MIMO中继网络中波束成形技术的研究

摘要

本文研究了多输入多输出(MIMO)技术、中继(Relay)技术和波束成形(Beamforming)技术在无线蜂窝通信系统中的应用,在分析和设计中考虑了多个中继和多个用户的系统模型。我们首先考虑了单用户的情况,然后考虑了多用户的情况,最后考虑了更多用户数时存在用户选择的情况。对于中继节点的工作模式,假设所有的节点都是半双工( Half-Duplex),即不能同时发射和接受数据,放大传输(Amplify-and-Forward, AF)的,基站和用户之间没有直接链路的情形。
　　在实际的无线网络中,无论是基站(Base station, BS),中继节点(Relay node)还是用户终端(User terminal),它们所掌握的实时信道信息(Channel State Information, CSI)往往由于信道估计误差,网络延时,以及有限反馈等原因是不完全的(Imperfect),即和真实的信道信息相比存在一定误差。传统的一些基于完全信道信息的波束成形设计方法在信道信息不完全时性能会严重下降。因此本文设计并提出在MIMO中继网络或在多用户的选择信道中,非理想信道信息下的波束成形,并进而将该方法优化,使得其在信道信息不完全时也具有较好性能。该优化方法主要是将波束成形矩阵中的正规化系数根据系统参数进行优化,使传输系统的速率达到最大。
　　通过仿真性能比较和理论分析,可以观察到通过运用该方法系统的速率有了一定提高,尤其是在信道信息不完全的情况下,其鲁棒性比较明显。仿真实验验证也证明实验结果与理论分析的数据相吻合。最终得到的具有鲁棒性波束成形为非理想信道中的类似模型的性能研究提供了思路、方法和可供参考的结论。由于本文中的信道信息误差被建模为复高斯分布,今后的研究工作可以在此基础上对于具体的信道信息模型进一步展开。

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缩略语表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2本领域研究现状

1.3研究内容及思路

1.4本文的创新点

1.5本论文的结构

1.6文中数学符号说明

第二章 中继技术概述

2.1 协作中继通信的起源

2.2 协作中继通信的双工模式

2.3 协作中继通信的经典模型

2.4 中继的信号处理方式

2.5 本章小结

第三章 MIMO系统以及信号处理技术

3.1 MIMO概述

3.2 MIMO技术在未来无线标准中的应用

3.3 MIMO中传统的信号处理技术及存在的问题

3.4本章小结

第四章 基于不完全CSI的波束形成优化设计

4.1现有的MIMO中继波束成形方法及不足

4.2单用户中继信道

4.3多用户中继广播信道

4.4本章小结

第五章 用户选择信道中的波束成形的改进

5.1系统模型与用户选择算法

5.2非完全信道信息下的预编码设计

5.3实验结果与分析

5.4本章小结

第六章 总结讨论与展望

6.1本文的总结

6.2讨论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表与提交的论文