本文關(guān)鍵詞：全雙工通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著人們對(duì)高速通信需求不斷擴(kuò)大,移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速。傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)往往采用頻分雙工(Frequency Division Duplex,FDD)或者時(shí)分雙工(Time Division Duplex,TDD)這兩種半雙工(HalfDuplex,HD)方式進(jìn)行傳輸以避免自身信號(hào)干擾。相對(duì)于半雙工傳輸方式,全雙工通過有效抑制同一系統(tǒng)上發(fā)射端和接收端之間的自干擾,實(shí)現(xiàn)了真正的同時(shí)同頻傳輸,提升近乎一倍的頻譜利用率。因此,研究全雙工技術(shù)與其他關(guān)鍵通信技術(shù)相結(jié)合后的系統(tǒng)性能十分重要。本文分別研究全雙工中繼系統(tǒng)下的信道估計(jì)問題、全雙工系統(tǒng)中的物理層安全問題和全雙工ad hoc網(wǎng)絡(luò)性能問題。論文第二章研究全雙工中繼系統(tǒng)中的信道估計(jì)問題。在本文研究的全雙工多輸入多輸出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)中繼系統(tǒng)中,源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)均工作在全雙工模式中。中繼節(jié)點(diǎn)在接收源節(jié)點(diǎn)信號(hào)的同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)至目的節(jié)點(diǎn)。此時(shí),源節(jié)點(diǎn)通過監(jiān)聽中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)信息估計(jì)其預(yù)編碼設(shè)計(jì)所需信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)。論文首先提出一種無(wú)需中繼節(jié)點(diǎn)反饋的信道估計(jì)算法。基于該算法,論文推導(dǎo)出估計(jì)量的偏差和Cramer-Rao下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB)以檢驗(yàn)算法性能。其次,針對(duì)該算法中中繼節(jié)點(diǎn)天線數(shù)量限制的缺點(diǎn),論文提出了一種改進(jìn)型信道估計(jì)算法。最后,通過數(shù)值仿真結(jié)果和理論結(jié)果的對(duì)比,我們驗(yàn)證了兩種算法的有效性和實(shí)用性。論文第三章研究全雙工系統(tǒng)物理層安全中的密鑰生成問題。在該系統(tǒng)中,合法用戶往往采用循環(huán)器或者分離式天線降低自干擾影響。因此,他們之間的前向和反向信道并不完美互易。針對(duì)該情景下的密鑰生成問題,論文提出了兩種針對(duì)非對(duì)稱信道的密鑰生成算法。一種是基于訓(xùn)練序列的密鑰生成算法,另一種則是基于特征值的密鑰生成算法。在基于訓(xùn)練序列的密鑰生成算法中,兩合法用戶通過估計(jì)相同的復(fù)合信道并量化生成安全密鑰。然而采用公共訓(xùn)練序列估計(jì)信道信息可能造成安全信息泄露。因此,基于特征值的密鑰生成算法利用信道特征值特性,在無(wú)需公共訓(xùn)練序列的情況下生成安全密鑰,有效減少了附近合作竊聽者所能破解的安全信息。通過仿真驗(yàn)證,相對(duì)于其他算法,所提兩種算法在相同情況下均擁有更低的誤密鑰率(Key Error Ratio,KER)。論文第四章研究全雙工ad hoc網(wǎng)絡(luò)性能問題。不同于傳統(tǒng)半雙工節(jié)點(diǎn),全雙工無(wú)線設(shè)備可在同一頻段同時(shí)交互信息。盡管,全雙工傳輸模式可以提高頻譜利用率,但是無(wú)法避免的同頻干擾(Co-Channel Interference,CCI)也使得全雙工ad hoc網(wǎng)絡(luò)性能分析非常復(fù)雜。基于隨機(jī)幾何理論,本文研究了全雙工ad hoc網(wǎng)絡(luò)中傳輸容量問題。為了推導(dǎo)該網(wǎng)絡(luò)下的傳輸容量,論文首先推導(dǎo)出接收信干噪比的概率密度函數(shù)。由于同時(shí)考慮同頻干擾、自干擾和信道噪聲等因素,推導(dǎo)出的概率密度函數(shù)更加貼近實(shí)際情況。其次,論文給出傳輸容量的上界和下界。該上下界算法復(fù)雜度較原函數(shù)復(fù)雜度大大降低。然后,通過研究物理鏈路模型和協(xié)議鏈路模型中的發(fā)送包成功譯碼率,論文給出了最大化傳輸容量的最優(yōu)傳輸策略,并在隨后與半雙工ad hoc網(wǎng)絡(luò)比較中給出相應(yīng)性能分析。最后,通過理論分析和數(shù)值仿真驗(yàn)證,采用最優(yōu)傳輸策略,無(wú)論是使用物理鏈路模型還是協(xié)議鏈路模型,全雙工ad hoc網(wǎng)絡(luò)性能始終優(yōu)于半雙工ad hoc網(wǎng)絡(luò)。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：1305455