无线MIMO与协作通信系统的分析与设计.pdf

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1、套囊乇■、_▲1分类号UDC密级单位代码10151无线MIMO与协作通信系统的分析与设计闫秋娜指导教师岳殿武职称教授学位授予单位大连海事大学申请学位级别工学博士学科与专业通信与信息系统论文完成日期2011年4月论文答辩日期2011年6月答辩委员会主席。一Ir，H-■r◆，，．1彳一-1●^-I氐'(CommunicationandInformationSystems)DissertationSupervisor：ProfessorYueDianwuApril2011，qlP^-r‘r一■大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究

2、工作所取得的成果，撰写成博／硕士学位论文．．==玉绫：丛!丛Q墨迹佳适信丕统鲍盆扳皇遮盐：。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：匹垴竺望吟。_，J学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进

3、行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。保密口，在——年解密后适用本授权书。本学位论文属于：保密口不保密一(请在以上方框内打“√")敝储虢闩叫导师徘帮斌日期．圳年f月≥7日一a’冬c，_，、i，j≯币，■创新点摘要论文对多输入多输出(MIMO)技术和协作通信技术这两个热门无线通信技术展开研究，分别对MIMO信道的容量和系统性能、协作中继网络

4、下的分集性能以及跨层设计方面展开深入的研究。论文主要的创新点如下：1研究了Rayleigh衰落环境下具有同信道干扰和发射空间相关性的MIMO信道容量问题。侧重考虑接收端完美的知道信道状态信息(CSI)，而发送端不知道CSI的情景。依据多元统计分析，特别是矩阵变量分布理论，首先推导出MIMO信道互信息矩生成函数的确切闭式表达式，并藉此进一步推出其各态历经信道容量的确切表达式。最后通过仿真验证分析结果的正确性，并分析了各参数对各态历经信道容量的影响。2研究了基于发射分集的正交空时分组码(OSTBC)系统。基于数值积分中的梯形法，对Rician-Nakagami信道中OSTBC系统进行了近似性能

5、分析，并给出了简洁而有效的近似性能表达式。通过对近似曲线与精确曲线的仿真比较，验证了梯形近似的良好效果。由于采用较小分段数目就能满足实际需求，因此所给出的近似表达式会使系统性能分析和仿真的复杂度大幅降低。3研究了基于接收分集的最优合并(0C)系统。主要针对在不等功率干扰和噪声下的OC性能进行分析。利用矩阵变量超几何函数，推出了OC输出信干噪比的特征函数的确切表达式，该表达式是以行列式形式给出，其上元素都能用简单的一重积分来表示。4研究了采用信噪比门限和硬判决检测的两跳无线协作前向放大中继网络分集性能。首先推出了端到端误比特率和中断概率，然后进行了分集分析。理论分析证明，即使目的节点不知道源

6、节点到中继链路的确切的或平均信噪比，仍然可通过设置合适的信噪比门限值来获得满分集阶。两跳分集分析随后进一步扩展到每一个中继链路都需要多个门限的多跳协作情景。仿真结果表明，随着信噪比的增加，所提出的基于信噪LLI'-]限的方案和使用所有源节点到中继链路的CSI的方案相比，二者的性能是非常接近的。创新点摘要5针对前向译码(DF)协作无线传感器网络的特点和要求，研究了在DF协作传感器网络中联合等增益(EGC)和截断自动请求重传(ARQ)的跨层方法。首先，通过对EC,-C、传统的最大比合并(MRC)和协作MRC三种分集合并方式的比较，说明EGC是具有良好性能的实用方案。然后，把物理层的EGC和数据

7、链路层的ARQ结合起来，提出了将源节点和中继都参与重传的EGC．ARQ方案作为一个值得推荐的实用跨层设计方案。仿真结果表明，该EGC．ARQ方案和只有中继参与重传的EGC．ARQ方案以及不带有ARQ的EGC方案相比具有更好的性能。中文摘要摘要为了解决全球移动用户数量不断增加和高速率、宽带无线业务量迅速增长所带来的无线业务需求与有限频谱资源之间的矛盾，以及抵抗无线衰落损伤、提高通信系统可靠性和增加系统传输速率，多输入多输出