lte系统非再生mimo中继应用技术研究

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1、西南交通大学硕士研究生论文第1页第1章绪论1．1论文研究背景及意义应用多输入多输出(MIMO)技术既可以在不增加系统带宽的条件下提高系统空间吞吐率，也可以借助于对空间分集的有效利用显著改善信号传输质量，提高无线频谱效率、改善无线通信系统性能。在各类无线移动通信系统技术体系中，MIMO技术已经成为支撑宽带无线通信的一项基本技术手段。为了解决在阴影衰落和大路径损耗等恶劣环境下移动和无线通信系统存在的诸如有效的信号覆盖范围小、信号覆盖盲区等问题，同时也为了更好地满足下一代高速宽带无线数据通信的宽带、高效、全移动和全业务的需求，未来的通信系统中预计将会越来越多地采用中继通信技术。MIMO中继技术可以

2、有效综合MIMO技术和中继技术的优点，已成为下一代宽带无线通信网络的一项关键技术【12引。显然，由于中继的介入，传统的MIMO通信系统设计面临着诸多新问题和新挑战。如何通过机制或技术的调整或改进，是未来各类相关通信系统设计中必须要设法加以解决的一个关键问题，而围绕这一大类方向的相关研究成为了通信技术研究领域近年来的一大研究热点，并涌现出了大量的研究成果。但是针对中继模型下的高效协作空时预编码技术的相关研究成果还不是很多。鉴于在未来的无线和移动通信系统中MIMO技术将作为一项常态化的技术手段，被包括基站(或AP)、中继站甚至移动终端所采用，而空时预编码技术是具体实现MIMO技术性能增益的具体手

3、段和途径，显然分析和研究发送端和接收端、中继均配置多天线的高效协作空时预编码技术具有极为重要的理论和应用价值，也是亟待需要加以研究解决的关键问题。MIMO中继是指配置多根收发天线的中继站，从中继处理策略角度考虑一般分为非再生中继和再生中继141。非再生中继，也称为AF(Amplify．and．Forward)中继，只是简单的放大信号，将中继接收信号直接放大转发，这种方式具备处理简单、转发时延小的优点，但是放大有用信号的同时也放大了噪声信号，降低了用户端接收性能，因此引入中继预编码来合理分配有用信号的发射功率，同时改变有用信号的结构使之匹配信道，从而在一定程度上提高有用信号的传输性能。再生中继

4、DF(Decode．and—Forward)具有很高的处理复杂度，发射端对发送数据块用纠错码进行保护，中继在接收到整个数据块之后进行解码，如果得到正确的数据信息(CRC校验)，中继重新编码发送出去，否则中继不转发来自源节点数据。DF中继的优点是能完全去掉信道和噪声对有用信号的影响，缺点是中继编译码的复杂度较高，转发时延大。在信道条件较差的情况下，DF中继方式会引起数据包大量丢失，导致链路中断或者数据重传。由于中继处理策略的差异，相比于再生中继，非再生中继具有以下优点：1、放大西南交通大学硕士研究生论文第2页转发策略提高了中继转发速度，降低了传输时延：2、非再生中继不处理译码检测，保证了调度灵

5、活性，同时避免了复杂的安全措施和手段，实现更简单；3、复用增益相同时，非再生中继可以获得更好的分集增益116】。因此围绕非再生MIMO中继模型的高效协作空时预编码技术研究引起了人们的广泛关注。在实际的无线通信应用环境中，市区或山区都存在大量的遮挡物，因而信源端到信宿端的直达链路的信道增益非常弱，因此在非再生型MIMO中继技术的优化研究中，通常假定系统的收发端不存在直达链路。国内外大多数的研究都是基于最简单的三终端中继信道模型，即信源结点、中继结点、信宿结点，借助不同的优化准则，分析最佳的中继预编码矩阵结构，讨论非再生MIMO中继预编码技术对系统性能的影响。对于收发端配置多天线的条件下，Tan

6、gXiaojun和HuaYingbo等借助于系统容量分析的基本手段，一般性地分析了在空时复用方案下非再生MIMO中继的引入对MIMO系统容量的影响【2034J。GuanWei和A．S．Behbahani等以最小化估计信号和原始信号间的均方误差(MSE)为优化目标，一般性地分析了非再生MIMO中继的引入对MIMO系统纠错性能的影响【2l2233】。研究的主要结论包括：揭示了在收发端配置多天线的MIMO系统没有直达链路的条件下，中继处理矩阵的选择存在着最佳选择的问题；在收发端无直接链路的条件下，采用最佳中继处理矩阵，通过对角化处理可以将MIMO中继信道转换为多个并行的SISO子信道，在中继发送功

7、率受限条件下，最佳的功率分配可以通过在这些并行的SISO子信道间进行功率注水来完成。发送端多天线配置必然产生分集复用增益，选择适当的信源发射矩阵，可以最大限度实现多天线配置带来的性能增益。然而TangXiaojun、GuanWei等人的研究都假设信源预编码矩阵为单位阵，没有考虑信源发射矩阵对系统性能的影响。针对这个研究问题，RongYue等一般性地分析了不存在信源．信宿直达链路多载波MIMO中继系统的优化设计