干擾環(huán)境下多天線中繼系統(tǒng)的線性接收技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，需要更高速率和更大容量的通信系統(tǒng)的提供支持。目前，業(yè)界應(yīng)對(duì)爆炸性數(shù)據(jù)傳輸需求增長(zhǎng)的最主要也是最有效的方法還是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的密集部署。然而這勢(shì)必會(huì)引起越來(lái)越嚴(yán)重的干擾問(wèn)題并使傳輸環(huán)境惡化。同頻干擾已經(jīng)逐漸成為限制系統(tǒng)性能進(jìn)一步提升的重要瓶頸。在現(xiàn)行的LTE系統(tǒng)中，由于其單小區(qū)頻率復(fù)用的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致了小區(qū)間干擾的惡化，尤其是來(lái)自鄰小區(qū)的邊緣用戶的干擾。邊緣用戶的信道環(huán)境較差，發(fā)射功率較高，一旦兩個(gè)相鄰的邊緣用

2、戶使用相同的時(shí)頻資源就會(huì)產(chǎn)生很大的干擾。而在LTE-Advanced中引入的中繼技術(shù)則能夠顯著降低邊緣用戶到基站之間傳輸?shù)穆窂綋p耗，從而有效降低了邊緣用戶接入網(wǎng)絡(luò)所需要的發(fā)射功率，在一定程度上緩解了小區(qū)間的干擾。盡管如此，干擾問(wèn)題的解決還需要周密系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為支持。目前LTE系統(tǒng)中所采用的干擾處理方法主要是以干擾協(xié)調(diào)為主，也就是通過(guò)時(shí)域或頻域上的統(tǒng)一資源調(diào)度策略來(lái)盡量避免干擾場(chǎng)景的發(fā)生。然而，其實(shí)現(xiàn)效果極大地受限于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的信息共享程

3、度以及可供協(xié)調(diào)程度，而且這種基于協(xié)調(diào)的干擾處理方法也無(wú)法最大限度地利用時(shí)頻資源，會(huì)造成系統(tǒng)效率的損失。多天線技術(shù)的出現(xiàn)開辟了空域上的自由度，其與先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)的結(jié)合給我們提供了從空域上進(jìn)行干擾處理的可行性，進(jìn)而解放了珍貴的時(shí)頻資源，有效地提高了系統(tǒng)的整體效率。在此背景下，本文將對(duì)干擾環(huán)境下的多天線中繼系統(tǒng)的線性處理技術(shù)進(jìn)行了一系列的探索性研究。
　　首先，我們考慮了LTE-Advanced中中繼協(xié)助傳輸?shù)牡湫腿?jié)點(diǎn)模型，并假設(shè)該

4、系統(tǒng)存在于一個(gè)復(fù)雜的多于擾傳輸環(huán)境中?；谶@樣的一個(gè)具有普適性的模型，本文提出了三種啟發(fā)式的干擾抑制中繼處理方案，即中繼節(jié)點(diǎn)先分別采用1）最大比合并(MRC)2)迫零合并(ZF)3)最小均方誤差合并(MMSE)方案對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行合并，然后再將中繼處理后的信號(hào)用最大比傳輸(MRT)預(yù)編碼方案轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。對(duì)于三種方案本文都對(duì)其中斷概率以及遍歷容量進(jìn)行了研究比較，通過(guò)理論推導(dǎo)與鏈路仿真相結(jié)合的研究方法，本文揭示了三種方案的可達(dá)分集增益，以

5、及三種方案在不同干擾場(chǎng)景下的性能優(yōu)劣。最后，本文還將分析擴(kuò)展至大規(guī)模天線的場(chǎng)景，分析的結(jié)果表明當(dāng)天線數(shù)足夠多時(shí)，ZF/MRT以及MMSE/MRT方案能近似完美的消除同頻干擾的影響。本文的研究成果為實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的方案選擇提供了重要的理論指導(dǎo)。
　　在第一個(gè)工作的基礎(chǔ)上，為了提高中繼部署的靈活度，我們假設(shè)中繼的供能不再依賴傳統(tǒng)電網(wǎng)，而是通過(guò)采用“能量分裂”的接收機(jī)結(jié)構(gòu)去捕獲外部環(huán)境中的射頻信號(hào)能量。在此模型下，本文研究了多天線以及同

6、頻干擾對(duì)無(wú)線能量捕獲中繼系統(tǒng)的性能的影響。由于同頻干擾同時(shí)也是潛在的能量源，其對(duì)系統(tǒng)性能的影響將展現(xiàn)出兩面性，而多天線技術(shù)與先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)的結(jié)合則提供了對(duì)干擾能量進(jìn)行利用的可能性，即通過(guò)合理的設(shè)計(jì)來(lái)抑制其對(duì)信干噪比的衰減作用，同時(shí)增強(qiáng)其作為能量源的作用?；谶@樣的設(shè)計(jì)目標(biāo)，我們先研究了無(wú)干擾環(huán)境下的系統(tǒng)性能，并以此作為比較的基準(zhǔn)。然后在于擾受限場(chǎng)景中，我們?cè)O(shè)計(jì)了三種不同的線性處理方案，即1）MRC/MRT，2）ZF/MRT，3）MMS