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双向中继协作无线通信系统的波束成形技术研究 摘要中继可以提高频谱利用率和无线传输可靠性，减少基站覆盖盲区、干扰和功率消耗。双向中继同单向中继相比，可在 2 个而不是 3-4 个时隙内完成用户间信息交换，因而具有更高的频谱效率，双向中继技术是目前无线通信领域的一个研究热点。 本文研究了无线协作通信系统中的双向中继波束成形技术。论文主要有如下几方面的工作： (1).研究对比了基于 AF 双向中继的三种波束成形技术，分别是最大和速率（Maximizing sum- rate，MSR）方案，最小均方根误差（Minimum mean square error ，MMSE）方案，迫零（Zero- forcing，ZF）方案。仿真结果表明在和速率与误码率的性能上，MSR 方案优于 MMSE 方案，MMSE 方案优于 ZF 方案。但在计算复杂度上，7484 MSR方案最复杂，ZF 方案最简单； (2).研究了信道估计误差对双向中继的影响。引入信道估计误差模型，仿真了修正后的MSR方案，发现随着信道估计误差的增大，系统性能会变差； (3).仿真了一种基于功率分配的波束成形算法，讨论了两种情况，一是在限定的接收信噪比下求解最小总功率，二是在总功率限制下，求解最大的接收信噪比。 关键词双向中继 多输入多输出 波束成形 迫零 最小均方误差 和速率 信道误差 功率分配 TitleBeamformingStudyforTwo-way RelayingCooperative WirelessCommunicationSystems Abstract Relayingcan improvespectralefficiency and reliabilityandreduce blind areasof coverage,interference and power consumption ofbase-station.Intwo-way relaying 目次 1.绪论 1 1.1研究背景和意义. 1 1.2 MIMO 技术概述 2 1.3 双向中继研究现状. 4 1.4 论文的组织结构. 6 2.中继原理 7 2.1 单向中继传输策略. 7 2.2 双向中继传输策略. 8 3.基于 AF的双向中继的研究 12 3.1 系统模型. 12 3.2 和速率上界. 13 3.3 ZF 波束成形 14 3.4 MMSE 波束成形 15 3.5 MSR 波束成形 16 3.6 仿真结果. 18 3.7 本章小结 21 4.信道估计误差对双向中继的影响 22 4.1 信道估计误差模型 22 4.2 有信道估计误差的MSR. 22 4.3 仿真结果 23 4.4 本章小结 24 5.无限中继网络的功率分配 25 5.1 系统模型. 25 5.2 总功率最小 26 5.3 接收 SNR 最大 27 5.4 仿真结果 28 5.5 本章小结 32 结论 33 致谢 34 参 考 文 献 35 1.绪论 1.1研究背景和意义 近年来，随着无线通信技术的迅速发展，无线通信在人们的生活中扮演着越来越 重要的角色。因此，人们对于无线通信业务的需求也在不断提高，未来的移动通信将 致力于任何时间、任何地点、任何人以及任何物之间的通信，在全网覆盖范围内为尽 可能多的用户提供高速数据业务，所以传统的无线通信网络架构已不能满足人们日益 增长的需求。在未来的无线通信系统中有以下重点问题亟待解决： （1） ．无线通信的数据传输速率应有大幅度提升； （2） ．无线通信的可靠性应该增强； （3） ．应保证小区的覆盖面积，消除ldquo;盲区rdquo;或ldquo;死区rdquo;，提升小区边缘用户的 通信质量。 近年来，针对新型无线通信网络的研究已有显著进展，一些新技术的出现有效的 号进行处理，然后将处理过的信号广播出去，此时两源节点转为目的节点。由于目的 节点接收到的广播信息中包含第一阶段所发送的信号，利用该信息，目的节点可以从 广播信号中检测或解码出对方节点在MAC 阶段发送的信息，实现信息交换。由此可 知双向中继的传输只需要两个时隙，大大节省了时间资源，从而大幅度的提高了整个 系统的容量。由于双向中继通过网络编码可获得比单向中继更高的频谱利用率，因而 获得了越来越多的关注。正是由于这些优势，越来越多的研究者开始把目光投向这一 领域，目前研究重点主要集中在如何完善无线双向中继的容量信息理论，以及在中继 节点如何进行网络编码以逼近容量的上限这两个核心问题。 多向中继是指多个信源节点通过一个中继节点进行信息交换，它能解决无直达路 径的多个信源节点间的通信问题，可将其视为单向、双向中继网络更为一般的形式， 因此对多向中继的研究更具有普遍的理论意义和应用价值。但是由于多向中继网