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2.3 本章小结 6
3 基于DF的全双工MIMO中继系统波束成形算法 7
3.1 引言 7
3.2 系统模型 7
3.3 现有的波束成形算法 9
3.4 提出的波束成形算法 12
3.5 中继干扰功率与源端发送功率之比的变化 12
3.6 仿真 13
3.7 本章小结 19
4 基于AF的全双工MIMO中继系统波束成形算法 20
4.1 引言 20
4.2 系统模型 20
4.3 中继发送信号功率的归一化 21
4.4 现有的高性能波束成形算法 23
4.5 仿真 26
4.6 本章小结 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
毕业设计期间已投稿毕业论文列表36
1 绪论
1.1 全双工MIMO系统的研究背景
现在我们正处于一个网络通信技术迅速崛起、无线设备使用日渐普及的时代，人们对网络可靠性和速率的需求不断提高，驱使着未来的通信系统着力于提高数据的传送速率。目前的无线通信网络主要存在下面这三个不足之处：1）数据传输速率不够快；2）可靠性不够高，应继续得到增强；3）由于目前没有足够稳定的通信链路，许多小区周边用户的通信质量得不到应有的保证。
为解决上述问题，近年来众多新技术如雨后春笋般纷纷涌现出来，如MIMO技术、中继技术、MIMO与中继相结合的技术等，这些技术也在发展中日趋成熟。无线通信网络中的MIMO技术在20世纪初就有了雏形，但一直持续到20世纪末，AT&T BELL实验室的专家们才正式提出了MIMO技术[1]。
MIMO能够实现信号在收发端的多根天线间执行收发工作，具体实现过程如下：发射端把需要发送的信号利用空时映射技术映射至多根天线进行发送，接收端通过对各天线的接收信号进行译码得到原信号，进而有效提升通信的质量。相较于传统的一次只能进行一个空间流接收或发送的单输入单输出系统，MIMO系统在同一时隙同一频率多根天线可同时执行收发多个数据，并可准确区分各路信号。因此，MIMO技术具有相当大的优势：在不改变带宽的基础上，能充分利用系统的频谱资源，增大无线网络的覆盖区域，大幅提高系统的性能。
在MIMO技术得到快速发展的同时，中继也凭借低廉的成本、灵活的布局等众多优势一跃成为现在以及未来无线通信领域的一项关键技术[2]-[4]。1979年，Cover等人对中继系统的信道速率作了详细阐述[5]。在通信系统中，通常情况下采用建立中继站的方式实现系统通信数据的高速率高效率传输。大量的研究和统计结果表明，中继除了能明显提高系统数据传输速率之外，还能有效增强小区周边用户通信链路的稳定性和可靠性。中继一般可用于以下两种通信环境：1）源端和目的端由于严重的路径耗损以及阴影衰落不存在直接通路，或虽有直接链路但其强度极其弱小的情况下，通过在源端和目的端间建立中继，可提高通信链路的稳定性，此环境与小区周边的用户相吻合；2）系统的空间分集很小的情况下，通过中继建立起类似于MIMO的虚拟系统，增大系统的空间分集，提升各通信信道的可靠性。
中继依照工作方式可归为两类，即半双工和全双工，但在作出两者的选择时需要权衡系统的频谱效率和自干扰。传统的中继通常工作于半双工模式，需要两个正交信道，且在同一时隙只能选择执行接收或发送信号，全双工中继则克服了前者的这个缺陷，能够在同一条信道上实现数据的同频兼同时收发。因此，全双工中继具有比半双工中继更高的吞吐量和频谱效率，但如何实现全双工是目前中继技术中一个非常棘手的问题。