非理想的雙向AF中繼系統(tǒng)和全雙工中繼系統(tǒng)研究.pdf

1、中繼協(xié)作通信系統(tǒng)本質(zhì)上是一種虛擬的多輸入多輸出(Multiple-Input-Multiple-Output,MIMO)系統(tǒng)，它通過(guò)將地理上分散的結(jié)點(diǎn)彼此共享天線資源，從而解決了由于尺寸、成本等原因在移動(dòng)結(jié)點(diǎn)上布置多天線困難的問(wèn)題，并且可以以較低的發(fā)送功率有效地?cái)U(kuò)大通信的覆蓋范圍、提高系統(tǒng)容量、對(duì)抗衰落，目前已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)并得到了工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并被納入3GPP LTE-A和IEEE802.16等多個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。本文主要研究基

2、于放大轉(zhuǎn)發(fā)的雙向中繼傳輸系統(tǒng)和全雙工單向中繼系統(tǒng)的性能，與傳統(tǒng)的單向半雙工中繼系統(tǒng)相比，其共同點(diǎn)是可以在兩個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成兩次數(shù)據(jù)傳輸。論文的主要工作和貢獻(xiàn)如下：
　　首先，針對(duì)雙向AF中繼系統(tǒng)，考慮實(shí)際系統(tǒng)中存在信道估計(jì)誤差以及非對(duì)稱數(shù)據(jù)速率需求兩個(gè)因素，根據(jù)非對(duì)稱因子的大小，將其分為三類，在Nakagami-m信道下分別推導(dǎo)了該系統(tǒng)的精確系統(tǒng)中斷概率和一個(gè)很緊的下界。為了更好地分析系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)中斷概率的影響，在高信噪比下，推導(dǎo)了

3、系統(tǒng)中斷概率的漸進(jìn)表達(dá)式，結(jié)果表明由于信道估計(jì)誤差的存在，系統(tǒng)中斷概率在高信噪比下出現(xiàn)地板效應(yīng)。以漸進(jìn)系統(tǒng)中斷概率為優(yōu)化目標(biāo)，給出了布置中繼的最優(yōu)位置方案，并在獨(dú)立同分布的Nakagami-m信道中給出了閉式解析式。所得結(jié)論具有一般性和普遍性，仿真結(jié)果證明了所推導(dǎo)公式的正確性和理論分析的實(shí)用性。
　　其次，考慮中繼處I路和Q路信號(hào)失衡的雙向AF中繼系統(tǒng)，對(duì)IQ路失衡經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的補(bǔ)償后，推導(dǎo)了Nakagami-m信道下單向中斷概率解析

4、表達(dá)式和漸進(jìn)表達(dá)式，并分析了信干噪比產(chǎn)生平層效應(yīng)的原因，推導(dǎo)了系統(tǒng)中斷概率的下界和可達(dá)遍歷和容量及其上界，結(jié)果表明無(wú)IQI補(bǔ)償時(shí)，系統(tǒng)的中斷概率和遍歷容量會(huì)出現(xiàn)平層，并且只與硬件的系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，而經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的ZF補(bǔ)償后可以消除平層效應(yīng)。作為一種擴(kuò)展情形，綜合考慮由于實(shí)際硬件不理想而產(chǎn)生的多種損耗，建立了相應(yīng)的雙向AF中繼系統(tǒng)傳輸模型，推導(dǎo)并給出了各自用戶的中斷概率的精確閉式表達(dá)式和漸進(jìn)中斷概率表達(dá)式，得出了對(duì)實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義的結(jié)論。

5、仿真結(jié)果表明了理論分析的準(zhǔn)確性以及功率分配方案的有效性。
　　最后，針對(duì)基于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的全雙工中繼系統(tǒng)，考慮收發(fā)天線之間存在的回環(huán)干擾衰落信道，推導(dǎo)了Nakagami-m信道下單中繼全雙工譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)和采用機(jī)會(huì)中繼選擇的多中繼系統(tǒng)的中斷概率解析式。以系統(tǒng)遍歷容量最大為目標(biāo)，在兩種不同功率限制條件下，分別給出了最優(yōu)功率分配策略，并與等功率分配的情形進(jìn)行了對(duì)比，分析了回環(huán)干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明在較低的發(fā)送功率和在較高的數(shù)