基于SC-FDE的同时同频全双工中继传输方案研究

摘要

近年来，FDR（全双工中继）技术作为一个研究热点，引起了越来越多的关注。和传统半双工通信相比，全双工中继系统允许中继节点在相同时间和相同频带内接收和发送信息，理论上可将频谱效率提高至两倍。另外该系统还具有扩大小区覆盖范围和提高服务质量等优点，因此有望成为未来5G通信的关键技术。其应用有助于解决当今社会移动互联网数据业务量剧增的问题。
　　中继节点自干扰水平是影响全双工中继系统性能的核心因素。由于现有技术无法完全消除中继节点的自干扰，残留部分将会在收发环路间反复迭代，影响系统信干噪比。采用放大转发协议的全双工中继系统，能通过最优化放大因子实现良好的自动增益控制效果，达到降低发射信号功率和改善端到端链路质量的目的。传统的增益控制方案认为中继节点接收到来自源节点信号为有用信号，而将由环路干扰信道反馈回来的信号认为是干扰，从而损失了该部分信号功率。
　　本文在传统增益控制的基础上，提出了全双工中继等效信道方案。该方案将中继环路若干次循环以内的信号等效为多径信号，利用SC-FDE（单载波频域均衡）系统循环前缀能克服多径衰落的特点，实现了减小码间串扰、提高FDR系统误码率性能。
　　本文主要工作如下:
　　(1)简要介绍SC-FDE系统结构，通过矩阵理论证明了其循环前缀可以有效得对抗多径衰落，减少码间串扰的原理。
　　(2)研究了FDR系统工作原理，分析了两种经典增益控制方案:最大功率控制和Wichman方案。理论推导了两种方案最优放大因子、最大信干噪比的闭式解和相应的中断概率，并通过仿真结果验证了两种增益控制方案的性能差异。
　　(3)在Wichman方案的基础上，提出了全双工中继等效信道方案。理论推导了该方案的工作原理，利用矩阵证明了等效信道减小码间串扰的原理，得到了该方案最优放大因子和信干噪比的表达式，仿真结果证实了理论分析结果的正确性。并在此基础上研究了中继节点和目的节点噪声、自干扰水平和调制方式对于FDR系统误码率的影响，仿真结果表明所提方案在Wichman方案的基础上进一步提高了系统误码率性能。

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摘要

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第一章 绪论

1．1 全双工中继系统研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容及章节安排

第二章 SC-FDE系统

2．1 衰落

2．1．1 大尺度衰落

2．1．2 小尺度衰落

2．1．3 瑞利和莱斯衰落

2．2 SC-FDE系统结构和数学描述

2．3 SC-FDE系统的性能和指标

2．3．1 信道容量

2．3．2 峰值平均功率比

2．3．3 理论误码率

2．4 抗多径衰落分析

2．5 本章小结

第三章 全双工中继通信系统

3．1 中继协作通信

3．2 中继节点双工方式

3．3 中继转发协议

3．4 全双工中继关键技术

3．4．1 自干扰消除

3．4．2 全双工MAC层设计

3．4．3 全双工算法的设计和实现

3．5 全双工中继系统增益控制分析

3．5．1 系统模型

3．5．2 FDR系统端到端SINR分析

3．5．3 FDR系统增益控制分析

3．5．4 FDR系统中断概率分析

3．6 仿真结果分析

3．7 本章小结

第四章 基于SC-FDE系统的全双工中继传输方案

4．1 系统模型

4．2 全双工中继等效信道

4．2．1 系统模型和原理分析

4．2．2 中继等效信道模型

4．2．3 最优放大因子和信干噪比

4．3 仿真结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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