基于功率分配能量采集的全双工放大转发中继系统-信号处理.PDF

第３３卷　第４期 信 号 处 理 Ｖｏｌ．３３　Ｎｏ．４ ２０１７年４月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＩＧＮＡＬＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ Ａｐｒ．２０１７ 文章编号：１００３－０５３０（２０１７）０４－０６４１－０８ 基于功率分配能量采集的全双工放大转发中继系统 聂志巧　赵　睿　方嘉佳　袁　毅 （华侨大学厦门市移动多媒体通信重点实验室，福建厦门３６１０２１） 摘　要：针对三节点放大转发中继系统，研究了基于功率分配能量采集的全双工中继传输方案。在中继配置大规 模天线的情况下，提出了三种天线选择方法，并通过合理的假设分别推导了三种天线选择方法的速率的近似闭 合表达式，并设计了天线选择模式切换方案。基于三种不同的天线选择方法，该文分析了基于功率分配采集协 议中的最优功率分配因子以及不同方案的算法复杂度。最后，通过蒙特卡洛仿真证明了闭合表达式的准确性， 并基于发射功率和信道增益分析了三种方案的优缺点。其中在大发射功率的情况下，方案一的性能最优；在小 发射功率的情况下，方案二的性能最优；在中等发射功率的情况下，折中的方案三的性能最优。 关键词：全双工；能量采集；天线选择；自干扰消除 中图分类号：ＴＮ９２９．５　　　文献标识码：Ａ　　　ＤＯＩ：１０．１６７９８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３０５３０．２０１７．０４．０２８ ＡｍｐｌｉｆｙａｎｄＦｏｒｗａｒｄＦｕｌｌＤｕｐｌｅｘＲｅｌａｙｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈ ＰｏｗｅｒＳｐｌｉｔｔｉｎｇＢａｓｅｄＥｎｅｒｇｙＨａｒｖｅｓｔｉｎｇ ＮＩＥＺｈｉｑｉａｏ　ＺＨＡＯＲｕｉ　ＦＡＮＧＪｉａｊｉａ　ＹＵＡＮＹｉ （ＸｉａｍｅｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｂｉｌｅＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ＨｕａｑｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ，Ｆｕｊｉａｎ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｒｅｅｎｏｄｅａｍｐｌｉｆｙａｎｄｆｏｒｗａｒｄｒｅｌａｙｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｌａｙｉｎｇｓｃｈｅｍｅｓｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｐｏｗｅｒｓｐｌｉｔｔｉｎｇｂａｓｅｄｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔｉｎｇａｎｄｆｕｌｌｄｕｐｌｅｘｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅｒｅｌａｙｉｓｅｑｕｉｐｐｅｄｗｉｔｈｌａｒｇｅｓｃａｌｅａｎｔｅｎｎａｓ， ｔｈｒｅｅａｎｔｅｎｎａｓｅｌｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｃｌｏｓｅｄｆｏｒｍｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅａｖｅｒａｇｅｒａｔｅｆｏｒｔｈｏｓｅ ｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｄｅｒｉｖｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅａｎｔｅｎｎａｍｏｄｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎ ｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｓｔｉｎｃｔａｎｔｅｎｎａｓｅｌｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｗｅａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｏｗｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｕｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆＰＳＲ ａｎｄａｌｓｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅａｎｔｅｎｎａｓｅｌｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｃｌｏｓｅｄ ｆｏｒｍｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｖａｒｙｉｎｇｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｐｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｃｈａｎｎｅｌａｖｅｒａｇｅｇａｉｎｓ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｃｈｅｍｅ１ｉｓｏｐｔｉｍａｌｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｔｒａｎｓｍｉｔ ｔｉｎｇｐｏｗｅｒ．Ｓｃｈｅｍｅ２ｏｕｔｐｅｒｆｏｒｍｓｏｔｈｅｒｔｗｏｓｃｈｅｍｅｓｗｉｔｈｌｏｗｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｐｏｗ