协作通信中的分集接收技术研究

发布时间：2017-04-20 19:01

  本文关键词：协作通信中的分集接收技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空间分集技术由于其具有良好的抗衰落性能,近年来在无线通信领域得到了广泛的关注。在早期研究中,空间分集增益需要在发射端和接收端安装多个天线来实现,即通过多输入多输出系统来获得。然而在实际的收发信机中,尤其是在移动通信的小型手持终端中,通常受到体积、功率以及电磁干扰等因素的限制,很难安装多个天线。协作通信系统不需要在终端安装多个天线即可获取空间分集增益,它起源于中继通信,其基本思想是通过多用户之间共享天线和其他网络资源的形式构成一个虚拟的多天线阵列,并通过分布式处理产生协作来获得空间分集增益。该技术一经提出,就吸引了世界各国学者的关注,各种不同的协作传输协议或机制纷纷出现,传统的端到端通信系统中的关键技术也逐步演进到协作通信系统中。目前,协作通信技术已成为无线通信热点的研究领域之一。本文研究协作通信系统的分集接收技术,分别对扩频和非扩频环境下的分集接收问题做了细致的研究。论文的创新性成果如下：1.本文在大延迟莱斯衰落信道条件下,研究两中继异步协作通信系统的空时2D-RAKE算法,提出了基于干扰抵消技术的空时2D-RAKE技术。首先,通过传统的空时2D-RAKE接收机估计出发送信息,再利用判决结果重构发射信号的多径分量并抵消,获得接收信号中的直达路径(Line Of Sight, LOS)分量。最后对各个中继的LOS分量进行空间合并获得空间分集增益。所提算法从判决反馈到空间合并的处理过程可通过循环的方式进行,该算法可有效消除接收信号中的符号间干扰(Inter-Symbol Interference, ISI),适用于异步协作通信系统。仿真结果表明所提的算法可消除接收信号中的ISI,降低原系统存在的误码率“平台”效应,显著提高传统空时2D-RAKE接收机的性能,使得空时2D-RAKE接收机在协作通信中成为可应用的技术。2.干扰抵消过程在消除ISI的同时,也消除了可提供多径分集增益的多径分量。针对这个问题,作者考虑通过获取多径分量的分集增益来进一步改善检测性能,提出了全分集空时2D-RAKE接收技术。首先,利用传统的空时2D-RAKE接收机估计发送信号,再利用初始判决估计的结果与信道状态信息重新构造出经过各中继转发的发射信号的路径分量,采用并行干扰抵消技术消除通过信道其他各条路径的信号,只保留接收信号中通过该多径支路的信号分量。然后,对应于通过多径信道的每条路径的多径信号采取同样的处理方式获得多径分量。最后,我们将已经从接收信号中分离出来的各多径分量分别先利用最大比合并准则完成空间合并处理,继而再将各空间合并的结果进一步按照最大比合并的准则进行多径分量合并,最终进行解调判决。新算法从判决反馈到空间分集合并与多径分集合并的处理过程可通过循环迭代的方式进行,即“干扰抵消-分集合并”的迭代结构。所提算法可通过空间合并算法获取中继节点提供的空间分集增益,而基于最大比合并准则的多径合并过程又会带来多径分集增益,因此是一种全分集接收机。此外,本文所提算法在接收机即可完成,发射机以及所有的中继节点的工作原理结构都不需要进行任何调整,因此该算法具有良好的系统兼容性。3.由于空时2D-RAKE只能在扩频系统中应用,应用场合受到限制,对于非扩频协作系统,空时2D-RAKE技术不能直接应用。针对这个问题,第五章研究采用单载波传输的分集接收技术。从干扰抵消的角度：提出了利用STBC联合单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization, SC-FDE)技术检测发送信号,将检测结果结合信道冲激响应重构各条路径的多径信号并从接收信号中抵消,获得接收信号中的直射路径分量,然后,对各中继的LOS分量按照MRC准则进行空间合并,对合并结果进行判决就可得到发送信号,该接收技术可消除多径衰落的干扰,获得中继间的协作分集增益。从多径与中继两维分集合并的角度：与空时2D-RAKE中的全分集类似,进一步提出通过分解接收信号,获取其中每个多径信号分量,然后按照最大比合并的准则依次进行空间、多径合并处理,得到两维的分集增益,系统的传输性能可进一步提高。由于初始检测的误差对于该算法影响是很明显的,最后作者还提出了改进型全分集接收结构：先是采用干扰抵消算法获得更优的初始检测结果,然后用这个最优解来构造多径分量以及干扰抵消,进而完成最终的多径分解以及两维合并。仿真结果表明：所提新算法均能消除接收信号中的ISI,显著降低了原系统存在的误码率“平台”效应,而且新算法的信号处理过程都采用线性运算,复杂度均在可接受的范围内。
