的干擾對(duì)齊。(2)分析了協(xié)作通信的基本模型和協(xié)作中繼傳輸?shù)慕?jīng)典轉(zhuǎn)發(fā)方式,深入研究了在多天線MIMO通信系統(tǒng)中采用循環(huán)延遲分集(Cyclic Delay Diversity, CDD)技術(shù)降低編碼及檢測(cè)復(fù)雜度的內(nèi)在機(jī)理。研究結(jié)果表明,使用CDD技術(shù)可在獲得分布式無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)潛在分集增益的同時(shí),簡(jiǎn)化整個(gè)通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。(3)基于上述的研究成果,提出了一種低檢測(cè)復(fù)雜度的兩用戶多天線協(xié)作通信傳輸方案。該傳輸方案中所有節(jié)點(diǎn)均配備多根天線,整個(gè)傳輸過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段,兩通信用戶首先對(duì)待傳輸信號(hào)進(jìn)行正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)調(diào)制,然后采用基于干擾對(duì)齊思路設(shè)計(jì)的空時(shí)分組碼對(duì)各個(gè)子載波上的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行編碼,以在獲得系統(tǒng)分集性能的同時(shí),易于實(shí)現(xiàn)接收端的干擾分離,將編碼后的信號(hào)廣播發(fā)送給所有的中繼節(jié)點(diǎn)；第二階段,為降低檢測(cè)復(fù)雜度,在中繼轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中引入CDD方式。各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)采用不同的循環(huán)延遲量對(duì)各自接收到的信號(hào)進(jìn)行循環(huán)延遲操作后再放大轉(zhuǎn)發(fā)給接收節(jié)點(diǎn),在接收節(jié)點(diǎn)處基于發(fā)射端的空時(shí)編碼原則設(shè)計(jì)合理的迫零消除矩陣去除用戶間的干擾,獲得期望信號(hào)。理論分析和仿真結(jié)果表明,本文提出的傳輸方案可在兩用戶多天線協(xié)作通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的編碼和檢測(cè),能夠獲得較大的空間分集增益和良好的誤比特性能,中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加不會(huì)對(duì)接收端的檢測(cè)復(fù)雜度產(chǎn)生影響,具有一定的實(shí)用性。
[Abstract]:Multi-user multiple-input multiple-output (Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) wireless communication network allows multiple users to work under the same time-frequency resources, which can effectively improve the system capacity. However, inter-user interference problem limits the performance of the system. The cooperative communication technology can better mine the spatial diversity gain of the multi-user MIMO system, expand the coverage and improve the overall performance of the system. However, the multi-user cooperative communication scheme based on two technologies often has some problems, such as complex network structure, high complexity of coding and detection, and so on. In this paper, the following research work is carried out. (1) the basic channel model and interference processing methods of multi-user MIMO systems are studied, and two classical interference alignment schemes are studied. One is an interference alignment scheme based on Alamouti structure coding, which utilizes the orthogonality of Alamouti structure to eliminate interference between users, the other is to design a reasonable space-time coding transmission mode under the condition of unknown channel state information at the transmitter. The interference alignment of two user MIMO interference channels is realized. (2) the basic model of cooperative communication and the classical forwarding mode of cooperative relay transmission are analyzed. The inherent mechanism of using cyclic delay diversity (Cyclic Delay Diversity, CDD) to reduce the complexity of coding and detection in multi-antenna MIMO communication systems is studied. The results show that using CDD technology can simplify the complexity of the whole communication system while obtaining the potential diversity gain of the distributed wireless communication network. (3) based on the above research results, In this paper, a low detection complexity scheme for two user multi-antenna cooperative communication is proposed. In this transmission scheme, all nodes are equipped with multiple antennas, and the whole transmission process can be divided into two stages: in the first stage, the two communication users first perform orthogonal frequency division multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM) modulation for the transmitted signal. Then the space-time block codes designed based on interference alignment are used to encode the modulation signals on each sub-carrier, so that the system diversity performance can be obtained and the interference separation at the receiver can be easily realized at the same time. The encoded signal broadcast is sent to all relay nodes. In the second stage, in order to reduce the detection complexity, the CDD mode is introduced in the relay forwarding process. Each relay node uses different cyclic delay to perform cyclic delay operation on each received signal, and then amplifies and forwards it to the receiving node. Based on the space-time coding principle of the transmitter at the receiving node, a reasonable zero-forcing elimination matrix is designed to remove the interference between users and obtain the desired signal. Theoretical analysis and simulation results show that the proposed transmission scheme can achieve simple coding and detection in a two-user multi-antenna cooperative communication system, and can achieve large spatial diversity gain and good bit error performance. The increase of the number of relay nodes will not affect the detection complexity of the receiver, and it is practical.
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN919.3

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本文編號(hào)：2231787