协同多中继系统中的分布式预编码技术研究

摘要

中继系统通过对中继信号灵活多变的处理，使得传输信号获得更多的空间增益，能够极大地改善系统的信号质量及覆盖范围，因此，采用中继技术的宽带无线接入迅速成为目前无线通信领域的研究热点。在蜂窝小区中，中继技术的应用可以提高基站和位于小区边缘的终端之间的链路性能，在热点（ad-hoc）场景下，中继技术的应用可以提高发送端和接收端的通信范围。得益于分布式天线增益和分集增益，中继技术还可以使源节点和目标节点之间的信道容量呈对数型增长。总之，中继技术不仅可以提高系统容量，扩大小区覆盖范围，而且成本低，灵活性好，因此，如何把中继技术应用于IMT-Advanced系统，成为新的无线通信的研究热点。在传统MIMO系统中，预编码技术是一种广泛使用的闭环链路自适应技术，其发展已较为成熟。由于协同系统与MIMO系统的相似性，将预编码技术应用到协同系统中，是提高其频谱效率最有潜力的手段之一。中继系统中的分布式预编码技术已成为未来无线通信技术的研究热点，具有广泛的研究与应用前景。
　　 本文以多中继系统中的分布式预编码技术为研究内容。在概述未来移动通信技术及中继系统的发展之后，论文的第一章简要介绍了多中继系统分布式预编码技术的主要分类及各自的应用场景。论文第二章引出协同中继系统中的多流广播技术，提出了在多流广播场景下应用双向滤波器来获得节点间分集增益的方案，把双向QR技术引入协同中继系统，并提出了对已有的双向QR技术在多流广播系统中的改进方案。
　　 论文的第三章对于协同中继系统中的多流单播技术进行了详细的研究。现有文献中已经对多流单播技术进行了一定的讨论，但是忽视了多流单播中的流间干扰会给系统性能带来损失。针对这个问题，在本文中提出了流间干扰消除方案，根据系统的要求，可以在源节点端或者中继节点处采样一定的滤波或预编码技术消除流间干扰对系统性能的影响；另外，在本文的第四章中提出了一种用于多中继系统多流单播模式的无线中继节点的选择算法。已有文献提供的中继选择算法中，要求源节点获得实时信道信息，从而使系统容量最大化，这就需要大量的信令开销来进行反馈传输。这样会给反馈链路带来沉重的通信负担。有鉴于此，本文提出了一种反馈部分信道信息的中继选择方法，既能够保证获得与反馈实时信道信息相比拟的系统容量性能，又能够大量节省反馈信令的传输开销。通过仿真验证了算法的可行性及优越性。
　　 最后，论文在总结工作的基础上，分析了不足之处和下一步工作的展望。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 移动通信发展状况及新技术简介

1.2 多中继技术的发展现状及基本分类

1.2.1 第1类预编码技术(单中继节点)

1.2.2 第2类预编码技术(多中继节点)

1.2.3 第3类预编码技术(时域预编码)

第2章 多中继系统中的多流广播技术

2.1 系统模型

2.2 双向滤波技术在中继系统中的应用

2.2.1 应用原理

2.2.2 仿真结果

2.3 双向QR分解在中继系统中的应用

2.3.1 应用原理

2.3.2 仿真结果

2.4 多中继系统中基于QR分解技术的换序优化

2.4.1 基于QR分解技术的换序优化原理

2.4.2 仿真结果

2.5 本章小结

第3章 多中继系统中的多流单播技术

3.1 系统模型

3.2 多流单播技术的流间干扰消除

3.2.1 多流单播协同多中继系统分析

3.2.2 发端预编码

3.2.3 中继节点接收滤波及转发

3.2.4 目标节点均衡处理

3.2.5 单播模式转发方案

3.2.6 几种单播实现方案的性能比较与分析

3.3 多流广播和单播的性能比较

3.3.1 S端2天线

3.3.2 S端4天线

3.4 本章小节

第4章 基于多中继系统的单播中继站的选择

4.1 单播传输阶段信号分析

4.2 多址接入阶段分析

4.3 单播模式下的中继选择策略

4.3.1 基于奇异向量的选择策略

4.3.2 基于奇异值及奇异向量的选择策略

4.4 仿真结果

4.4.1 基于奇异向量准则的仿真结果

4.4.2 基于奇异向量及奇异值准则的仿真结果

4.4.3 各中继节点信噪比不等

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文