本文關(guān)鍵詞：高效協(xié)同編碼與大規(guī)模天線技術(shù)研究

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【摘要】：在未來的信息化社會,下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)必須提供高速可靠的通信服務(wù),才能滿足人們?nèi)找嬖黾拥耐ㄐ判枨?因此如何提高頻譜效率成了目前研究亟待解決的關(guān)鍵問題之一。本文一方面引入?yún)f(xié)同編碼,通過移動網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點的互相協(xié)作,來充分利用系統(tǒng)的空間和頻率資源;另一方面引入大規(guī)模天線技術(shù),通過大幅度增加基站天線數(shù)目,來消除用戶間干擾,降低快衰落和小區(qū)間干擾的影響。上述新技術(shù)的應(yīng)用,能極大地提升系統(tǒng)的頻譜效率,但對系統(tǒng)設(shè)計帶來了巨大挑戰(zhàn)。本文在新算法設(shè)計、系統(tǒng)性能分析和參數(shù)優(yōu)化等幾方面取得了突破,主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新型的研究成果分為以下幾個方面:提出了基于聯(lián)合干擾消除和最大比合并接收機的新型疊加編碼方案,推導(dǎo)了系統(tǒng)誤比特率的閉式解和上界,驗證了算法的有效性。在下行兩點協(xié)同通信系統(tǒng)中,在傳統(tǒng)疊加編碼接收機的基礎(chǔ)上,將干擾消除的思想引入最大比合并算法,提出了一種新型的聯(lián)合干擾消除與最大比合并接收機。接下來,給出了該系統(tǒng)誤比特率的閉式解和上界。以最小化系統(tǒng)誤比特率為目標(biāo),優(yōu)化了疊加編碼的功率分配因子。仿真結(jié)果驗證了理論推導(dǎo)的正確性,并且證明該方案能有效改善小區(qū)邊緣用戶的性能,從而提升系統(tǒng)總體性能。提出了多向中繼系統(tǒng)中的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)編碼方案,推導(dǎo)了系統(tǒng)誤碼率和吞吐量,優(yōu)化了編碼矩陣。在多個移動用戶通過一個多向中繼的協(xié)助來完成信息交互的系統(tǒng)中,為了使每個用戶均能獲得其他用戶的信息,提出了二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)編碼矩陣的一些基本設(shè)計準(zhǔn)則,并研究了編碼矩陣、噪聲和衰落對用戶的影響。然后,推導(dǎo)了單個用戶誤碼率的閉式解,并推導(dǎo)了系統(tǒng)總體誤碼率的閉式解和上界。接下來分析了系統(tǒng)的吞吐量,從理論上證明二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)能夠提升系統(tǒng)的吞吐量,證明了算法的有效性。為了保證系統(tǒng)的可靠性,以最小化系統(tǒng)總誤碼率上界為目標(biāo),利用有限域數(shù)學(xué)解決了二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)編碼矩陣的優(yōu)化問題。提出了Nakagami-m衰落下空時網(wǎng)絡(luò)編碼的方案,解決了理論性能推導(dǎo)和參數(shù)優(yōu)化這兩個關(guān)鍵問題。在多用戶多中繼單目的端的系統(tǒng)中,在Nakagami-m衰落下,首先利用留數(shù)定理先給出了MPSK和MQAM下系統(tǒng)誤碼率的嚴(yán)格閉式解表達(dá)式。為了給工程應(yīng)用提供參考價值,給出了高信噪比下誤碼率的近似表達(dá)式,并給出了分集增益表達(dá)式。接下來,研究了中繼數(shù)目、中繼位置、Nakagami-m衰落系數(shù)、功率分配和非正交編碼對誤碼率的影響。另外,非正交編碼相比于正交編碼,在獲得相同分集增益的情況下,能夠提供更高的吞吐量。給出了仿真結(jié)果,從而驗證了理論推導(dǎo)的正確性,并說明系統(tǒng)的可靠性得到了大幅度的提升。提出了考慮大尺度衰落的大規(guī)模天線系統(tǒng)方案,首次定量研究了大尺度衰落對系統(tǒng)可達(dá)速率的影響�；谕昝佬诺佬畔⒑头峭昝佬诺佬畔�,首次推導(dǎo)了單個用戶的遍歷可達(dá)速率的近似表達(dá)式,并給出了小區(qū)總體性能的相應(yīng)表達(dá)式。采用了實際通信環(huán)境的典型參數(shù),給出了仿真結(jié)果,從而驗證了理論推導(dǎo)的正確性,并研究了不同大尺度衰落系數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果說明,在大尺度衰落的影響下,城市環(huán)境中的小區(qū)間干擾會降低,滿足了實際通信需求。提出了大規(guī)模天線系統(tǒng)中的分布式天線方案,推導(dǎo)了系統(tǒng)可達(dá)速率,優(yōu)化了天線分布。在任意已知用戶和天線分布的情況下,推導(dǎo)了分布式大規(guī)模天線系統(tǒng)近似可達(dá)速率的閉式解。接著提出了環(huán)形分布式天線,給出了該天線分布下單個用戶的近似可達(dá)速率以及其上界和下界,并在用戶均勻隨機分布的情況下,給出了小區(qū)平均速率近似表達(dá)式。基于理論推導(dǎo)結(jié)果,以最大化系統(tǒng)可達(dá)速率為目標(biāo),解決了環(huán)形分布式天線半徑的優(yōu)化問題。給出了仿真結(jié)果,驗證了理論推導(dǎo)的正確性,并證明了相比于集中式大規(guī)模天線技術(shù),分布式大規(guī)模天線技術(shù)能夠獲得非�？捎^的吞吐量增益。
【關(guān)鍵詞】：協(xié)同編碼 多輸入多輸出 大規(guī)模天線 疊加編碼 網(wǎng)絡(luò)編碼 大尺度衰落 分布式天線 性能分析
