本文關(guān)鍵詞： MIMO 信道估計 有限反饋 中繼 物理層安全技術(shù) 天線選擇　出處：《東南大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著移動設(shè)備的普及與廣泛應(yīng)用,人們要求移動網(wǎng)絡(luò)具備高速率的特性,而MIMO技術(shù)正滿足這一需求。MIMO技術(shù)利用空分復(fù)用而提高頻譜效率,但這需要系統(tǒng)可以獲知信道狀態(tài)信息。在實用的系統(tǒng)特別是頻分雙工(FDD)系統(tǒng)中,系統(tǒng)很難獲得完美信道狀態(tài)信息,因此,研究非完美信道狀態(tài)信息對MIMO系統(tǒng)性能的影響就十分必要。本文分別研究非完美信道狀態(tài)信息對多用戶MIMO中繼系統(tǒng)、MIMO接收天線選擇系統(tǒng)和MIMO安全通信系統(tǒng)性能的影響。論文第二章研究非完美信道狀態(tài)信息下多用戶MIMO中繼系統(tǒng)的性能。在本文研究的多用戶MIMO中繼系統(tǒng)中,中繼采用放大轉(zhuǎn)發(fā)的方式,中繼與用戶均采用信道估計技術(shù)估計出信道狀態(tài)信息,然后再利用隨機向量量化方案對信道狀態(tài)信息的估計值進行量化。論文首先推導(dǎo)出該系統(tǒng)和速率的下界,并基于此下界推導(dǎo)和損失速率的一個上界以定量分析信道估計誤差與量化誤差對中繼系統(tǒng)性能的影響。然后,論文根據(jù)此上界分別設(shè)計中繼側(cè)與用戶側(cè)的有限反饋方案,采用此有限反饋方案可以將系統(tǒng)的和損失速率控制在一定的范圍內(nèi)。另外,根據(jù)高信噪比下的系統(tǒng)可達速率,設(shè)計出最優(yōu)的導(dǎo)頻方案。最后,論文還給出系統(tǒng)和速率的上界。論文第三章研究非完美信道狀態(tài)信息下MIMO接收天線選擇系統(tǒng)的系統(tǒng)性能。在該系統(tǒng)中,接收端采用信道估計技術(shù)估計出信道矩陣并根據(jù)估計值選擇信道質(zhì)量最好的一根天線用來接收信號,然后采用隨機向量量化方案對選中的信道向量進行量化。首先,論文考慮只存在量化誤差的場景,針對該場景論文推導(dǎo)出中斷概率與平均誤符號率的閉合表達式,并給出遍歷容量的近似閉合表達式。然后,針對同時存在信道估計誤差與量化誤差的場景,根據(jù)上一場景得到的結(jié)果直接推導(dǎo)出中斷概率與平均誤符號率的閉合表達式、遍歷容量的近似閉合表達式。最后,我們用數(shù)值仿真結(jié)果驗證了兩種場景下推導(dǎo)結(jié)果的正確性,同時表明遍歷容量的近似閉合表達式可以很好地近似遍歷容量。論文第四章與第五章分別研究非完美信息狀態(tài)信息下MISOSE(僅發(fā)送端配置多根天線的安全系統(tǒng))和MIMOME(發(fā)送端和接收端均配置多根天線的安全系統(tǒng))的系統(tǒng)性能。在這兩種系統(tǒng)中,合法接收者分別采用信道估計技術(shù)估計出信道向量與信道矩陣。然后,在MISOSE系統(tǒng)中,采用隨機向量量化對合法接收者信道向量的估計值進行量化；而在MIMOME系統(tǒng)中,采用隨機矩陣量化對合法接收者信道矩陣的估計值進行量化。針對MISOSE系統(tǒng)和MIMOME系統(tǒng),論文第四章和第五章分別推導(dǎo)出對應(yīng)的安全通信速率損失的上界以定量分析信道估計誤差與量化誤差對安全通信系統(tǒng)性能的影響,并根據(jù)該上界,分別設(shè)計出相應(yīng)的有限反饋方案。而在MISOSE和MIMOME系統(tǒng)中,只要采用對應(yīng)的有限反饋方案,安全通信速率損失均可以控制在特定的范圍內(nèi)。另外,針對MIMOME系統(tǒng),第五章還推導(dǎo)出可達安全通信速率的上界。
[Abstract]:With the popularity of mobile devices and applications, people require mobile network has characteristics of high rate, while MIMO technology is using.MIMO technology to meet the needs of spatial multiplexing and improve the spectrum efficiency, but it needs a system can know the channel state information. In practical system especially the frequency division duplex (FDD) system. The system is difficult to obtain perfect channel state information, therefore, study the effect of non perfect channel state information on the performance of MIMO system is very necessary. This paper studies the imperfect channel state information for multi-user MIMO relay system, MIMO receiving antenna selection system and the safety performance of MIMO communication system. The second chapter studies the non perfect performance the channel state information under the multi-user MIMO relay system. In this paper the multi-user MIMO relay system, the relay amplify and forward relay, and users are using the channel The estimation of channel state information, and then use random vector quantization scheme to estimate the channel state information. Firstly, the lower bound value of quantitative push the system speed and derived, and an upper bound of the lower bounds are derived and the loss rate based on quantitative analysis of effect of channel estimation error and quantization error on the performance of relay system. Then, the limited feedback scheme design of relay side and user side according to the upper bound, using the limited feedback scheme and the loss rate of the system can be controlled in a certain range. In addition, according to Gao Xin SNR achievable rate, the optimal pilot design. Finally, this paper also gives the upper bound of the system and the rate of. The third chapter studies the imperfect channel state information MIMO antenna selection system and the performance of the system. In this system, the receiver uses the channel estimation. With estimated channel matrix for receiving antenna signal channel quality best choice according to the estimated value, and then use random vector quantization scheme to quantify the channel vector chosen. First of all, this paper only consider the existence of quantization error for the scene, the scene of the derived outage probability and the average symbol error rate of the closed expression, and given the approximate closed form expressions for the ergodic capacity. Then, with the presence of channel estimation error and quantization error of the scene, a scene according to the results obtained directly derive the outage probability and the average error rate of the closed expression symbol, approximate closed form expressions for the ergodic capacity. Finally, we verify the correctness of the two scenarios derived results the numerical simulation results show that, at the same time approximate closed form expressions for the ergodic capacity can be well approximated ergodic capacity in the fourth and fifth chapter. Of imperfect information state information MISOSE (security system only transmitter with multiple antennas (MIMOME) and security system of the sending end and the receiving end are equipped with multiple antennas) the performance of the system. In these two systems, were used to estimate the legal receiver channel vector and channel matrix technique. Then channel estimation and in the MISOSE system, the estimation of random vector quantization of the legitimate receiver channel vector quantization value; but in the MIMOME system, estimation of random matrix quantization of the legitimate receiver channel matrix using value quantization. According to the MISOSE system and MIMOME system, the upper bound of secure communication rate loss in the fourth chapter and the fifth chapter is derived the quantitative analysis of effect of channel estimation error and quantization error on the performance of security communication system, and according to the upper bound, then presents the limited feedback In the MISOSE and MIMOME systems, if the corresponding finite feedback schemes are adopted, the loss of the security communication rate can be controlled in a specific range. In addition, for the MIMOME system, the fifth chapter also deduces the upper bound of the achievable security communication rate.

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN919.3

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本文編號：1520812