全双工MIMO中继系统波束成形与检测算法的研究

摘要

全双工中继系统能够在相同频率和时间内，同时发送和接收信号，因此与半双工中继相比成倍提高频谱效率。但是由于中继收发端之间存在着信号泄漏，产生了自干扰问题，自干扰使得中继系统性能严重恶化，因此，实现全双工技术的挑战在于如何有效管理全双工带来的自干扰。本文主要围绕译码转发以及放大转发协议下全双工多输入多输出(Multiple-input multiple-output，MIMO)中继系统展开，重点对波束成形抑制干扰算法以及检测算法进行了研究，主要研究工作如下:
　　（一）针对译码转发全双工MIMO中继系统干扰抑制问题，为了更好地抑制干扰提高性能，提出了一种迭代波束成形结构（Iterative beamforming structure，IBS），该算法在中继站采用基于最大化信干噪比(Maximizing signal-to-interference-and-noiseratio，Max-SINR)接收波束成形来抑制中继端的自干扰以及最大化信泄噪比(Maximizing signal-to-leakage-plus-noise ratio，Max-SLNR)发射波束成形来减少中继发送端泄漏到中继接收端的信号。随后，针对抑制后存在的残余干扰，提出了一种低复杂度的基于白化滤波的最大似然检测器。仿真结果表明，提出的IBS算法性能明显优于现有的算法，而且提出的低复杂度检测器与传统最大似然检测器相比，显著的降低了复杂度，并提高了系统的误码性能。
　　（二）针对放大转发的全双工MIMO中继系统，为了进一步提高系统信息传输速率，提出了一种高性能的组合波束成形方案，该组合在源节点和目的节点采用奇异值分解(Singular value decomposition，SVD)的波束成形，而在中继站采用基于Max-SINR接收加Max-SLNR发射组合波束成形算法。随后在两者之间引入迭代结构，进一步优化波束成形矩阵。仿真结果表明，所提出的组合算法速率性能优于现有的波束成形组合。

目录

声明

摘要

符号表

缩略语表

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 全双工中继系统的发展过程

1．2．2 全双工中继系统研究现状

1．2．3 全双工中继系统的新热点

1．3 论文主要结构

2 全双工中继系统的基本原理

2．1 全双工MIMO中继系统模型

2．2 中继处理协议

2．2．1 译码转发

2．2．2 放大转发

2．2．3 编码协作

2．2．4 压缩转发

2．3 传输方向

2．4 自干扰消除

2．4．1 时域消除

2．4．2 空域抑制

2．4．3 时域与空域联合抑制技术

2．5 本章小结

3 基于DF全双工MIMO中继系统迭代波束成形与低复杂度检测算法

3．1 引言

3．2 系统模型

3．3 经典的波束成形与检测算法

3．3．1 零空间投影波束成形

3．3．2 最小均方误差波束成形

3．3．3 迫零检测

3．3．4 最小均方误差检测

3．3．5 最大似然检测

3．4 提出的中继端迭代波束成形算法

3．5 提出的低复杂度基于白化滤波的最大似然检测

3．5．1 提出的基于白化滤波的最大似然检测

3．5．2 提出的低复杂度最大似然检测

3．6 仿真结果与分析

3．7 本章小结

4 基于AF全双工MIMO中继系统高性能波束成形算法

4．1 引言

4．2 系统模型

4．3 中继端功率归一化

4．4 现有的组合波束成形算法

4．4．1 基于SVD的组合波束成形方案

4．4．2 基于SVD+ZF的组合波束成形方案

4．4．3 两种基于SVD+MMSE的组合波束成形方案

4．4．4 基于SVD+SLNR的组合波束成形方案

4．5 提出的高性能组合波束成形方案

4．6 仿真结果与分析

4．7 本章小结

5 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的科研成果列表