无线分集系统中的协作分集与混合合并技术研究

发布时间：2017-04-24 09:15

  本文关键词：无线分集系统中的协作分集与混合合并技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于摆脱了线缆的束缚,无线通信受到了人们的广泛青睐,并在越来越多的应用需求的推动下,发展成为现代通信中最为重要的领域。但是,人们在享受无线通信的方便快捷的同时,也不得不面对它所带来的诸多不利因素。其中,特别是极富挑战性的信道衰落问题,激发了人们极大的研究兴趣与热情,也使无线通信成为通信产业中发展最快的一部分。在众多对抗信道衰落的措施中,分集技术无疑是最有效的手段之一,已经广泛地应用于各种无线系统之中,如移动互联网、物联网、集群通信、卫星通信等。分集技术的思想其实很朴素,就是将发送信号先分开发送、再集中合并到一起。在这一分一合之间,人们可以设计出很多办法来提升无线系统的整体性能。分开发送,可以通过时间、空间和频率等资源途径实现,现在已经演进到协作分集(Cooperative Diversity,CD)阶段;集中合并,可以通过最大比(Maximal Ratio Combining,MRC)、等增益(Equal Gain Combining,EGC)、选择(Selection Combining,SC)等合并方式实现,现在已经演进到混合合并(Hybrid Combining,HC)阶段。本论文正是针对无线分集系统中的协作分集技术和混合合并技术展开研究,主要工作概括如下:1.协作分集技术分集技术是在无线通信环境中对抗信道衰落的重要而基础的技术,近年来被进一步发展为协作分集技术,亦即将不同的用户视作天线而实现分集增益。与传统分集技术相比,协作分集技术具有独特的优势(例如能够利用中继节点强大的处理能力),但其接收  转发的半双工模式也带来了传输效率的损失。近年来,一类新颖的正交调制全双工协作分集方案被提出来,有效地解决了传统方案的低效率问题。但遗憾的是,由于现有的技术之间无法兼顾系统性能与复杂度,该类方案在工程应用实践中存在两难的困扰。为此,本论文针对两用户无线分集系统提出了一个基于门限的正交调制TQS(Threshold-based Quadrature Signaling)全双工协作分集方案。主要思想是将协作用户的比特调制到正交信号的不同分量上,并让每个用户根据预设门限阈值自主决定是否转发伙伴的相应分量,从而实现协作分集。在定性研究的基础上,我们重点分析了系统的误码率性能,并给出了近似解。理论分析显示,TQS方案提升了系统性能,并有效降低了实现复杂度,而且具有易于在协作和非协作模式之间切换的特点。最后,仿真结果验证了本方案的优良性能,并进一步表明,如果门限阈值选择合适,该方案可以实现满分集增益。2.混合合并技术传统分集合并技术现在已经研究的比较充分,但却存在先天局限性——无法取得系统性能与复杂性的折中。于是,人们近来把目光转向了能够解决这一问题的混合合并技术。混合合并技术将两种以上的传统合并技术有机地结合起来,扬其优势,补其不足,再加之上适应性强和适用性广等特点,现已发展成为分集合并技术的主流方向。本论文在深入研究当前各类混合合并技术的基础上,提出了若干针对不同无线场景的混合合并方案,并进行了详细的理论分析和仿真验证:1)两支路场景下的HS/TS/MRC混合合并方案针对两支路无线分集系统,提出了HS/TS/MRC(Hybrid Selection/Threshold Switched/Maximum-Ratio Combining)混合合并方案。该方案通过设计合理的切换逻辑,将三种传统合并技术集成为一个有机的整体,提升了系统的整体性能,并能一定程度上降低了系统实现复杂度。首先建立了方案的系统模型,并设计了相应的操作模式。然后,重点研究了系统的中断概率性能,得到了闭式解。仿真结果验证了分析的有效性,并进一步显示出该方案在更大的中断阈值范围内提升了系统性能,而且特别适用于功率受限系统,说明HS/TS/MRC混合合并技术适应了当代绿色通信的发展趋势,具有广阔的应用潜力。2)富分集场景下的SSTC-MB混合合并方案针对富分集无线系统,提出了SSTC-MB(Selection-and-STay Combining of Multi-Branch)混合合并方案。该方案将现有只适用两支路环境的SSTC(Selection-and-Stay Combining)方案拓展到富分集场景,扩展了原方案的应用范围。基于接收信噪比的马尔科夫性,分别研究了SSTC-MB的平均测试支路数和中断概率性能,得到了各自的闭式解。