多跳中繼波束成形及功率分配技術(shù)研究.pdf

1、MIMO（Multiple Inputs Multiple Outputs）中繼技術(shù)是未來移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，為實現(xiàn)廣域覆蓋及提高系統(tǒng)容量提供了有效方案。而各節(jié)點的信號處理方式是制約中繼傳輸?shù)闹饕蛩?，波束成形作為能有效提升系統(tǒng)頻譜效率的技術(shù)被應(yīng)用到中繼系統(tǒng)中。本論文針對MIMO中繼系統(tǒng)，重點研究MIMO中繼波束成形以及功率分配技術(shù)，結(jié)合優(yōu)化理論，提出滿足性能要求的MIMO中繼系統(tǒng)波束成形及功率分配設(shè)計方案。
　　本文首先對已

2、有最優(yōu)的單用戶多跳MIMO中繼系統(tǒng)的波束成形方案進行了詳細(xì)介紹和性能仿真。利用優(yōu)化理論，給出了功率限制條件下優(yōu)化設(shè)計源波束成形矩陣（以下均稱源矩陣）和中繼波束成形矩陣（以下均稱中繼矩陣）的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，其功率分配可由類似注水的算法得到。其次，仿真比較了以上所述算法（優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為最大化互信息）與一種天線選擇算法的性能。最后，介紹了一種基于QoS（Quality-of-Service）的設(shè)計源和中繼矩陣與功率分配的方案。
　　以上研究均

3、是針對單用戶MIMO中繼系統(tǒng)，而在實際中，一個中繼需服務(wù)多個用戶。論文接下來針對多用戶MIMO中繼系統(tǒng)的波束成形和功率分配技術(shù)進行了研究，提出了兩種以最大化和速率為目標(biāo)的設(shè)計源和中繼矩陣的算法。首先提出了一種迭代算法，該算法分別對和速率函數(shù)求源矩陣以及中繼矩陣的偏導(dǎo)，然后再利用梯度算法迭代地聯(lián)合搜索出最優(yōu)的源和中繼矩陣；其次，為了降低復(fù)雜度，提出了一種更簡便的基于等效信道的交替算法，該算法還利用了最大化信泄比的準(zhǔn)則設(shè)計源矩陣。仿真結(jié)果表

4、明采用這兩種算法相對于傳統(tǒng)算法和速率性能有所提升。
　　功率約束下的性能優(yōu)化問題是以上研究的重點。然而，在某些具有一定服務(wù)質(zhì)量需求的無線通信系統(tǒng)中，滿足預(yù)定的性能指標(biāo)遠(yuǎn)比滿足功率約束更為重要。因此，本文提出了一種在多用戶MIMO中繼系統(tǒng)中的交替算法，該算法使得各用戶在滿足各自給定的信干比（SIR）需求的同時最大化系統(tǒng)的和速率。此算法是在中繼（或源）矩陣固定的前提下，交替地優(yōu)化源（或中繼）矩陣，直到和速率收斂。理論分析表明所提源矩陣