1.3 论文的组织结构 3

2 双向中继系统 4

2.1 双向中继基本原理 4

2.2 双向中继系统容量上界 6

3 基于AF的单用户对双向中继系统的波束成形 8

3.1 系统模型 8

3.2 和速率上界 10

3.3 ZF波束成形 11

3.4 MMSE波束成形 12

3.5 MSR波束成形 12

3.6 仿真结果 14

3.7 本章小结 17

4 基于AF的多用户对双向中继系统的波束成形 18

4.1 系统模型 18

4.2 ZF波束成形 20

4.3 BD波束成形 21

4.5 仿真结果 24

4.6 本章小结 27

5 基于DF的多用户对双向中继系统的波束成形 27

5.1系统模型 27

5.2 ZF波束成形 30

5.3 BD波束成形 30

5.4 和速率 31

5.5 仿真结果 32

5.6本章小结 34

结  论 35

致  谢 36

参考文献 37

1 绪论

1.1 研究背景和意义

近些年来，全球通信行业迅速发展，无线通信在人们的日常生活中扮演着举足轻重的角色。随着生活水平的日益提高，人们对通信业务的服务质量提出了更高的要求，未来的通信系统必须能够提供覆盖范围更广、传输速率更高，可靠性更强的数据通信业务，实现任何时间、任何地点、任何人之间的通信，这对现有的通信技术来说是一项严峻的挑战。将中继技术应用于无线通信网络，能在不增加基站数目的前提下,提高系统容量和频谱效率，减小覆盖盲区，增强传输可靠性，是未来无线通信产业发展的必然趋势。

随着3G、4G时代的到来，人们提出了异构网络的概念，在异构网络中要靠增加节点来提高通信速率和信道容量。由于基站的建立会造成能源浪费和辐射危害，因此引入中继协作处理[1]在未来移动通信中有着非常重要的意义。

中继技术可分为单向中继、双向中继和多向中继。单向中继的基本思想是通过中继节点将基站发送给用户的信号进行处理后再转发给用户。传统的无线中继技术中，在距离超过覆盖范围的节点中间引入单向中继节点进行协作传输，有效地提高了通信质量和覆盖范围，减少了基站建设的数量，降低了建设成本。但是，传统的单向中继只能扩大覆盖范围，不能提高系统的频谱效率。

双向中继指多对无直达链路的信源节点在中继节点的协助下互相交换信息。双向中继完成一次信息交换需要经历两个阶段：多址接入阶段(Multiple access channel，MAC)和广播阶段(Broadcast, BC)。MAC阶段，多对源节点同时向中继节点发送信号，中继节点接收到的是所有源节点所发送信号的和信号；BC阶段，中继节点将接收到的信号进行一定的处理，并将处理过的信号以广播的方式发送至目的节点。由于目的节点接收到的广播信息中包含自身在第一阶段发送给对方节点的信号，且该信号已知，可以利用自干扰消除的原理从广播信号中检测出对方节点在MAC阶段发送的信息，实现信息交换的目的。由分析可知，双向中继的信息传输只需占用两个时隙，大大节省了时间资源，从而大幅度地提高了整个系统的通信容量。由于双向中继不仅能够获得高于单向中继的频谱效率，而且可以提高覆盖范围，因此获得了学术界和产业界的广泛关注。目前研究的主要内容包括预编码、波束成形技术、功率分配、容量分析、误码率、中继选择策略、中断概率、可达速率等。