非理想的雙向AF中繼系統(tǒng)和全雙工中繼系統(tǒng)研究.pdf

1、中繼協(xié)作通信系統(tǒng)本質(zhì)上是一種虛擬的多輸入多輸出(Multiple-Input-Multiple-Output,MIMO)系統(tǒng)，它通過將地理上分散的結(jié)點彼此共享天線資源，從而解決了由于尺寸、成本等原因在移動結(jié)點上布置多天線困難的問題，并且可以以較低的發(fā)送功率有效地擴大通信的覆蓋范圍、提高系統(tǒng)容量、對抗衰落，目前已經(jīng)成為學術(shù)界的研究熱點并得到了工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并被納入3GPP LTE-A和IEEE802.16等多個國際標準。本文主要研究基

2、于放大轉(zhuǎn)發(fā)的雙向中繼傳輸系統(tǒng)和全雙工單向中繼系統(tǒng)的性能，與傳統(tǒng)的單向半雙工中繼系統(tǒng)相比，其共同點是可以在兩個時隙內(nèi)完成兩次數(shù)據(jù)傳輸。論文的主要工作和貢獻如下：
　　首先，針對雙向AF中繼系統(tǒng)，考慮實際系統(tǒng)中存在信道估計誤差以及非對稱數(shù)據(jù)速率需求兩個因素，根據(jù)非對稱因子的大小，將其分為三類，在Nakagami-m信道下分別推導了該系統(tǒng)的精確系統(tǒng)中斷概率和一個很緊的下界。為了更好地分析系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)中斷概率的影響，在高信噪比下，推導了

3、系統(tǒng)中斷概率的漸進表達式，結(jié)果表明由于信道估計誤差的存在，系統(tǒng)中斷概率在高信噪比下出現(xiàn)地板效應。以漸進系統(tǒng)中斷概率為優(yōu)化目標，給出了布置中繼的最優(yōu)位置方案，并在獨立同分布的Nakagami-m信道中給出了閉式解析式。所得結(jié)論具有一般性和普遍性，仿真結(jié)果證明了所推導公式的正確性和理論分析的實用性。
　　其次，考慮中繼處I路和Q路信號失衡的雙向AF中繼系統(tǒng)，對IQ路失衡經(jīng)過簡單的補償后，推導了Nakagami-m信道下單向中斷概率解析

4、表達式和漸進表達式，并分析了信干噪比產(chǎn)生平層效應的原因，推導了系統(tǒng)中斷概率的下界和可達遍歷和容量及其上界，結(jié)果表明無IQI補償時，系統(tǒng)的中斷概率和遍歷容量會出現(xiàn)平層，并且只與硬件的系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，而經(jīng)過簡單的ZF補償后可以消除平層效應。作為一種擴展情形，綜合考慮由于實際硬件不理想而產(chǎn)生的多種損耗，建立了相應的雙向AF中繼系統(tǒng)傳輸模型，推導并給出了各自用戶的中斷概率的精確閉式表達式和漸進中斷概率表達式，得出了對實際系統(tǒng)設計有指導意義的結(jié)論。

5、仿真結(jié)果表明了理論分析的準確性以及功率分配方案的有效性。
　　最后，針對基于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的全雙工中繼系統(tǒng)，考慮收發(fā)天線之間存在的回環(huán)干擾衰落信道，推導了Nakagami-m信道下單中繼全雙工譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)和采用機會中繼選擇的多中繼系統(tǒng)的中斷概率解析式。以系統(tǒng)遍歷容量最大為目標，在兩種不同功率限制條件下，分別給出了最優(yōu)功率分配策略，并與等功率分配的情形進行了對比，分析了回環(huán)干擾對系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明在較低的發(fā)送功率和在較高的數(shù)