仿真结果显示,与现有相关技术相比,该方案虽在复杂性方面有所增加,但有效提升了系统性能,特别在低中断阈值条件下可以获得满分集增益。3)富分集场景下的GrMEC-GSC混合合并方案针对富分集无线系统,提出了GrMEC-GSC(Group Minimum Estimation and Combining Generalized Selection Combining)混合合并方案。该方案将一个优秀的多支路混合合并方案升级为通用形式,使其模型更加完备,功能更加强大。首先设计了系统模型及相应的操作模式,然后对平均测试支路数进行了分析,得到了闭式解。接下来,建立了操作模式的数学表达式,并对系统中断概率性能进行了初步分析。最后采用蒙特卡罗方法深入研究了该方案的性能特点,结果显示GrMEC-GSC不但提升了现有方案的系统性能,而且克服了其固定单一的缺点,实现了对系统参数进行灵活配置,以适应不同的信道状况和业务需求。
【关键词】：分集系统 协作分集 正交调制 分集合并 混合合并
【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】：TN92
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-14
• 缩略语对照表14-19
• 第一章 绪论19-27
• 1.1 研究背景19-20
• 1.2 分集技术研究进展20-24
• 1.2.1 分散传输方面研究进展20-22
• 1.2.2 集中合并方面研究进展22-24
• 1.3 论文的主要贡献和结构安排24-27
• 第二章 分集技术基础27-43
• 2.1 无线通信概要27-34
• 2.1.1 无线通信27-28
• 2.1.2 信道衰落28-33
• 2.1.3 信道衰落33-34
• 2.2 分集及合并技术概述34-37
• 2.2.1 分集基本概念34-35
• 2.2.2 分散传输技术35-36
• 2.2.3 集中合并技术36-37
• 2.3 协作分集与混合合并技术37-41
• 2.3.1 协作分集技术37-39
• 2.3.2 混合合并技术39-41
• 2.4 本章小结41-43
• 第三章 两用户场景下的TQS协作分集方案43-57
• 3.1 引言43-44
• 3.2 系统模型与定性分析44-47
• 3.3 误码率分析47-51
• 3.4 仿真结果51-54
• 3.5 本章小结54-57
• 第四章 两支路场景下的HS/TS/MRC混合合并方案57-67
• 4.1 引言57-59
• 4.2 系统模型59-60
• 4.3 中断概率分析60-63
• 4.4 仿真结果和分析63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 富分集场景下的SSTC-MB混合合并方案67-79
• 5.1 引言67-68
• 5.2 系统模型68-70
• 5.3 支路测试分析及仿真70-72
• 5.3.1 支路测试分析70-71
• 5.3.2 仿真结果71-72
• 5.4 中断概率分析及仿真72-77
• 5.4.1 中断概率分析72-75
• 5.4.2 仿真结果75-77
• 5.5 本章小结77-79
• 第六章 富分集场景下的Gr MEC-GSC混合合并方案79-91
• 6.1 引言79-80
• 6.2 系统模型80-82
• 6.3 支路测试分析及仿真82-85
• 6.3.1 支路测试分析82-84
• 6.3.2 仿真结果84-85
• 6.4 中断概率分析及仿真85-89
• 6.4.1 中断概率分析85-86
• 6.4.2 仿真结果86-89
• 6.5 本章小结89-91
• 第七章 结论和展望91-93
• 7.1 全文总结91-92
• 7.2 后续工作展望92-93
• 附录93-95
• 附录A 公式(3-11)推导过程93-95
• 参考文献95-105
• 致谢105-107
• 作者简介107-109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 ;Optimal MAC based cooperative spectrum sensing in cognitive radio networks[J];Science China(Information Sciences);2012年06期

  本文关键词：无线分集系统中的协作分集与混合合并技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：323943