協(xié)作通信系統(tǒng)中的分布式波束成形技術(shù)研究.pdf

1、近年來,協(xié)作通信技術(shù)以其能夠有效提升系統(tǒng)容量、傳輸可靠性等優(yōu)勢被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注。該技術(shù)通過讓地理上分散的節(jié)點共享彼此的天線資源,以形成一種分布式的多天線系統(tǒng)。如此構(gòu)成的虛擬多輸入多輸出(Multiple-Input-Multiple-Output, MIMO)系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)MIMO技術(shù)對天線設(shè)備的限制,因而在很多通信網(wǎng)絡(luò)中都具有非常廣闊的應(yīng)用前景。由于協(xié)作通信技術(shù)本質(zhì)上是一種虛擬的MIMO,這使得對傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的研究為發(fā)展分

2、布式系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。針對協(xié)作中繼技術(shù)的研究主要集中在中繼選擇、分布式空時碼、分布式波束成形等范疇。本文重點關(guān)注其中的分布式波束成形技術(shù),主要研究成果如下:
　　首先,關(guān)注基于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議、信源配備多天線的單中繼網(wǎng)絡(luò)。推導(dǎo)了該系統(tǒng)精確的中斷概率及平均誤符號率,并給出漸近中斷概率及一個很緊的誤符號率下界。在此基礎(chǔ)上,提出了兩種最優(yōu)的功率分配策略。其次,關(guān)注基于混合轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的多中繼協(xié)作系統(tǒng),所有中繼采用分布式波束成形的方式轉(zhuǎn)發(fā)信號。推導(dǎo)

3、了該系統(tǒng)中斷概率上下界的閉式表達(dá)式,并分析了系統(tǒng)的分集階數(shù)。當(dāng)有不超過一個中繼采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議時,系統(tǒng)可以獲得滿分集。仿真結(jié)果驗證了所給理論分析的準(zhǔn)確性。
　　針對具有兩跳信息泄露的單向放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò),提出了一種有效的安全傳輸方案。與傳統(tǒng)方案不同,在所提方案中干擾中繼不是單純的發(fā)射人工噪聲,而是發(fā)射有用信號和人工噪聲的混合信號。這使得干擾中繼能夠在混淆竊聽節(jié)點的同時給目的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)密信息,通過提高目的節(jié)點的接收信噪比進(jìn)而提升了系

4、統(tǒng)的安全速率。利用雙層優(yōu)化的思想,可以獲得一組次優(yōu)的波束成形權(quán)向量和人工噪聲協(xié)方差矩陣。仿真結(jié)果驗證了所提方案的優(yōu)勢。
　　考慮雙向放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)中的抗竊聽問題,在各中繼自身功率約束下,提出了一種基于安全和速率最大化的聯(lián)合波束成形和人工噪聲設(shè)計。為了有效求解該非凸的優(yōu)化問題,給出了基于一階泰勒展開的近似算法。而后,采用連續(xù)凸近似的思想進(jìn)行有限次迭代,旨在進(jìn)一步提升近似效果并獲得一組高質(zhì)量的近似解。由于引入了人工噪聲,通過證明可以