無線MIMO與協(xié)作通信系統(tǒng)的分析與設計.pdf

1、為了解決全球移動用戶數(shù)量不斷增加和高速率、寬帶無線業(yè)務量迅速增長所帶來的無線業(yè)務需求與有限頻譜資源之間的矛盾，以及抵抗無線衰落損傷、提高通信系統(tǒng)可靠性和增加系統(tǒng)傳輸速率，多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)和協(xié)作(Cooperative)通信技術(shù)成為目前無線通信領(lǐng)域的研究熱點。MIMO技術(shù)充分開發(fā)空間資源，利用多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要損失額外頻譜和發(fā)射功率資源的情況下可以成倍的提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率；而協(xié)作通信技術(shù)在源節(jié)點與目的節(jié)

2、點之間構(gòu)建多條通信鏈路，形成一個虛擬的MIMO系統(tǒng)，從而為小型移動設備的MIMO實用化提供了一條嶄新的出路。
　　 本文圍繞MIMO通信系統(tǒng)和協(xié)作通信系統(tǒng)展開深入的研究。在追蹤報道國內(nèi)外無線MIMO與協(xié)作通信相關(guān)工作的基礎(chǔ)上，分別研究了MIMO信道容量和系統(tǒng)性能、協(xié)作中繼網(wǎng)絡下的分集性能以及跨層設計四個方面。主要結(jié)果如下：
　　 1、研究了Raylagh衰落環(huán)境下具有同信道干擾和發(fā)射空間相關(guān)性的MIMO信道容量問題。在假

3、定接收端完美的知道信道狀態(tài)信息(CSI)，但發(fā)送端不知道CSI的情況下，依據(jù)多元統(tǒng)計分析，特別是矩陣變量分布理論，推導出MIMO信道互信息矩生成函數(shù)和各態(tài)歷經(jīng)信道容量的確切閉式表達式。
　　 2、研究了基于發(fā)射分集的空時分組碼系統(tǒng)?；跀?shù)值積分中的梯形法，對Rician—Nakagami信道中正交空時分組碼(OSTBC)系統(tǒng)進行近似性能分析，并給出了簡潔而有效的近似性能表達式。通過對近似曲線與精確曲線的仿真比較，驗證了梯形近似的

4、良好效果。由于采用較小分段數(shù)目就能滿足實際需求，因此所給出的近似表達式會使系統(tǒng)性能分析和仿真的復雜度大幅降低。
　　 3、研究了基于接收分集的最優(yōu)合并(OC)系統(tǒng)。主要針對在不等功率干擾和噪聲下的OC性能進行分析。利用矩陣變量超幾何函數(shù)，推出了OC輸出信干噪比(SINR)的特征函數(shù)確切表達式，該表達式是以行列式形式給出，其上元素都能用簡單的一重積分來表示。
　　 4、研究了采用信噪比門限和硬判決檢測的無線協(xié)作前向放大(A

5、F)中繼網(wǎng)絡分集性能。對于兩跳情況，推出了端到端的誤比特概率和中斷概率的數(shù)學表達式，分析了無線協(xié)作網(wǎng)絡的分集性能。然后將該分集分析推廣到每一個中繼鏈路都需要多個門限的多跳協(xié)作情景。理論分析和仿真結(jié)果表明，隨著信噪比的增加，所提出的基于信噪比門限的方案和使用所有源節(jié)點到中繼鏈路的CSI的方案相比，二者的性能是非常接近的。
　　 5、針對前向譯碼(DF)協(xié)作無線傳感器網(wǎng)絡的特點和要求，提出了一種通過把物理層的等增益合并(EGC)和數(shù)