多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技術(shù)有效改善信號傳輸性能,是下一代無線通信領(lǐng)域中所研究關(guān)鍵技術(shù)之一,空時編碼技術(shù)和波束形成技術(shù)在實際通信環(huán)境中是改善信號質(zhì)量的兩種有效手段,均可提高無線通信系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸率。同時,中繼協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)能夠有效的延長通信距離,擴大通信系統(tǒng)覆蓋面積,還能夠?qū)箶?shù)據(jù)傳輸過程中的各種衰落,是當(dāng)前研究的熱門技術(shù)之一。本論文結(jié)合MIMO和中繼協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)勢,構(gòu)造出中繼協(xié)作模型并在中繼端進行軟信息協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā),提出收發(fā)端之間并行多中繼的估計轉(zhuǎn)發(fā)方案和互信息轉(zhuǎn)發(fā)方案,并在目的端對接收信號進行檢測,找到最佳檢測方案,最后通過廣義信噪比分析所提出方案的性能。本文的主要研究工作具體如下:(1)介紹了MIMO及協(xié)作通信理論,重點介紹了空時編碼和波束形成兩種技術(shù)帶來的性能增益。通過分析MIMO技術(shù)和中繼協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)各自的優(yōu)勢,建立無直達路徑下的協(xié)作MIMO系統(tǒng)模型,對中繼端接收信號采用傳統(tǒng)的放大方案和譯碼方案進行協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā),并對目的節(jié)點接收到的信號采用最大似然檢測(ML)、迫零檢測(ZF)、最小均方差檢測(MMSE)、二次規(guī)劃檢測(QP)四種方案檢測,通過仿真分析各檢測方案的優(yōu)劣,確定二次規(guī)劃檢測是最佳檢測方案。(2)提出了適合波束形成技術(shù)的估計轉(zhuǎn)發(fā)機制。在基于MIMO軟信息轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上,分析了在無直達路徑協(xié)作通信系統(tǒng)下利用中繼節(jié)點接收信號的條件數(shù)學(xué)期望構(gòu)造估計轉(zhuǎn)發(fā)函數(shù),推導(dǎo)出目的節(jié)點接收信號的表達式從而提出檢測方案,分析各種檢測方案的優(yōu)劣,找到合適的檢測方案。(3)提出了適合波束形成技術(shù)的互信息轉(zhuǎn)發(fā)機制。在基于MIMO軟信息轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上,分析了在無直達路徑協(xié)作通信系統(tǒng)下利用中繼節(jié)點接收信號的條件互信息構(gòu)造互信息轉(zhuǎn)發(fā)函數(shù),推導(dǎo)出目的節(jié)點接收信號的表達式從而提出檢測方案,分析各種檢測方案的優(yōu)劣,找到合適的檢測方案。(4)將整個協(xié)作波束系統(tǒng)等效成只有收、發(fā)信號和乘性因子以及加性噪聲的傳輸系統(tǒng),計算各種檢測方案的廣義信噪比驗證所提方案給系統(tǒng)帶來的增益。分析仿真結(jié)果表明,本論文所提出的估計轉(zhuǎn)發(fā)方案和互信息轉(zhuǎn)發(fā)方案兩種協(xié)作模式均能明顯改善無線通信系統(tǒng)的性能。
【學(xué)位單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN919.3
【部分圖文】：

多輸入多輸出是一種用來表征多天線的通信系統(tǒng)模型，一個發(fā)送端具有多根天線發(fā)送信息，接收端也具有多根天線接收信息的無線通信系統(tǒng)就可以看成一個無線 MIMO系統(tǒng)，MIMO 系統(tǒng)可以明顯提高通信的質(zhì)量和速率。采用 MIMO 技術(shù)進行無線通信可以提升通信系統(tǒng)的通信性能，提高傳輸信道的容量，擴大無線通信系統(tǒng)的覆蓋面積，還能改善通信系統(tǒng)的可靠性，降低誤碼率。發(fā)送端通過多根天線發(fā)出多組數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)流通過無線信道將信號傳輸給接收機，接收端將收到的信號分析解碼并解調(diào)為原信號。傳統(tǒng)的單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)收發(fā)端均僅有單根天線，收發(fā)端每次僅能進行單一信號的交流。MIMO 系統(tǒng)發(fā)送端和接收端每次可以發(fā)送和接收多個信號，并將每個信號區(qū)分開，大大提高了無線信道的容量，同時，MIMO 系統(tǒng)無需增加帶寬和發(fā)送端信號發(fā)射功率就能改善頻譜利用率，且在對抗信道衰落上效果良好。

11圖 2-2 M N 4, R 1各種檢測算法性能比較圖 2-2 中可看出，ML 算法性能最優(yōu)，但其數(shù)據(jù)復(fù)雜度高，ZF、MMSE 算法實現(xiàn)比較簡單但是性能相對較差，二次規(guī)劃算法能夠保證性能的同時大大降低數(shù)據(jù)運算復(fù)雜度，能在復(fù)雜度和性能之間取得最佳折衷，從仿真結(jié)果來看，二次規(guī)劃檢測相對于 ZF、MMSE 在510 的 BER 可提供 8dB 的性能增益，在實際環(huán)境中實用性最佳。2.1.2 波束形成在通信系統(tǒng)中，當(dāng)散射較少、天線間距小于一半波長，并且天線分布比較規(guī)整時，利用移動空間陣列優(yōu)勢提高通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量的技術(shù)，即為波束形成技術(shù)。發(fā)射端每個陣元上每組信號以每個增益和相移傳輸

均勻線陣波束形成原理圖
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 何世文;楊綠溪;;多點協(xié)作下行鏈路單調(diào)協(xié)同波束形成算法[J];信號處理;2012年09期

2 鄧衛(wèi)華;王聞今;金石;高西奇;;一種利用軟信息網(wǎng)絡(luò)編碼在雙向中繼網(wǎng)絡(luò)進行估計轉(zhuǎn)發(fā)的方法[J];電子學(xué)報;2012年02期

3 蔣海林,談?wù)褫x,趙瑞鋒;無線通信系統(tǒng)中的智能天線技術(shù)[J];中興新通訊;2000年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 楊常青;無線中繼系統(tǒng)的機會協(xié)同分集性能研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

2 陳磊;無線通信系統(tǒng)中的自適應(yīng)與協(xié)作波束形成技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2011年

3 張大鵬;無線MIMO通信系統(tǒng)中酉空時編碼調(diào)制技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 徐勇;無線通信中MIMO軟信息轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)研究[D];武漢理工大學(xué);2015年

2 董鄭;無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作波束形成技術(shù)[D];山東大學(xué);2012年

3 王亞南;協(xié)作通信系統(tǒng)中繼策略研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

本文編號：2885531