k用户MIMO-Y双向中继信道信号传输算法研究

摘要

近年来，物理层网络编码技术(physical-layer network coding,PNC)和多输入多输出(MIMO)技术由于其良好的性能受到了学者的广泛关注。物理层网络编码技术是将有线网络中的网络编码思想应用到无线网络中，这种思想是使传统无线网络中只负责转发数据的中继节点具备对接收到的数据包进行组合、编码等智能化处理，在一定程度上解决了无线网络中节点间的相互干扰问题，能大大提高网络的吞吐量和节约无线频率资源，同时增强了信息的安全性。多输入多输出(MIMO)技术结合了传统的空间分集技术和空间复用技术的优点，利用多根发射天线和多根接收天线所提供的空间自由度，可以在不需要增加带宽或总功率损耗的情况下有效提高无线通信系统的频谱效率，提升数据传输速率。
　　k用户MIMO-Y信道由k个用户和一个中继组成，每个用户装备Nt根天线，中继装备Nr根天线,用户两两之间通过中继节点实现信息的交换，每个用户在向其他所有用户发送信息的同时，也接收其他所有用户的信息，整个过程耗费两个时隙，分别称为多址接入（multi access channels，MAC）阶段和（broadcast channels，BC）阶段。本文研究了采用物理层网络编码技术在k用户MIMO-Y信道中实现用户间信息交换的信号传输算法，针对已有的SSA-INB方案的矛盾问题，主要研究并提出了在MAC阶段和BC阶段均采用信号空间对齐(signal space alignment，SSA)算法的 SSA-SSA方案以及在 MAC阶段和BC阶段均采用广义信号对齐(general signal alignment，GSA)算法的GSA-GSA方案。前者实现的基本条件为Nr<2Nt，而后者实现的基本条件为Nr>(k-2)Nt，二者在一定程度上可以看做相互补充。
　　本文对SSA-SSA方案和GSA-GSA方案的实现算法进行了详细介绍，并对其系统和速率和复杂度进行了理论分析，最后对信噪比在0到50dB的变化范围内的GSA-GSA方案和SSA-SSA方案的系统和速率进行了仿真分析，并与已有的SSA-INB方案进行了对比。仿真分析表明在相同信噪比以及相同系统自由度的条件下，GSA-GSA方案和SSA-SSA方案的性能优于SSA-INB方案，GSA-GSA方案性能优于SSA-SSA方案。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2课题的研究意义

1.3本文工作安排

第二章 多用户MIMO信道中信号传输相关技术

2.1 MIMO技术

2.2预编码技术

2.3物理层网络编码技术

2.4干扰对齐技术

2.5 本章小结

第三章 基于信号空间对齐算法的信号传输方案

3.1 引言

3.2 SSA-INB方案

3.3 SSA-SSA方案

3.4 本章小结

第四章 基于广义信号对齐算法的信号传输方案

4.1引言

4.2 GSA-GSA模型

4.3 GSA-GSA算法实现

4.4本章小结

第五章 仿真分析

5.1引言

5.2系统天线数目

5.3可达和速率

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1研究结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

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