基于相控阵天线的协作通信技术研究

论文摘要

作为第四代移动通信的关键技术，协作通信近年来受到了广泛的关注和研究。协作通信技术为如何抵抗信号衰落、解决频谱资源不足、提高系统服务质量、扩大覆盖范围和提高系统容量等重要问题提供了有效的解决途径。相控阵天线能够通过纠正阵列天线每个阵元的相位，把主瓣对准期望信号，形成特定的方向图，从而使得相控阵天线技术可以应用于多种场合。本论文在阅读了大量国内外科技文献的基础上，围绕协作通信中的协作协议和相控阵天线做了以下几个方面的研究：①分析了无线通信系统的信道模型，并对常用的分集技术及合并技术的基本原理进行了研究。针对MIMO技术在移动终端难以实现的问题，引出了协作通信的概念和模型。②对协作通信的各种协议进行了理论阐述，分析了各自的优缺点，并以中断概率为指标对常用的协作协议进行了仿真分析。并且对几种常用的中继选择方案进行了分析比较。③介绍了相控阵天线的基本模型，主要对均匀线阵、均匀圆阵等特定的阵列结构形式进行了理论分析。④研究了相控阵天线用于单节点协作中继的架构。以AF、DF和增量中继这三种不同的协作方案为基本协作协议，对系统的性能进行了理论分析。分别在不同的速率、不同的信噪比、不同的阵元数下对系统的传输性能进行了仿真分析。⑤工程上实现了以FPGA为主控芯片的四阵元阵列信号接收机的硬件平台搭建，详细介绍了接收机的每一部分电路，并对该硬件平台的调试结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 协作通信的研究背景
• 1.1.2 传统通信所面临的问题
• 1.1.3 协作通信的发展
• 1.2 本文的研究内容及组织结构
• 1.2.1 本文的研究内容
• 1.2.2 论文组织
• 2 分集技术与协作通信
• 2.1 无线信道的衰落
• 2.1.1 大尺度衰落
• 2.1.2 小尺度衰落
• 2.1.3 无线信道模型常用的概率密度函数
• 2.2 无线通信中的分集技术
• 2.2.1 分集的基本原理
• 2.2.2 合并技术
• 2.2.3 多输入多输出 MIMO 系统
• 2.3 协作分集技术
• 2.3.1 协作通信的基本思想
• 2.3.2 协作分集的优点
• 2.4 本章小结
• 3 协作分集协议及其中继选择方案
• 3.1 中断事件与中断概率
• 3.2 协作协议
• 3.2.1 放大转发协议
• 3.2.2 译码转发协议
• 3.2.3 压缩转发协议
• 3.2.4 编码协作协议
• 3.2.5 选择性 DF 中继
• 3.2.6 增量中继
• 3.2.7 各协作方案分析比较
• 3.2.8 协作协议的仿真分析
• 3.3 中继选择方案
• 3.3.1 基于位置信息的中继选择算法
• 3.3.2 基于平均信噪比的中继选择
• 3.3.3 基于瞬时信道状况的中继选择
• 3.3.4 中继选择方案的比较
• 3.4 本章小结
• 4 协作通信中的相控阵天线技术
• 4.1 引言
• 4.2 阵列基础模型
• 4.2.1 均匀线性阵列
• 4.2.2 均匀圆阵
• 4.2.3 平面阵列
• 4.3 相控阵天线用于协作通信
• 4.3.1 基本模型
• 4.3.2 相控阵天线用于 AF 协作中继
• 4.3.3 相控阵天线用于 DF 协作中继
• 4.3.4 相控阵天线用于增量中继
• 4.3.5 仿真测试及结果
• 4.4 本章小结
• 5 接收机硬件设计及测试
• 5.1 引言
• 5.2 硬件介绍
• 5.2.1 电源部分
• 5.2.2 信号处理部分
• 5.2.3 输入部分
• 5.2.4 显示部分
• 5.2.5 输出部分
• 5.3 硬件调试
• 5.3.1 输入部分调试
• 5.3.2 输出部分调试
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 对未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献