【关键词】：空时RAKE 符号间干扰 分集合并 干扰抵消 协作通信
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN914
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-18
• 第一章 绪论18-26
• 1.1 研究背景和意义18-20
• 1.2 协作中继的研究进展20-21
• 1.3 分集技术研究进展21-22
• 1.4 协作中继研究面临的挑战22-24
• 1.4.1 协作中继的系统容量分析22
• 1.4.2 协作中继的功率分配问题22-23
• 1.4.3 协作中继的节点选择问题23
• 1.4.4 协作中继系统的传输性能问题23-24
• 1.5 论文章节安排24-26
• 第二章 无线信道传播特性与中继模型26-46
• 2.1 无线信道的传播26-27
• 2.1.1 大尺度衰落26
• 2.1.2 小尺度衰落26-27
• 2.2 移动多径信道参数27-29
• 2.2.1 时间色散参数27-28
• 2.2.2 相干带宽28-29
• 2.2.3 多普勒扩展和相干时间29
• 2.3 多径衰落信道的概率统计模型29-31
• 2.3.1 瑞利衰落模型29-30
• 2.3.2 莱斯衰落模型30
• 2.3.3 Nakagami模型30-31
• 2.4 MIMO系统的信道模型及其容量31-37
• 2.4.1 信道模型31-34
• 2.4.2 信道容量34-37
• 2.5 协作通信系统37-46
• 2.5.1 协作中继的分类37-38
• 2.5.2 中继系统结构模型38-40
• 2.5.3 协作中继工作模式40-46
• 第三章 一种高性能协作通信传输方案46-58
• 3.1 引言46-47
• 3.2 协作通信中的空时二维RAKE47-51
• 3.2.1 空时二维RAKE47-49
• 3.2.2 协作通信系统中的空时二维RAKE49-51
• 3.3 协作通信中的高性能空时二维RAKE51-53
• 3.3.1 算法处理流程51-52
• 3.3.2 新算法性能分析52-53
• 3.4 性能仿真53-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第四章 协作通信中的新型2D-RAKE接收技术58-68
• 4.1 引言58-59
• 4.2 合并技术59-63
• 4.2.1 选择性合并59-60
• 4.2.2 最大比合并60-62
• 4.2.3 等增益合并62-63
• 4.3 全分集RAKE接收技术63-65
• 4.3.1 全分集算法的处理流程63-64
• 4.3.2 全分集算法性能分析64-65
• 4.4 性能仿真65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 基于均衡技术的分集接收算法68-88
• 5.1 引言68-69
• 5.2 均衡技术及空时分组码69-74
• 5.2.1 单载波频域均衡69-73
• 5.2.2 空时分组码73-74
• 5.3 带判决反馈的空时均衡技术74-80
• 5.3.1 结合SC-FDE技术的STBC算法74-75
• 5.3.2 基于干扰抵消STBC-SC-FDE策略75-77
• 5.3.3 复杂度分析77
• 5.3.4 性能分析77-78
• 5.3.5 仿真分析78-80
• 5.4 基于全分集的空时均衡处理80-86
• 5.4.1 全分集合并算法81-82
• 5.4.2 复杂度分析82-83
• 5.4.3 性能分析83-84
• 5.4.4 改进型结构84-85
• 5.4.5 仿真结果与分析85-86
• 5.5 本章小结86-88
• 第六章 总结与展望88-92
• 6.1 本文总结88-90
• 6.2 下一步工作展望90-92
• 参考文献92-102
• 致谢102-104
• 作者简介104-105

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