雙向中繼MIMO系統(tǒng)波束成型與功率分配技術研究.pdf

1、在無線通信中，中繼技術是面向下一代移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。使用中繼輔助通信可以極大的提高系統(tǒng)吞吐量，改善小區(qū)邊緣信號覆蓋以及減小功率消耗。通過在中繼上使用多天線陣列，我們可以進一步提高系統(tǒng)的性能，獲得分集與自由度增益。利用模擬網絡編碼（ANC）技術，雙向MIMO中繼系統(tǒng)可以在兩個時隙內完成用戶間的通信。在第一個時隙，兩個用戶同時將信號發(fā)送到中繼節(jié)點；第二個時隙，中繼將第一個時隙接收到的混合信號廣播到兩個用戶。利用ANC，每一個用戶都

2、知道一定的信道信息與自身發(fā)送的信號，所以用戶間的自干擾可以很容易的被消除。對比于單向中繼需要四個時隙完成信息交互，雙向中繼系統(tǒng)成倍的提升了系統(tǒng)的頻譜利用率。因此本文我們重點研究雙向MIMO中繼系統(tǒng)，主要工作如下：
　　首先學習了單向中繼系統(tǒng)中源與中繼矩陣的聯(lián)合設計問題。對于絕大部分常用的目標函數(shù)最優(yōu)的聯(lián)合預編碼結構是利用奇異值分解（SVD）分別將源與中繼間，中繼與用戶間的兩跳信道同時對角化，再將兩跳信道的特征值進行匹配。針對這種對

3、角化結構，我們利用最大互信息作為目標函數(shù)將對角化算法與常見的天線選擇算法（選擇最強的一對天線對）進行仿真對比，驗證了其性能。
　　其次，不同于單向中繼系統(tǒng)，利用模擬網絡編碼（ANC）技術，雙向中繼系統(tǒng)可以成倍的提升系統(tǒng)的頻譜利用率，雖然帶來了巨大的便利，但雙向中繼系統(tǒng)的優(yōu)化問題涉及到多個矩陣變量的優(yōu)化，因而它是非凸的，很難直接求解。本文首先針對單用戶雙向中繼系統(tǒng)，分別基于干擾對齊思想（IA）與聯(lián)合酉三角分解思想（JUT）提出了兩種

4、次優(yōu)的并行化預編碼算法，將非凸的問題轉化為簡單的功率分配問題，并仿真驗證分析了其有效性。
　　接著，本文研究了多用戶雙向中繼系統(tǒng)的波束成形與功率分配技術。在該系統(tǒng)中，沒有一種單一的指標可以供我們來直接衡量系統(tǒng)的好壞，單純的和速率最大化或者和均方誤差最小化都沒有實際的意義，例如在系統(tǒng)和速率最大的同時，功率全集中在了部分信道條件良好的用戶對間，某些需要通信的用戶被關閉，用戶的公平性與實用性不能保證。與之前以功率為限制條件不同，我們將每