面向5G的全雙工多中繼網絡性能研究.pdf

1、隨著移動用戶數量的快速增長及數據業(yè)務的飛速發(fā)展，下一代無線移動通信網絡（5G）對提升頻譜效率、能量效率和降低時延等提出了更高的要求。尚未分配的毫米波頻段為提升頻譜效率開拓了新方向。但由于毫米波依賴于視距傳輸，在信號發(fā)生遮擋的情況下，需要進行多跳轉發(fā)。協作中繼轉發(fā)被公認為是一種能夠有效擴大無線通信網絡覆蓋范圍、提高通信容量及魯棒性的關鍵技術。此外，適應未來智慧城市的發(fā)展，無線傳感器網絡及無線自組織網絡應用更廣泛，其典型的近距離、高密度、低

2、功率、多跳的通信環(huán)境，也為協作通信技術提供了更為廣闊的應用空間。
　　傳統(tǒng)的通信設備一般工作于半雙工模式，極大地限制了系統(tǒng)的頻譜效率。全雙工中繼技術能夠同時在同一頻帶內發(fā)送和接收信息，理論上可以使頻譜效率提升近一倍。全雙工技術可以較為方便地應用于現有的中繼系統(tǒng)構架，移植性好且應用場景廣闊，是人們公認的面向5G的關鍵技術之一。本文將首先從傳統(tǒng)的半雙工中繼網絡出發(fā)，著重研究全雙工多中繼網絡的中斷概率和分集增益等重要的性能指標。

3、　　本文首先研究了一類等效全雙工雙中繼網絡，通過兩個半雙工中繼輪流幫助信源轉發(fā)信息到信宿，從而以更小的時延和較低的硬件復雜度實現了等效的全雙工中繼轉發(fā)。我們通過采用隨機Markov分析模型，可以較為方便地分析中繼節(jié)點以及信宿側的信號接收性能，進而獲得整個系統(tǒng)端到端的中斷概率解析表達式。仿真實驗結果顯示，與現有半雙工雙中繼網絡比較，所提出的系統(tǒng)在低、中信噪比下有顯著的性能提升。
　　為了進一步提升系統(tǒng)的分集增益同時獲得頻譜效率的提升

4、，本文接著研究了一類等效全雙工多中繼網絡。類似地，本文首先分析了中繼節(jié)點的解碼性能，并推導出系統(tǒng)的中斷概率及在高信噪比情況下的系統(tǒng)漸進性能趨勢，即分集增益和誤碼平層。通過與現有的半雙工多中繼網絡進行比較，所提出的系統(tǒng)在低數據速率情況下具有更好的性能，并能夠獲得近乎全部的分集增益。在高數據速率情況下，所提出的系統(tǒng)具有干擾受限特性。即便如此，在中低信噪比下，所提出的系統(tǒng)能夠獲得顯著的性能提升。
　　為了進一步利用全雙工技術提高頻譜效率