大規(guī)模MIMO多對放大轉(zhuǎn)發(fā)雙向中繼系統(tǒng)的性能分析.pdf

1、近年來由于無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及無處不在的接入狀態(tài)提出了一種爆炸式的增長需求。近階段的研究文獻(xiàn)驗(yàn)證了在基站安放數(shù)百根天線或更多的超大規(guī)模天線陣列將提升系統(tǒng)性能。大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)因其大幅度提升數(shù)據(jù)速率、更好地降低波束之間干擾等性能優(yōu)勢成為5G無線移動通信的核心技術(shù)之一。
　　在無線通信中，中繼技術(shù)因其大幅度提高系統(tǒng)吞吐量、減小功率消耗以及改善小區(qū)邊緣信號覆蓋等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是下一代移動通信的關(guān)

2、鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)單向中繼的傳輸模式僅僅實(shí)現(xiàn)了在兩個時(shí)隙里傳輸一個數(shù)據(jù)流，而雙向中繼的傳輸模式可以實(shí)現(xiàn)在兩個時(shí)隙里傳輸兩個數(shù)據(jù)流。因此，雙向的中繼傳輸模式較傳統(tǒng)單向中繼的頻譜效率更高。因大規(guī)模MIMO的優(yōu)勢，在雙向中繼中考慮大規(guī)模MIMO自然會顯著提高系統(tǒng)性能，例如:頻譜效率與能量效率。
　　首先，本文提出了一種多對大規(guī)模MIMO的放大轉(zhuǎn)發(fā)雙向中繼系統(tǒng)模型，即在配備了N根天線的中繼與2K個單天線用戶(N》2K)組成的雙向中繼系統(tǒng)中，

3、2K個用戶兩兩組成K對通信對并且通信對間的用戶互相交換信息。由于中繼站不能獲得精確的信道狀態(tài)信息(CSI)，本文針對系統(tǒng)模型的研究分析均是建立在不完備CSI的情況下的。此外，本文的中繼站采用了放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，并分別采用最大比率合并/最大比率傳輸(MRC/MRT)與迫零接收/迫零傳輸(ZFR/ZFT)兩種波束成形預(yù)編碼方法，并在這兩種預(yù)編碼方法下得到了某個通信對內(nèi)的某個用戶的信干噪比率(SINR)，從而進(jìn)一步研究系統(tǒng)的性能。同時(shí)，本文研究并

4、分析了當(dāng)中繼站天線N趨于無窮時(shí)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，如頻譜效率、能量效率與系統(tǒng)遍歷可達(dá)和速率。
　　其次，針對如何節(jié)省雙向中繼系統(tǒng)的能量，本文提出了不同的功率尺度方案，即在保證系統(tǒng)性能的情況下，盡可能降低用戶與中繼站的傳輸功率。同時(shí)，在采用MRC/MRT與ZFR/ZFT兩種預(yù)編碼情況下，系統(tǒng)采用了最小均方誤差估計(jì)的信道估計(jì)方法，考慮兩種導(dǎo)頻信號的傳輸功率Pp的情況，即固定Pp與變化Pp。當(dāng)Pp為可變的情形時(shí)，導(dǎo)頻信號的傳輸功率可執(zhí)行不同