中繼網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合協(xié)作波束形成.pdf

1、為應(yīng)對人們對無線通信爆炸式的增長，多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)通過在源節(jié)點和目的節(jié)點安置多天線進而實現(xiàn)收發(fā)端之間的分集和復(fù)用增益，有效地提高頻譜利用率。但是受移動設(shè)備體積、成本和電池壽命的限制，在收發(fā)端安置多天線是不可行的，在這樣的背景下協(xié)作通信產(chǎn)生并得到長足發(fā)展。
　　在協(xié)作通信中，用戶可以作為分布式的中繼節(jié)點形成從源節(jié)點到目的節(jié)點的多重路徑，這些分布式節(jié)點實際上便形成了一個虛擬的MIMO系統(tǒng)。協(xié)作通信同樣可以實現(xiàn)分集和復(fù)用增益

2、，并且克服了傳統(tǒng)MIMO的弊端。然而協(xié)作通信中各節(jié)點加權(quán)向量的賦值是一個至關(guān)重要的問題，在實際應(yīng)用中需要我們盡量在提高系統(tǒng)性能的同時降低計算復(fù)雜度，以滿足通信實時性的需求。
　　協(xié)作通信發(fā)展到今天已有多種實現(xiàn)策略，包括放大轉(zhuǎn)發(fā)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)、壓縮轉(zhuǎn)發(fā)等，其中放大轉(zhuǎn)發(fā)由于僅需要放大中繼所接收的噪聲信號并且向目的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，而不用對信號本身進行預(yù)測，故其與其他策略相比實現(xiàn)簡單、性能較優(yōu)。放大轉(zhuǎn)發(fā)方式備受研究者關(guān)注，在多種不同的信道狀態(tài)信息情

3、況下被研究，同樣它也是本文研究將采用的協(xié)作策略。
　　已有的中繼協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)模型中，比如多源多中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)、多跳多中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)等，包含不止一個波束成形加權(quán)向量，其波束成形優(yōu)化問題屬于多變量優(yōu)化問題，直接解決較為困難。已有的波束成形設(shè)計方法或者計算復(fù)雜度過高，或者性能不夠優(yōu)越。本文以中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)波束成形為主線，重點研究了兩類網(wǎng)絡(luò)模型，提出了多種性能更為出色的波束成形設(shè)計方法，實現(xiàn)了多變量問題的聯(lián)合優(yōu)化。論文的主要研究內(nèi)容及貢獻點如下

4、:
　　我們研究了三跳中繼協(xié)作通信模型，由于信道衰落的影響，源節(jié)點與目的節(jié)點之間只能依次通過兩個中繼節(jié)點簇通信而不存在其他通信鏈路。兩個中繼節(jié)點簇在放大轉(zhuǎn)發(fā)策略下其實形成了虛擬的MIMO系統(tǒng)。本文將研究兩種不同的分布式波束成形方法。該設(shè)計方法都是多變量非凸的優(yōu)化問題，我們將通過聯(lián)合運用迭代法和凸優(yōu)化確定最佳的中繼節(jié)點波束成形權(quán)值向量。仿真結(jié)果表明，我們的波束成形方法與現(xiàn)有方法相比可以提高能量效率并且獲得更高的SNR。
　　考

5、慮多源多中繼協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)模型，該模型的波束成形優(yōu)化問題包含中繼加權(quán)向量和基站端最優(yōu)化均衡向量兩個優(yōu)化變量。與已有的方法不同，我們通過運用遺傳算法，將多變量問題轉(zhuǎn)化成單一變量的優(yōu)化問題，進而可以容易的解決。該方法在概率上可以實現(xiàn)全局最優(yōu)，性能得到提升但計算復(fù)雜度有所增加。
　　同樣對于上述多源多中繼協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)模型，通過發(fā)掘了兩個優(yōu)化向量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，將其中均衡向量表示成中繼加權(quán)向量的閉式解形式，通過schur補等數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換將原多變