多向中繼系統(tǒng)收發(fā)信機設(shè)計與性能分析.pdf

1、隨著視頻會議、多人游戲、應(yīng)急與救災(zāi)通信等新型無線應(yīng)用的迅速推廣，多向通信技術(shù)正引起學(xué)術(shù)界與工業(yè)界越來越多的關(guān)注。在多向通信系統(tǒng)中，任一用戶都將自己的消息發(fā)送給其他所有用戶，并接收來自其他所有用戶的消息。當(dāng)分布式的用戶間不都存在直接鏈路時，多向中繼技術(shù)便成為了實現(xiàn)多用戶間信息交換的必要手段。在半雙工中繼的限制下，如何設(shè)計有效的多向中繼協(xié)議與其相應(yīng)的收發(fā)信機成為了實現(xiàn)多向中繼系統(tǒng)的關(guān)鍵。
　　為了研究無線信道中陰影衰落與小尺度衰落特性

2、對中繼傳輸?shù)挠绊?，本文首先給出了同時考慮以上兩種特性的復(fù)合信道模型，即Generalized-K信道模型。在此基礎(chǔ)上，研究了解碼轉(zhuǎn)發(fā)多跳中繼系統(tǒng)的若干性能，即差錯概率、中斷概率、電平通過率以及平均中斷時間等性能。仿真結(jié)果表明當(dāng)無線信道條件較好時，宜采用盡可能多的跳數(shù)以達(dá)到較好的系統(tǒng)性能;相反，當(dāng)無線信道條件較差時，宜采用較少的跳數(shù)來傳輸信號。
　　為實現(xiàn)多向通信，本文以空分多址(Space Division Multiple Ac

3、cess，SDMA)技術(shù)為基礎(chǔ)，搭建了多向中繼系統(tǒng)，并將多向中繼傳輸過程分為多址接入(Multi-Access，MAC)階段與廣播(Broadcast，BC)階段。中繼需配置足夠多的天線來區(qū)分和轉(zhuǎn)發(fā)多用戶信號。因為該多向中繼系統(tǒng)的MAC階段與BC階段存在著嚴(yán)重的非對稱性，在BC階段存在著大量的空時資源，所以如何有效地利用上述空時資源成為了本文的研究重點。
　　對于“非再生”與“再生”多向中繼系統(tǒng)，本文建立了等效基帶空時信道模型，以

4、全局最小均方誤差(Minimum Mean Square Error，MMSE)為優(yōu)化目標(biāo)，在滿足中繼平均發(fā)送功率的限制下，聯(lián)合設(shè)計了中繼的收發(fā)信機以及用戶端接收機。盡管聯(lián)合設(shè)計的收發(fā)信機互為彼此的函數(shù)，難以求得其閉合解，但本文提出了一種快速收斂的迭代算法以計算該收發(fā)信機。仿真結(jié)果表明與目前已有的基于單播的線性收發(fā)信機相比，基于全局MMSE準(zhǔn)則而聯(lián)合設(shè)計的線性收發(fā)信機具有較優(yōu)越的性能。
　　另一方面，雖然用戶端僅配置了單天線，但多

5、向中繼系統(tǒng)中仍然存在著大量的時域自由度(Degree of Freedom，DoF)可以被用戶所使用。中繼在多個BC時隙所發(fā)送的信號，雖然在某一次傳輸過程中包含了多用戶干擾，但從整體的BC階段來看，卻可被視為僅包括自干擾(Self Interference，SI)的時域分集信號。因此，本文在放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward，AF)、估計轉(zhuǎn)發(fā)(Estimate-and-Forward)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-and-Fo

6、rward，DF)多向中繼系統(tǒng)中，給出了衡量檢測可靠性的三種指標(biāo)，并以此為依據(jù)提出了相應(yīng)的最小均方誤差串行干擾消除(Minimum Mean Square Error-Successive Interference Cancellation, MMSE-SIC)接收機。仿真結(jié)果表明基于ML排序準(zhǔn)則的MMSE-SIC接收的差錯性能最為優(yōu)異。
　　最后，為了徹底消除多向中繼系統(tǒng)對信道狀態(tài)信息(Channel State Informa

7、tion，CSI)估計與反饋的負(fù)擔(dān)，本文提出了基于快跳頻/多元頻移鍵控(FastFrequency Hopping/M-ray Frequency Shift Keying，F(xiàn)FH/MFSK)的非相干多向中繼系統(tǒng)。為實現(xiàn)多用戶信息的可靠交換，本文首先提出了基于最大似然(MaximumLikelihood，ML)的非相干多用戶接收機。隨后，為降低檢測的復(fù)雜度，本文又提出了基于“投票”的單用戶接收機。最后，為了平衡接收機的檢測復(fù)雜度與差錯性