大规模mimo多对放大转发双向中继系统的性能分析

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1、分类号学号Ｍ１３６８４ＵＤＣ密级碟叫义葦ＹＡＮＧＺＨＯＵＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＩＪ硕击学隹文（学术型）大规模ＭＩＭＯ多对放大转发双向中继系统的性能分析汪宏艳江苏扬州２２５１２７指导教师姓名，扬州大学，，：了杰副教授申请学位级别；硕壬学科专业名称；信号与信息处理论文提交日期：２０１６年５月论文答辩日期：２０１６年５月学位授予单位；扬州大学学位授予日期；答辩委员会主席：胡学龙教授２０１６年５月大规模ＭＩＭＯ多对放大转发双向中继系统的性能分析

2、（申请扬州大学工学硕±学位论文）培养单位：扬州大学专业名称；信号与信息处理研究方向：无线通信研究生；汪宏艳指导老师：了杰２０１６．５Ｔｈｅ－ＰａＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯＭ山杜ｉｒＡＦＴｗｏ－ＷａＲｅｌａｉｎＳｓ化ｍｓｙｙｇｙＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｅｄｔｏＹａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｙＡｌｉｎｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆｐｐｙｇｇＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢｙＨｏｎａｎＷａｎ

3、ｇｙｇＴｈｅｓｉｓＳｕｅｒｖｉｓｏｒＰｒｏｆｅｓｓｏｒＪｉｅＤｉｎｐｇＹａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ，Ｐ．民．Ｃｈｉｎａ，Ｍａｙ，２０１６Ｉ摘要近年来由于无线通信技术的快速发展，人们对高速的数据业务ｗ及无处不在一的接入状态提出了种爆炸式的増长需求。近阶段的研究文献验证了在基站安放数百根天线或更多的超大规模天线阵列将提升系统性能。大规模多输入多输出ＭＩＭＯ技术因其大幅度提升数据速率、更好地降低波束之间干扰等性能优势成（）一为５Ｇ无线移动通信的核也技

4、术么。在无线通信中，中继技术因其大幅度提高系统吞吐量、减小功率消耗Ｗ及改一一善小区边缘信号覆盖等优点被认为是下代移动通信的关键技术之。传统单向一个数据流中继的传输模式仅仅实现了在两个时隙里传输，而双向中继的传输模。式可Ｗ实现在两个时隙里传输两个数据流因此，双向的中继传输模式较传统单向中继的频谱效率更髙。因大规模ＭＩＭＯ的优势，在双向中继中考虑大规模ＭＩＭＯ自然会显著提高系统性能，例如：频谱效率与能量效率。一首先，本文提出了种多对大规模ＭＩＭＯ的放大转发双向中继系统模型，’即在配备了／Ｖ根天线

5、的中继与个单天线用户ＧＶ＞２巧组成的双向中继系统Ａ’Ｋ中，２个用户两两组成对通信对并且通信对间的用户互相交换信息。由于中继站不能获得精确的信道状态信息ＣＳＩ），本文针对系统模型的研究分析均是建（立在不完备ＣＳＩ的情况下的。此外，本文的中继站采用了放大转发协议，并分别采用最大比率合并／最大比率传输（ＭＲＣ／ＭＲＴ）与迫零接收／迫零传输（ＺＦＲ／ＺＦＴ）两种波束成形预编码方法，并在这两种预编妈方法下得到了某个通信对内的某个用一户的信干噪比率巧ＩＮＲ，，从而进步硏究系统的性能。同时本文研究并分析了

6、）当中继站天线ｉＶ趋于无穷时系统的性能指标，如频谱效率、能量效率与系统遍历可达和速率。，其次，针对如何节省双向中继系统的能量本文提出了不同的功率尺度方案，。，即在保证系统性能的情况下，尽可能降低用户与中继站的传输功率同时在采用ＭＲＣ／ＭＲＴ与ＺＦＲ／ＺＦＴ两种预编码情况下，系统采用了最小均方误差估计的＞，情况信道估计方法考虑两种导频信号的传输功率巧，即固定巧，与变化／Ｖ。的当＆为可变的情形时，导频信号的传输功率可执行不同的功率尺度方案。研巧ＩＩ：当天线数目庭向于无穷时，分析结果显示，对于非

7、降低的ＳＩＮＲ每个用户与中继站的传输功率在＆固定时最多可降低１／ｉＶ，当戶Ｐ变化时最多可降低１／＼／办。送揭示了在不损耗系统性能的前提下，用户的传输功率与中继站传输功率均可Ｗ大幅度降低。最后，本文采用蒙特卡罗仿真方法来验证理论分析结果，并验证了不完备ｃｓｒ障形下考虑固定与变化巧＞两种情况时系统性能的分析结果与渐进结果的紧致性。关键词；大规模ＭＩＭＯ双向中继，，不完备ＣＳＩ，频谱效率能量效率，遍历可达和速率ＩｌｌＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏ

8、ｐｍｅｎｔｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ化ｃｈｎｏｌｏｇｙ，－ｔａ化ｒｓａｎｈｔｈｅｗｉｄｅｓｒｅａｄａｃｃｅｓｓｄｅｍａｎｄｓａｒｅｓｈｏｗｎａｎｉｇｈｓｐｅｅｄｄａｖｉｃｅｄｐｉｇｅｘｐｌｏｓｉｖｅｇｒｏｗｔｈ．Ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａ