本文關(guān)鍵詞：基于星座分解的空時(shí)調(diào)制技術(shù)研究　出處：《鄭州大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著智能移動(dòng)終端數(shù)量的急劇增長(zhǎng),無線頻譜資源日趨匱乏,目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)將不能滿足未來社會(huì)的需求。因此,面向未來的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)無線接入技術(shù)的頻譜效率、能量效率、用戶接入數(shù)量和端到端時(shí)延等提出了更高的要求。大規(guī)模MIMO具有高空間分辨率,能夠提供更高的頻譜效率、能量效率和更大的用戶接入數(shù)量,因而受到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注并普遍被認(rèn)為是5G的潛在關(guān)鍵技術(shù)之一。空時(shí)調(diào)制將發(fā)送信號(hào)進(jìn)行空間上的擴(kuò)展,可以在不增加傳輸帶寬的情況下顯著提高系統(tǒng)的傳輸速率和可靠性,將成為5G的重要組成部分。此外,協(xié)作中繼技術(shù)因其可以提供協(xié)作分集增益也同樣吸引了國內(nèi)外大批學(xué)者的注意。于是本文將以空時(shí)調(diào)制技術(shù)為出發(fā)點(diǎn),分別將其與大規(guī)模MIMO和多天線協(xié)作認(rèn)知中繼通信進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,通過星座分解消除其多用戶發(fā)送信號(hào)之間的相互干擾,進(jìn)而研究了不同場(chǎng)景下的空時(shí)調(diào)制設(shè)計(jì)及檢測(cè)技術(shù)。具體而言本論文的創(chuàng)新性工作主要集中在以下幾個(gè)方面:1.多天線協(xié)作認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)(CCRN)利用波束賦形進(jìn)行協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率,但該方法需要知道所有用戶的信道狀態(tài)信息且不能有效區(qū)分具有相關(guān)信道的不同用戶。針對(duì)上述不足,本文提出了一種基于唯一分解星座對(duì)(UFCP)和空時(shí)調(diào)制技術(shù)的UFCP-CCRN協(xié)作傳輸模型。在該UFCPCCRN中,主、次用戶分別使用UFCP的兩個(gè)子星座進(jìn)行信息傳輸,且次用戶利用空時(shí)調(diào)制的方式進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā),在轉(zhuǎn)發(fā)主用戶信息的同時(shí)將自己的信息發(fā)送出去。該UFCP-CCRN只需要在接收端知道相應(yīng)的信道狀態(tài)信息即可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)。同時(shí),推導(dǎo)了主、次用戶基于最大似然(ML)檢測(cè)的成對(duì)錯(cuò)誤概率,并從理論上證明了在中、高信噪比(SNR)通信環(huán)境中,利用ML檢測(cè)可以達(dá)到全分集增益。此外,在主、次用戶總發(fā)送功率受限的約束下研究了其發(fā)送功率分配優(yōu)化問題。通過仿真分析得出,在高SNR的情況下,UFCP-CCRN要明顯優(yōu)于現(xiàn)有多天線CCRN中的迫零波束賦形方法。2.在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上行鏈路中,針對(duì)多用戶同時(shí)頻傳輸?shù)母蓴_消除問題,本文從多用戶信號(hào)設(shè)計(jì)及聯(lián)合檢測(cè)的角度出發(fā),提出了一種已知大尺度衰落的多用戶聯(lián)合空時(shí)調(diào)制方案,實(shí)現(xiàn)了接收端多用戶信號(hào)的非相干檢測(cè)。利用大規(guī)模MIMO系統(tǒng)不同信道之間的漸近正交性,本文首先給出了基于唯一分解星座組的多用戶聯(lián)合空時(shí)調(diào)制的一般設(shè)計(jì)方法。同時(shí),基于唯一分解星座設(shè)計(jì)了兩用戶的可逆空時(shí)調(diào)制信號(hào)矩陣,基于十字形8-QAM星座分解設(shè)計(jì)了三用戶的可逆空時(shí)調(diào)制信號(hào)矩陣。通過可逆空時(shí)調(diào)制信號(hào)矩陣的設(shè)計(jì),接收端可以在完成信號(hào)檢測(cè)的同時(shí)進(jìn)行信道狀態(tài)信息估計(jì)。此外,還給出了一種基于拉格朗日四平方和定理的唯一分解星座組生成方法。研究了基于ML、最小黎曼距離、最小歐氏距離以及自相關(guān)的非相干檢測(cè)器。四種檢測(cè)器性能依次下降,但是需要的信息也逐漸減少,可以依據(jù)不同的信道環(huán)境、檢測(cè)性能要求、計(jì)算復(fù)雜度選取不同的檢測(cè)器。3.在快變信道下,針對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上行鏈路的多用戶同時(shí)頻傳輸?shù)母蓴_消除問題,本文進(jìn)一步研究了發(fā)送與接收兩端均無任何信道狀態(tài)信息的兩用戶聯(lián)合空時(shí)調(diào)制及非相干檢測(cè)。首先,基于4-QAM星座分解設(shè)計(jì)了兩用戶的可逆空時(shí)調(diào)制信號(hào)矩陣。其次,研究了基于ML的快速非相干檢測(cè)算法。此外,為了分析大尺度衰落及基站接收天線數(shù)目對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)性能的影響,本文在已知大尺度衰落的情況下推導(dǎo)了系統(tǒng)平均誤比特率的準(zhǔn)確表達(dá)式,并以最小化系統(tǒng)平均誤比特率的緊上界為準(zhǔn)則,研究了兩用戶功率分配優(yōu)化問題并給出了閉合表達(dá)式的功率分配算法。由于該空時(shí)調(diào)制信號(hào)矩陣具有可逆性,所以在正確檢測(cè)之后可用于信道狀態(tài)信息估計(jì),同時(shí)還可以將其擴(kuò)展成多時(shí)隙的空時(shí)調(diào)制。4.在發(fā)送與接收兩端均無任何信道狀態(tài)信息的快變信道下,針對(duì)大規(guī)模MIMO上行鏈路的兩用戶空時(shí)調(diào)制設(shè)計(jì)及非相干檢測(cè)問題,本文進(jìn)一步提出了一種基于高階QAM星座分解的可逆空時(shí)調(diào)制信號(hào)矩陣設(shè)計(jì)方案。當(dāng)基站天線數(shù)目趨向于無窮大時(shí),推導(dǎo)證明了該空時(shí)調(diào)制設(shè)計(jì)的唯一分解性。在給定天線數(shù)目的情況下,研究了三種非相干檢測(cè)器,包括閉式解非相干檢測(cè)器、廣義最小歐氏距離檢測(cè)器和廣義最小黎曼距離檢測(cè)器。然后,在大尺度衰落服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布的情況下,研究了兩用戶的功率分配優(yōu)化問題,并給出了有效的分配方法。同樣地,由于該空時(shí)調(diào)制信號(hào)矩陣為可逆矩陣,所以在正確檢測(cè)之后可用于估計(jì)信道狀態(tài)信息,同時(shí)還可以將其擴(kuò)展成多時(shí)隙的空時(shí)調(diào)制以進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的傳輸。通過對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上行鏈路多用戶聯(lián)合空時(shí)調(diào)制及非相干檢測(cè)的研究得出,本文的空時(shí)調(diào)制及非相干檢測(cè)具有低時(shí)延的特性,尤其適用于快變信道,且只需要最小信道相干時(shí)隙數(shù)目為2個(gè)。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN761;TN919.3

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1311120