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【作 者】
傅友华
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【学位年度】2010
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【学位授予单位】东南大学
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【导师姓名】杨绿溪
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【 关键词 】MIMO中继系统波束成型遍历容量联合线性处理无线通信系统
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【摘 要】
中继协作通信可以通过协作分集提高传输可靠性和扩展通信覆盖范围:多天线技术可以利用空间资源提高无线通信系统的链路可靠性和数据传输速率。中继协作与多天线技术两者的结合是未来无线通信系统将要采用的关键技术。本论文针对MIMO中继系统中放大转发(AF)中继策略,深入开展性能分析及无线传输理论和技术研究。研究内容主要包括MIMO中继系统的信道容量和误符号率等系统性能分析以及MIMO多中继系统的联合优化线性信号处理。论文的主要贡献如下: 1.研究了已知完全信道状态信息(CSI)时最大化两跳中继系统输出信噪比...
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中继协作通信可以通过协作分集提高传输可靠性和扩展通信覆盖范围:多天线技术可以利用空间资源提高无线通信系统的链路可靠性和数据传输速率。中继协作与多天线技术两者的结合是未来无线通信系统将要采用的关键技术。本论文针对MIMO中继系统中放大转发(AF)中继策略,深入开展性能分析及无线传输理论和技术研究。研究内容主要包括MIMO中继系统的信道容量和误符号率等系统性能分析以及MIMO多中继系统的联合优化线性信号处理。论文的主要贡献如下: 1.研究了已知完全信道状态信息(CSI)时最大化两跳中继系统输出信噪比(SNR)的最优线性处理,并给出了系统的性能分析。针对一对多天线的信源信宿通过一个单天线的中继进行协作通信和一对单天线的信源信宿通过一个多天线的中继进行协作通信这两种 AF中继系统,分析其最大输出SNR及其上界在统计独立同瑞利衰落信道下的统计特性,进而推导出系统的遍历容量和平均误符号概率(SEP)等性能,并得到了系统的分集度和阵列增益。 2.研究了MIMO两跳AF中继波束成型系统输出SNR的概率密度函数,推导出系统的渐近平均SEP表示式,并通过在高SNR下的量化分析得到分集度和阵列增益,这个理论结果对该系统终端配置任意根天线和针对任何信道衰落模型都适用。分析表明该系统的性能主要由两跳信道中性能较差的一跳决定,所得到的基于简洁数学描述的结论为MIMO AF系统的性能分析和实际设计提供了有价值的参考。 3.基于两跳半双工分布式MIMO多中继网络中的互信息最大化准则,提出了已知完全CSI时分别在中继总功率约束和中继各自功率约束下的中继预编码设计。利用矩阵特性和Hadamard不等式将原约束优化问题对角化简化为等价的关于标量变量的形式,揭示出其目标函数在所优化的变量大于某一门限时才是凸函数,且该门限由系统配置和信道条件决定。在此基础上,研究了不同功率约束下的互信息最大化问题,提出了几种优化算法。仿真结果说明了所提方案的有效性。 4.研究了两跳半双工MIMO多中继网络中的联合线性收发处理方案。首先采用均方误差(MSE)最小化准则,提出已知完全CSI时中继与信宿的联合优化设计问题。在得到最优的信宿处理为维纳滤波的基础上,分析这时中继总功率受限时的优化中继预编码问题,将它简化为等价的标量优化问题。深入分析这种关于中继预编码的标量形式的约束优化问题,揭示出在中继功率或第二跳信噪比大于某一由系统配置决定的阈值时它才是凸优化问题。另外,这个简化的优化问题可通过互补几何优化(CGP)的方法来解,以确保在第二跳信噪比适当大时该问题获得最优解。还将所提的联合优化设计问题推广到实际系统中只获知信道均值和方差矩阵的情况,并推导出了鲁棒设计方案。 5.研究了两跳半双工MIMO多中继系统在Qos约束下的优化收发联合设计问题。在完全CSI假设时首先推导得到最优信宿接收矩阵为维纳滤波。然后研究在不同的QoS要求下通过最小化中继总发射功率来设计中继预编码。原矩阵形式的优化问题很复杂,且是非凸的,利用对角化方法、主导理论以及代价函数的合理近似,将它变成标量变量的优化问题,并由此得到优化的中继和信源端的预编码设计方案。
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【文献类型】
学位论文
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