分布式波束成形下的中繼協(xié)作研究.pdf

1、協(xié)作通信能夠利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的閑散節(jié)點(diǎn)資源實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速可靠傳輸，而MIMO 技術(shù)為其有效整合和利用網(wǎng)絡(luò)資源提供了一種方法。協(xié)作通信利用節(jié)點(diǎn)資源形成虛擬多天線系統(tǒng)，使得 MIMO 技術(shù)可以在協(xié)作通信系統(tǒng)中應(yīng)用。波束成形是MIMO系統(tǒng)中一種能夠獲得滿分集增益和高能量效率的傳輸技術(shù)，可以應(yīng)用于協(xié)作通信系統(tǒng)，被稱為分布式波束成形。因此，認(rèn)識(shí)和研究分布式波束成形能夠推動(dòng)MIMO 技術(shù)在協(xié)作通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　 論文通過(guò)比較分布式波束成形

2、與MIMO系統(tǒng)波束成形的差異，指出了分布式波束成形下中繼協(xié)作需要研究的問(wèn)題，并提出了有效的解決方法。本文圍繞該研究思路，進(jìn)行了下列工作：
　　 首先，由于受到信道衰落和噪聲的影響，中繼節(jié)點(diǎn)得到的轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)可能包含噪聲或錯(cuò)誤?？紤]中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式對(duì)波束成形矢量設(shè)計(jì)的影響，本文針對(duì)解調(diào)-轉(zhuǎn)發(fā)，研究了中繼解調(diào)錯(cuò)誤對(duì)分布式波束成形性能的影響，提出了波束成形矢量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并依據(jù)該準(zhǔn)則設(shè)計(jì)了波束成形碼本。實(shí)驗(yàn)證明所提設(shè)計(jì)方法能夠降低系統(tǒng)的錯(cuò)誤概

3、率，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)復(fù)雜度和性能的折中。為了降低中繼復(fù)雜度和目的節(jié)點(diǎn)獲取全局信道狀態(tài)信息的難度，提出了一種基于門限選擇的協(xié)作機(jī)會(huì)波束成形方法，給出了門限值的計(jì)算方法，詳細(xì)分析了系統(tǒng)的平均接收信噪比，并討論了門限選擇算法對(duì)最優(yōu)協(xié)作區(qū)域的影響。實(shí)驗(yàn)證明該算法有效地降低了波束成形矢量的計(jì)算和目的節(jié)點(diǎn)獲取全局信道狀態(tài)信息的難度。
　　 其次，分布式波束成形的反饋鏈路是廣播信道，與MIMO系統(tǒng)相比，其反饋信息更容易發(fā)生錯(cuò)誤，且中繼獨(dú)立解碼造成各

4、中繼獲得的反饋信息可能互不相同。本文提出了一種分析反饋錯(cuò)誤影響的方法，給出了反饋錯(cuò)誤概率與系統(tǒng)性能的關(guān)系，并討論了抑制反饋錯(cuò)誤影響的方法。在單中繼選擇系統(tǒng)中，論文給出了信道傳輸速率上界，提出了功率分配方案以最大化信道傳輸速率上界。
　　 實(shí)驗(yàn)證明此功率分配方案能夠有效抑制反饋錯(cuò)誤的影響，提高了信道傳輸速率，而且證明了中繼數(shù)量受到反饋錯(cuò)誤的限制。在多中繼選擇系統(tǒng)中，研究了反饋信息與反饋信號(hào)之間的映射函數(shù)，提出了一種映射函數(shù)的設(shè)計(jì)方

5、法以最大化平均接收信噪比。理論分析和實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)方法得到的映射函數(shù)優(yōu)于隨機(jī)映射，使得接收信噪比損失隨反饋錯(cuò)誤概率線性增加，而且信噪比損失存在上界。在分布式波束成形系統(tǒng)中，研究了存在反饋錯(cuò)誤的波束成形碼本設(shè)計(jì)。由于最優(yōu)碼本設(shè)計(jì)方法復(fù)雜度高、收斂性差，提出了一種簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)碼本設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明旋轉(zhuǎn)碼本性能優(yōu)于矢量量化碼本。最后，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多對(duì)用戶同時(shí)通信時(shí)，干擾成為限制系統(tǒng)信息傳輸速率的主要因素。本文考慮了分布式波束成形的干擾消除問(wèn)題。

6、與MIMO系統(tǒng)不同，由于中繼資源受限且各中繼獨(dú)立解碼，因而不能采用接入-廣播的形式去除用戶間干擾。針對(duì)該問(wèn)題，文章研究了中繼采用分布式波束成形的干擾對(duì)齊技術(shù)，在保證干擾信道空間自由度不變的條件下，給出了所需中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)與用戶數(shù)、中繼天線數(shù)之間的關(guān)系，并提出了中繼波束成形矢量的計(jì)算和優(yōu)化方法。
　　 仿真顯示給出的最少中繼數(shù)能夠獲得干擾信道自由度，減少了協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼數(shù)；提出的波束成形矢量?jī)?yōu)化算法能夠有效提高信息傳輸速率。