无线中继通信中的波束形成技术研究

发布时间：2017-10-22 09:10

  本文关键词：无线中继通信中的波束形成技术研究

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【摘要】：更高的传输速率、更好的网络覆盖和更低功耗是无线通信技术发展的一个重要趋势。空间分集和协作分集是解决这种问题的有效技术途径。其中,空间分集是采用多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术,而协作分集是在发射端和接收端之间利用中继技术。本文针对结合这两种技术的无线MIMO中继通信系统中的波束形成技术进行了系统研究。论文的主要工作包括以下几点:1.简要介绍了网络编码、波束形成和双向中继等基本原理,并推导了三节点下的单、双向中继的系统模型。2.针对多组用户的MIMO双向中继系统,给出了两种以最大化最小用户速率为准则的波束形成算法,一是Min-POTDC波束形成算法,二是改进的Dinkelbach-Type算法。首先推导了在中继发射功率约束下的最大化系统和速率的Sum-POTDC波束形成算法,并在此基础上提出了以最大化最小用户速率为准则的Min-POTDC波束形成算法。将Min-POTDC算法与Sum-POTDC算法以及文献中的典型算法进行仿真比较,仿真结果表明Min-POTDC算法不仅达到了预期的最小用户速率上的优越性能,而且系统和速率的性能也很好。此外,针对上述系统的优化问题,在已有的基于Dinkelbach-Type算法的中继波束形成方法的基础上,给出了基于改进的Dinkelbach-Type算法的中继波束形成优化方案。文中从理论上证明了改进后的Dinkelbach-Type算法比原算法具有更好的收敛性,并将两种算法的性能进行了仿真比较。3.基于两种不同准则的安全波束形成优化方案:基于物理层安全的无线中继通信中波束形成技术的研究,针对MIMO双向中继系统中存在窃听者的情况,首先推导了安全和速率的表达式,并提出了最大化安全和速率的波束形成设计方法,用凸优化近似(SCA)算法进行求解,对单、双向中继的仿真结果进行了对比,再次验证了双向中继相对于单向中继的优势。然后,也给出了一种在窃听节点可达速率约束下的系统和速率最大化的波束形成优化设计,并在不同的窃听节点可达速率阈值下进行了算法仿真。
【关键词】：多输入多输出 双向中继 波束形成 物理层安全
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题研究背景13-16
• 1.1.1 MIMO技术13-14
• 1.1.2 协作中继14-16
• 1.2 研究现状概述16-18
• 1.3 研究主要贡献及组织结构18-20
• 1.3.1 论文主要贡献18-19
• 1.3.2 论文组织结构19-20
• 第二章 无线中继通信波束形成的基本理论20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 无线通信系统20-23
• 2.2.1 无线衰落信道21-22
• 2.2.2 系统性能指标22-23
• 2.2.2.1 容量或者可达速率22
• 2.2.2.2 信噪比22-23
• 2.2.2.3 中断概率23
• 2.2.2.4 MMSE23
• 2.3 协作中继网络23-28
• 2.3.1 网络编码（NC）23-24
• 2.3.2 中继技术24-25
• 2.3.3 中继通信系统模型25-27
• 2.3.3.1 单向中继25-26
• 2.3.3.2 双向中继26-27
• 2.3.4 波束形成技术27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 多组用户双向MIMO中继系统中的波束形成29-52
• 3.1 引言29-30
• 3.2 系统模型30-33
• 3.3 中继波束形成优化33-46
• 3.3.1 和速率最大化33-37
• 3.3.2 基于POTDC算法的最小用户速率最大化37-41
• 3.3.3 基于改进的Dinkelbach-Type算法的最小用户速率最大化41-45
• 3.3.4 中继发射功率最小化45-46
• 3.4 性能仿真46-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 双向MIMO中继系统中的安全波束形成52-64
• 4.1 引言52
• 4.2 系统模型52-56
• 4.3 基于SCA算法的安全和速率最大化56-58
• 4.4 基于安全约束下的和速率最大化58-60
• 4.5 性能仿真60-63
• 4.6 总结63-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-71
• 硕士期间取得的研究成果71-72

【参考文献】

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1 谢显中;雷维嘉;;IMT-Advanced标准发展分析[J];信息通信技术;2010年01期

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本文编号：1077680