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第1章 緒論16-27
• 1.1. 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展情況和未來趨勢16-17
• 1.2. 協(xié)作通信技術(shù)概述17-20
• 1.3. 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)20-22
• 1.4. 大規(guī)模天線技術(shù)22-24
• 1.5. 論文的課題來源及意義24-25
• 1.6. 論文的研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)25-27
• 第2章 下行兩點協(xié)同通信系統(tǒng)中的疊加編碼技術(shù)27-42
• 2.1. 引言27-28
• 2.2. 下行兩點協(xié)同通信系統(tǒng)中疊加編碼的方案設(shè)計28-30
• 2.3. 下行兩點協(xié)同通信系統(tǒng)中疊加編碼的性能分析30-37
• 2.3.1. 系統(tǒng)誤比特率閉式解31-36
• 2.3.2. 系統(tǒng)誤比特率上界36-37
• 2.4. 下行兩點協(xié)同通信系統(tǒng)中疊加編碼的功率分配優(yōu)化37-38
• 2.5. 下行兩點協(xié)同通信系統(tǒng)中疊加編碼的性能仿真38-41
• 2.6. 本章小結(jié)41-42
• 第3章 多向中繼協(xié)作通信系統(tǒng)中的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)42-65
• 3.1. 引言42-43
• 3.2. 系統(tǒng)模型43-45
• 3.3. 設(shè)計準(zhǔn)則45-47
• 3.4. 性能分析47-55
• 3.4.1. 網(wǎng)絡(luò)編碼矩陣分析47-49
• 3.4.2. 系統(tǒng)誤碼性能閉式解49-52
• 3.4.3. 系統(tǒng)誤碼性能上界52-53
• 3.4.4. 系統(tǒng)吞吐量53-55
• 3.5. 網(wǎng)絡(luò)編碼矩陣設(shè)計55-61
• 3.6. 仿真結(jié)果61-64
• 3.7. 本章小結(jié)64-65
• 第4章 多中繼協(xié)作通信系統(tǒng)中的空時網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)65-84
• 4.1. 引言65-66
• 4.2. 系統(tǒng)模型66-69
• 4.3. Nakagami-m衰落下的誤碼性能分析69-76
• 4.3.1. 嚴(yán)格誤碼率的推導(dǎo)70-73
• 4.3.2. 近似誤碼率的推導(dǎo)73-76
• 4.4. 仿真結(jié)果76-81
• 4.4.1. 中繼數(shù)目和相同Nakagami-m衰落參數(shù)的影響76-78
• 4.4.2. 中繼位置的影響78
• 4.4.3. 不同Nakagami-m衰落參數(shù)的影響78-80
• 4.4.4. 不同功率分配的影響80
• 4.4.5. 非正交編碼的影響80-81
• 4.5. 本章小節(jié)81-82
• 4.6. 附錄A82-84
• 第5章 大規(guī)模天線系統(tǒng)中的大尺度衰落分析84-99
• 5.1. 引言84-85
• 5.2. 系統(tǒng)模型85-86
• 5.3. 系統(tǒng)遍歷可達(dá)速率分析86-96
• 5.3.1. 完美信道信息情況下系統(tǒng)的近似遍歷可達(dá)速率86-92
• 5.3.2. 非完美信道信息情況下系統(tǒng)的近似遍歷可達(dá)速率92-96
• 5.4. 仿真結(jié)果96-98
• 5.5. 本章小結(jié)98-99
• 第6章 大規(guī)模天線系統(tǒng)中的分布式天線技術(shù)99-119
• 6.1. 引言99-101
• 6.2. 系統(tǒng)模型和近似可達(dá)速率分析101-104
• 6.2.1. 分布式大規(guī)模天線系統(tǒng)模型101-102
• 6.2.2. 近似可達(dá)速率分析102-104
• 6.3. 環(huán)形分布式天線系統(tǒng)的近似可達(dá)速率104-109
• 6.3.1. 環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下單個用戶的近似可達(dá)速率105-107
• 6.3.2. 環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下小區(qū)平均近似可達(dá)速率107-109
• 6.4. 環(huán)形分布式天線的位置優(yōu)化109-111
• 6.5. 仿真結(jié)果111-115
• 6.5.1. 單個用戶的可達(dá)速率111-112
• 6.5.2. 小區(qū)平均可達(dá)速率112-114
• 6.5.3. 環(huán)形分布式天線半徑的影響114-115
• 6.6. 本章小結(jié)115-116
• 6.7. 附錄B116
• 6.8. 附錄C116-119
• 第7章 總結(jié)與展望119-123
• 7.1. 本文主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新119-120
• 7.2. 本文嚴(yán)謹(jǐn)性說明120-121
• 7.3. 下一步研究的展望121-123
• 參考文獻(xiàn)123-130
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單130-131
• 致謝131

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本文編號：706532