雙向-多向中繼系統(tǒng)傳輸方案設(shè)計(jì).pdf

1、協(xié)作中繼技術(shù)在擴(kuò)大無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍以及提高系統(tǒng)容量和傳輸可靠性方面顯示出強(qiáng)大的優(yōu)勢，但是，由于半雙工限制，傳統(tǒng)的單向協(xié)作中繼頻譜效率不高。結(jié)合物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，雙向中繼技術(shù)有效地克服了半雙工限制，顯著提高了系統(tǒng)的頻譜效率，已成為無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，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，作為雙向中繼的衍生物，多向通信技術(shù)正引起學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界越來越多的關(guān)注。本文將圍繞雙向中繼和多向中繼通信的典型場

2、景:多對用戶雙向中繼系統(tǒng)、多小區(qū)多用戶雙向中繼系統(tǒng)、多天線多向中繼系統(tǒng)以及分布式多向中繼系統(tǒng)，分別設(shè)計(jì)各場景的傳輸方案。
　　本文首先針對多對用戶雙向中繼系統(tǒng)，提出了一種無用戶對間干擾的中繼預(yù)編碼設(shè)計(jì)，最大化了每對用戶接收到的有用信息的功率;并在該設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以最大化系統(tǒng)的傳輸速率為目標(biāo)，優(yōu)化了用戶的發(fā)射功率以及中繼的功率分配，并通過對功率優(yōu)化問題的放松得到該方案設(shè)計(jì)的性能上界，作為評價(jià)功率分配算法的標(biāo)準(zhǔn);此外，本文提出了一種簡

3、單易行的用戶對選擇方法來進(jìn)一步提高系統(tǒng)的吞吐量。
　　隨后本文考慮了更為一般的多小區(qū)多用戶雙向中繼系統(tǒng)，其中多對用戶雙向中繼系統(tǒng)和單小區(qū)雙向中繼系統(tǒng)都是該系統(tǒng)的特例。圍繞多小區(qū)多用戶雙向中繼系統(tǒng)，本文提出了一種基站與中繼的聯(lián)合預(yù)編碼設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多用戶干擾迫零;此外，本文對用戶的發(fā)射功率以及基站和中繼的功率分配進(jìn)一步優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的傳輸速率。
　　上述方案均以提高系統(tǒng)的合速率為目標(biāo)，并未考慮用戶業(yè)務(wù)量的大小。直觀地，從滿足業(yè)

4、務(wù)需求的角度，業(yè)務(wù)量大的用戶理應(yīng)分配較多的功率;從提高系統(tǒng)吞吐量的角度，信道質(zhì)量好的用戶應(yīng)該分配較多的功率。本文針對再生和非再生兩種中繼方式下的多向中繼系統(tǒng)，以用戶的隊(duì)列長度來表征用戶業(yè)務(wù)量的大小，建立了以最大化隊(duì)列加權(quán)后的傳輸速率為目標(biāo)的中繼功率優(yōu)化問題，通過對該優(yōu)化問題的求解，得到了結(jié)合用戶業(yè)務(wù)量大小的中繼功率分配方案，仿真結(jié)果表明該方案充分利用了業(yè)務(wù)多樣性帶來的分集增益，在保障用戶隊(duì)列長度穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，提高了系統(tǒng)的吞吐量。

5、　　上述場景均是一個(gè)多天線中繼協(xié)助多個(gè)用戶進(jìn)行通信，在一些通信場景如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能配置單根天線，多個(gè)單天線的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)虛擬的多天線陣列，為多個(gè)用戶服務(wù)，這就是分布式的中繼系統(tǒng)。本文針對分布式多向中繼系統(tǒng)，提出了基于迫零準(zhǔn)則和最小均方誤差準(zhǔn)則的分布式中繼方案。其中迫零中繼方案通過在用戶間干擾張成的干擾空間內(nèi)選擇中繼增益向量，完全消除了用戶間干擾;并通過對該向量的優(yōu)化，最大化有用信號總功率與噪聲功率的比值，優(yōu)化了系統(tǒng)的