下一代無線通信中高速 Turbo 譯碼和協(xié)作頻譜感知研究.pdf

1、 當今的無線通信技術正朝著更高效（更高的資源效用）、更快速（更快的數(shù)據(jù)傳輸和處理速率）、更可靠（更強的系統(tǒng)可靠性）的目標發(fā)展。然而，數(shù)據(jù)處理的實時性和高速有效性，以及頻譜資源的稀缺性和不可再生性，都是實現(xiàn)這一目標必須應對的挑戰(zhàn)。面對這些嚴峻挑戰(zhàn)，本論文研究了下一代無線通信(B3G/4G)中備受關注的兩個方向：高速率、低延遲的Turbo譯碼，以及快速可靠的協(xié)作頻譜感知，并取得了一定的研究進展，以滿足下一代無線通信業(yè)務的服務質量需求。論文

2、的主要工作概括如下：
1．在高速Turbo譯碼方面：針對傳統(tǒng)高速Turbo譯碼中存在的缺陷，本論文分別從譯碼算法和譯碼結構兩個角度進行了進一步研究。
a) 對高速率、低延遲 Turbo 譯碼，進行了譯碼算法的改進。提出了一種新的基-4SOVA算法，并做出了完整的數(shù)學推導，該算法的關鍵是提出了一種新的可信度更新方法，可實現(xiàn)編碼網(wǎng)格圖中兩步狀態(tài)轉移合并后的可信度更新。通過分析新算法的使用范圍可知，新的基-4SOV

3、A算法不僅適用于基于比特交織的二進制的Turbo碼，同時也適用于基于比特對交織的雙二進制的卷積Turbo碼，而傳統(tǒng)的基-4SOVA算法只適用于基于比特交織的二進制的Turbo碼。另外，新算法的誤碼率性能非常接近基-4Max-Log-MAP算法，當自適應引入外信息系數(shù)后，逼近基-4MAP算法，而且新算法還具有譯碼延遲小、存儲資源占用少等優(yōu)點，達到了與計算復雜度的良好折中。
b) 對高速率、低延遲Turbo譯碼，進行了譯碼結構

4、的改進。提出了一種新的降低延遲的并行譯碼方案。新方案的關鍵是設計新型的無沖突(CF)交織器，在對CF準則分析之后，利用滑動窗的思想，提出了基于窗的CF交織器設計準則和一種實現(xiàn)方法，新CF交織器可以使兩級SISO處理器之間傳遞的外信息，實時地作為彼此的先驗信息用于下一次分量譯碼以減小譯碼延遲。對于相同的并行度和迭代次數(shù)，時間復雜度比較表明新并行方案的譯碼延遲大約下降到傳統(tǒng)并行方案的1/4，即新并行方案大大降低了譯碼延遲。不過仿真結果表明新

5、并行方案的BER性能劣于傳統(tǒng)并行方案，并且隨子塊中分窗個數(shù)的增加，譯碼性能的下降越多。但是值得注意的是：當只將子塊分成兩個窗時，新并行方案的譯碼性能下降非常小，而且譯碼延遲仍大約下降到傳統(tǒng)并行方案的1/4。針對“子塊分成兩個窗”這一特定情況，又進一步提出了一類改進的ISbS (M-ISbS)無沖突交織器，并為該交織器提出了一種支持可變交織長度的低復雜度實時并行實現(xiàn)結構，可用于子塊分為兩個窗的新并行譯碼方案。
2．在協(xié)作頻譜

6、感知方面：協(xié)作頻譜感知通過利用多個用戶之間的空間分集可以大大改善認知無線電系統(tǒng)的頻譜檢測性能，本論文針對不同特定場景下的認知系統(tǒng)，分別研究了基于最佳認知用戶集和基于最佳中繼的協(xié)作頻譜感知方案。
a) 針對相關陰影下的認知系統(tǒng)，研究了該場景下協(xié)作頻譜感知的最佳認知用戶集選擇方案。首先介紹了相關對數(shù)正態(tài)陰影下協(xié)作頻譜感知的假設檢驗模型和檢測性能。然后根據(jù)虛警概率和漏檢概率是否被約束，通過考慮檢測性能和協(xié)作代價之間的有效折中，提

7、出了三個最佳認知用戶集選擇的最優(yōu)化問題。不幸的是所提最優(yōu)化問題都屬于NP困難問題，為了求得最佳認知用戶集，進一步提出了基于自適應遺傳算法(GA)的解決方法。最后，仿真結果說明，提出的認知用戶集選擇方案能夠有效地給相關陰影下的協(xié)作頻譜感知找到一個最佳的協(xié)作認知用戶集。
b) 針對存在多個中繼的認知系統(tǒng)，研究了基于最佳中繼的協(xié)作頻譜感知方案，并重點分析了在Nakagami-m衰落信道下的檢測性能。首先利用機會中繼選擇(ORS)

8、技術，提出了基于機會放大轉發(fā)中繼的協(xié)作頻譜感知(CSS-OAFR)方案，推導了該方案基于能量檢測的檢測性能，尤其給出了平均漏檢概率緊的閉式下界，通過仿真驗證了理論分析結果的有效性，并且討論了參與選擇的中繼數(shù)目對檢測性能影響。然后將基于部分中繼選擇(PRS)的 AF 策略應用到協(xié)作頻譜感知，稱為CSS-AFS-PRS 方案，同樣進行了類似的檢測性能分析和仿真驗證，此外仿真結果還表明，在CSS-AFS-PRS方案中僅兩個中繼參與選擇就可達到