面向5G的全雙工多中繼網(wǎng)絡(luò)性能研究.pdf

1、隨著移動(dòng)用戶數(shù)量的快速增長及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，下一代無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（5G）對提升頻譜效率、能量效率和降低時(shí)延等提出了更高的要求。尚未分配的毫米波頻段為提升頻譜效率開拓了新方向。但由于毫米波依賴于視距傳輸，在信號(hào)發(fā)生遮擋的情況下，需要進(jìn)行多跳轉(zhuǎn)發(fā)。協(xié)作中繼轉(zhuǎn)發(fā)被公認(rèn)為是一種能夠有效擴(kuò)大無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、提高通信容量及魯棒性的關(guān)鍵技術(shù)。此外，適應(yīng)未來智慧城市的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及無線自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更廣泛，其典型的近距離、高密度、低

2、功率、多跳的通信環(huán)境，也為協(xié)作通信技術(shù)提供了更為廣闊的應(yīng)用空間。
　　傳統(tǒng)的通信設(shè)備一般工作于半雙工模式，極大地限制了系統(tǒng)的頻譜效率。全雙工中繼技術(shù)能夠同時(shí)在同一頻帶內(nèi)發(fā)送和接收信息，理論上可以使頻譜效率提升近一倍。全雙工技術(shù)可以較為方便地應(yīng)用于現(xiàn)有的中繼系統(tǒng)構(gòu)架，移植性好且應(yīng)用場景廣闊，是人們公認(rèn)的面向5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文將首先從傳統(tǒng)的半雙工中繼網(wǎng)絡(luò)出發(fā)，著重研究全雙工多中繼網(wǎng)絡(luò)的中斷概率和分集增益等重要的性能指標(biāo)。

3、　　本文首先研究了一類等效全雙工雙中繼網(wǎng)絡(luò)，通過兩個(gè)半雙工中繼輪流幫助信源轉(zhuǎn)發(fā)信息到信宿，從而以更小的時(shí)延和較低的硬件復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)了等效的全雙工中繼轉(zhuǎn)發(fā)。我們通過采用隨機(jī)Markov分析模型，可以較為方便地分析中繼節(jié)點(diǎn)以及信宿側(cè)的信號(hào)接收性能，進(jìn)而獲得整個(gè)系統(tǒng)端到端的中斷概率解析表達(dá)式。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與現(xiàn)有半雙工雙中繼網(wǎng)絡(luò)比較，所提出的系統(tǒng)在低、中信噪比下有顯著的性能提升。
　　為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)的分集增益同時(shí)獲得頻譜效率的提升

4、，本文接著研究了一類等效全雙工多中繼網(wǎng)絡(luò)。類似地，本文首先分析了中繼節(jié)點(diǎn)的解碼性能，并推導(dǎo)出系統(tǒng)的中斷概率及在高信噪比情況下的系統(tǒng)漸進(jìn)性能趨勢，即分集增益和誤碼平層。通過與現(xiàn)有的半雙工多中繼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，所提出的系統(tǒng)在低數(shù)據(jù)速率情況下具有更好的性能，并能夠獲得近乎全部的分集增益。在高數(shù)據(jù)速率情況下，所提出的系統(tǒng)具有干擾受限特性。即便如此，在中低信噪比下，所提出的系統(tǒng)能夠獲得顯著的性能提升。
　　為了進(jìn)一步利用全雙工技術(shù)提高頻譜效率