協(xié)作通信系統(tǒng)中的分布式波束成形技術研究.pdf

1、近年來,協(xié)作通信技術以其能夠有效提升系統(tǒng)容量、傳輸可靠性等優(yōu)勢被學術界和工業(yè)界廣泛關注。該技術通過讓地理上分散的節(jié)點共享彼此的天線資源,以形成一種分布式的多天線系統(tǒng)。如此構成的虛擬多輸入多輸出(Multiple-Input-Multiple-Output, MIMO)系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)MIMO技術對天線設備的限制,因而在很多通信網(wǎng)絡中都具有非常廣闊的應用前景。由于協(xié)作通信技術本質上是一種虛擬的MIMO,這使得對傳統(tǒng)MIMO技術的研究為發(fā)展分

2、布式系統(tǒng)奠定了基礎。針對協(xié)作中繼技術的研究主要集中在中繼選擇、分布式空時碼、分布式波束成形等范疇。本文重點關注其中的分布式波束成形技術,主要研究成果如下:
　　首先,關注基于譯碼轉發(fā)協(xié)議、信源配備多天線的單中繼網(wǎng)絡。推導了該系統(tǒng)精確的中斷概率及平均誤符號率,并給出漸近中斷概率及一個很緊的誤符號率下界。在此基礎上,提出了兩種最優(yōu)的功率分配策略。其次,關注基于混合轉發(fā)協(xié)議的多中繼協(xié)作系統(tǒng),所有中繼采用分布式波束成形的方式轉發(fā)信號。推導

3、了該系統(tǒng)中斷概率上下界的閉式表達式,并分析了系統(tǒng)的分集階數(shù)。當有不超過一個中繼采用譯碼轉發(fā)協(xié)議時,系統(tǒng)可以獲得滿分集。仿真結果驗證了所給理論分析的準確性。
　　針對具有兩跳信息泄露的單向放大轉發(fā)中繼網(wǎng)絡,提出了一種有效的安全傳輸方案。與傳統(tǒng)方案不同,在所提方案中干擾中繼不是單純的發(fā)射人工噪聲,而是發(fā)射有用信號和人工噪聲的混合信號。這使得干擾中繼能夠在混淆竊聽節(jié)點的同時給目的節(jié)點轉發(fā)機密信息,通過提高目的節(jié)點的接收信噪比進而提升了系

4、統(tǒng)的安全速率。利用雙層優(yōu)化的思想,可以獲得一組次優(yōu)的波束成形權向量和人工噪聲協(xié)方差矩陣。仿真結果驗證了所提方案的優(yōu)勢。
　　考慮雙向放大轉發(fā)中繼網(wǎng)絡中的抗竊聽問題,在各中繼自身功率約束下,提出了一種基于安全和速率最大化的聯(lián)合波束成形和人工噪聲設計。為了有效求解該非凸的優(yōu)化問題,給出了基于一階泰勒展開的近似算法。而后,采用連續(xù)凸近似的思想進行有限次迭代,旨在進一步提升近似效果并獲得一組高質量的近似解。由于引入了人工噪聲,通過證明可以