协作中继系统中天线选择机制的能效研究

发布时间：2017-05-06 04:08

  本文关键词：协作中继系统中天线选择机制的能效研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：协作多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统具有MIMO技术和协作技术的优点,利用空间分集增益可以有效抑制多径衰落提升系统容量,提高通信信噪比,降低系统传输功耗,从而提升系统能效。然而在实际应用中,由于活跃节点和天线数目的增加,系统总体的电路功耗也随之增加,能效的提升受到了限制。本文首先介绍了MIMO系统的信道模型.通过公式推导和仿真阐述了分集特性,以及其对系统容量和中断概率等特性的影响。接着介绍了一些典型的协作通信模型,通过协作可以有效改善信道衰落所造成的通信中断问题。然后本文研究了一个单中继协作MIMO系统,中继采用增量解码转发协议(incremental decode-and-forward, IDF),关注了中继节点的天线选择的能效问题,采用了能效更优的协作模型,全面分析了中继天线选择策略,分析对比单输入单输出(simple input simple output, SISO)中继系统和MIMO中继系统的中断概率、吞吐量和能效等系统指标。在发送端天线选择(transmit antenna selection, TAS)策略下,天线可以根据接收节点反馈选择天线TASD或者中继节点的反馈来选择天线TASR,本文通过公式推导和计算机仿真对比分析了两种策略的吞吐量和能效关系,结果表明一般TASD性能更佳。中继采用半双工通信模式,在接收信号时可以采用选择合并(switch and stay combining, SSC)策略或者最大比合并(maximal ratio combining, MRC)策略,在转发信号时可以采用天线选择(TAS)策略或者波束成型(transmit beamforming, TBF)策略。本文在发送节点采用TASD,接收节点采用SSC策略下,分析对比了中继的不同工作模式下的能效问题,并得出不同策略下系统的中断概率和能效表达式。仿真结果表明,中继采用MRC+TBF通常情况下具有最大的吞吐量,并且在远距通信时具有能效优势,而中继采用SSC+TAS更适用于信道状态较好的情况,比如发送节点功率较大、通信距离较短的情况。最后本文研究了MIMO协作系统的另一种情景,即在发送节点采用TBF接收节点采用MRC时,推导得出中继在不同工作模式下的中断概率和能效表达式。通过公式推导和仿真分析得到了与上述情景类似的结论。
【关键词】：协作通信 MIMO中继 能效 天线选择
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 背景12-13
• 1.1.1 MIMO技术12
• 1.1.2 协作技术12
• 1.1.3 天线选择12-13
• 1.2 研究现状及意义13-17
• 1.2.1 研究现状13-16
• 1.2.2 研究意义16-17
• 1.3 本论文主要内容17-18
• 第2章 MIMO中继协作系统简介18-36
• 2.1 无线信道18-23
• 2.1.1 信道模型18-20
• 2.1.2 信道容量20-23
• 2.2 MIMO信道23-31
• 2.2.1 多天线分集增益24-27
• 2.2.2 多天线容量和中断概率特性27-28
• 2.2.3 多用户增益28
• 2.2.4 复用增益28-29
• 2.2.5 空时编码技术简介29-30
• 2.2.6 合并技术30-31
• 2.3 协作通信31-36
• 2.3.1 单中继两跳模型32-34
• 2.3.2 协作通信协议34-36
• 第3章 天线选择系统中继天线选择的能效分析36-53
• 3.1 引言36-37
• 3.2 MIMO中继系统37-41
• 3.2.1 功耗模型37-38
• 3.2.2 MIMO中继模型38-40
• 3.2.3 协作过程40-41
• 3.3 中断概率与能效分析41-48
• 3.3.1 单天线中继系统41-42
• 3.3.2 MIMO中继天线选择系统42-48
• 3.4 仿真分析48-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 全天线系统中继天线选择的能效分析53-62
• 4.1 MIMO中继天线选择系统53-58
• 4.1.1 系统模型53-54
• 4.1.2 中断概率和能效分析54-58
• 4.2 仿真分析58-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 本文总结62-63
• 5.2 进一步展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果68

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