无线中继网络中作分集技术的研究.pdf

摘要 多输入多输flj(MIMO)技术能够充分利用空间资源来对抗无线信道的衰落，从 而在不增加系统带宽和发送功率的情况下，可以提高了通信系统的可靠性和频谱 利用率。然而在一些实际的应用场景，比如蜂窝系统的上行链路，无线自组织网 络和无线传感器网络，移动终端或者网络节点受到自身体积，复杂度和功耗的限 制，很难直接应用MIMO技术。于是，一种新的空间分集技术一协作分集技术应运 而生。它的基本思想是参与协作通信的多个终端或者节点通过组成一种虚拟的 MIMO系统来彼此共享链路资源从而获得空间分集增益。协作分集技术突破了传统 MIMO技术对移动终端设备的限制，为其走向实用化提供了新思路。 本论文在研究了现有分集技术和MIMO技术的基础上，提出了下述几种协作传 输方案： 1．差分协作传输方案 案。虽然在差分解调过程中需要估计信道功率(CP)和功率归一化系数(NPF)，但与 真结果显示，在时变衰落信道下当调制阶数大子8时，DSTCT-QAM方案可以获得 方案的SNR增益随之下降，但只要CP的估计范围选择得合适，仍然可以获得更好 的性能。 其次，为了克服协作传输中的载波频率偏移，提出了一种采用QAM调制的双 下的渐进近似。基于SER的渐进近似，推导了最佳功率分配(OPA)策略在高SNR下 的近似解。仿真结果显示，该OPA策略在实际中等的SNR环境下仍然有效。同时 当调制阶数为64时，DDCT-QAM可以获得4．5dB的SNR增益。 2．差分中继选择方案 研究了一种联合差分调制和中继选择(DM．RS)的多中继协作传输方案。该方案 包含一个源节点，％个采用检测转发(OetF)协议的中继节点和一个目的节点。首 进近似。该近似表达式证明DPSK．RS．DetF方案可获得的分集增益阶数为％+I。 同时推导了所提方案闭合的SER近似表达式以及表达形式更简单的SER上界。最 后，仿真结果验证了推导的理论结果。 在差分QAM解调过程中需要估计CP和NPF，因此在不使用训练符号的前提下，提 出了一种CP的估计方法和两种NPF的估计方法。同时分析了CP和NPF估计方法的 均方误差(MSE)，并在时变衰落信道下比较了这两种NPF估计方法的性能。另外， 在假设目的端已知CP的前提下，推导了所提方案闭合的SE逝似表达式。同时比 变衰落信道下当调制阶数大于8时，DQAM．RS．DetF方案可以获得比DPSK．RS．DetF 方案更优的SER性能。 3．准正交空时协作传输方案 首先，提出了一种在MIMO中继系统中采用准正交空时分组码(QOSTBC)的协 作传输方案。与传统采用正交空时分组码(OSTaC)的方案相比，所提方案可以在相 同的译码复杂度下获得更高的频谱效率。其次，提出了一种基于l比特信道状态信 息(CSI)反馈的自适应译码转发(ADF)协议。根据反馈的CSI，ADF协议可实现在译 码转发(DF)协作传输和直接传输之间自适应地选择。再次，分析了所提方案的中 断概率性能，推导了中断概率上界的闭合表达式。理论分析结果证明，所提方案 可以获得全分集增益且比DF协作传输和直接传输的分集增益都高。最后，仿真结 果验证了推导的理论结果。 4．MIMOqh继系统的发送天线选择(TAS)方案 首先研究了MIMO放大转发(AF)中继系统中三种TAS方案在独立同分布(IID) Nakagami．m衰落信道下的中断概率性能，推导了中断概率闭合的渐近下界，比较 了这三种方案的分集增益；其次研究了MIMODF中继系统中三种TAS方案在IID Nakagami．m衰落信道下的中断概率性能，推导了中断概率闭合的渐近近似，比较 了这三种方案的分集增益阶数。上述推导的理论结果可以应用于具有任意发送和 接收天线数目的MIMO中继系统以及具有任意衰落参数(朋≥o．5)的IIDNakagami—m 衰落信道。 关键词：协作分集：差分调制；中继选择；空时编码；天线选择 Abstract cantakefull of advantagespatial Multipleinputmultipleoutput(MIMO)technology resourcestocombatwirel