無(wú)線網(wǎng)線中若干協(xié)作通信模型的系統(tǒng)性能研究.pdf

1、在無(wú)線通信領(lǐng)域中,協(xié)作通信技術(shù)(Cooperative Communication)利用網(wǎng)絡(luò)中閑置的天線作為中繼,形成分布式虛擬天線陣列(Distributed Virtual Antenna Array)。利用中繼在不同時(shí)間內(nèi)傳送相同的數(shù)據(jù),獲得更多的分集增益。與傳統(tǒng)的多輸入多輸出(Muhiple-Input Multiple-Output,MIMO)系統(tǒng)相比,協(xié)作通信系統(tǒng)對(duì)通信設(shè)備的天線數(shù)目要求更低。另一方面,可以通過(guò)將物理層傳輸技

2、術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)和中繼調(diào)度策略等理論應(yīng)用到協(xié)作通信系統(tǒng)的信號(hào)傳輸過(guò)程中以降低系統(tǒng)的中斷概率,獲得更好的系統(tǒng)性能。
　　 本文針對(duì)協(xié)作通信中的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入探討。對(duì)與協(xié)作通信系統(tǒng)性能相關(guān)的信號(hào)處理機(jī)制、系統(tǒng)性能評(píng)測(cè)方法和編碼方案等內(nèi)容進(jìn)行了研究。本文主要研究成果如下:
　　 (1)在單信源多中繼單信宿模型中,提出了一種基于中繼調(diào)度策略的直接放大中繼協(xié)議(Relay Scheduling Amplifying-and

3、-Forwarding,RS-AF)和一種基于中繼調(diào)度策略的解碼中繼協(xié)議(Relay Scheduling Decode-and-Forwarding,RS-DF)。推導(dǎo)出兩種協(xié)議下系統(tǒng)的中斷概率、吞吐量與信號(hào)傳輸質(zhì)量折中(Throughput-Reliability Tradeoff)和誤幀率表達(dá)式。利用TR對(duì)系統(tǒng)的中斷概率隨幀長(zhǎng)及傳輸速率的改變而產(chǎn)生變化的趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)誤幀率的分析,發(fā)現(xiàn)在不同幀長(zhǎng)下誤幀率曲線均存在一個(gè)臨

4、界點(diǎn),并利用TR成功的闡釋該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。仿真結(jié)果表明,與采用傳統(tǒng)中繼協(xié)議的系統(tǒng)相比,采用RS-AF協(xié)議和RS-DF協(xié)議的系統(tǒng)具有更低的中斷概率,系統(tǒng)性能更優(yōu)。利用TR進(jìn)行的預(yù)測(cè)與實(shí)際情況相吻合。
　　 (2)在兩信源單中繼兩信宿模型中,提出一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的直接放大中繼協(xié)議(Network Coding Amplify-and-Forward,NC-AF)協(xié)議和一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的解碼中繼(Network Coding

5、 Decode-and-Forward,NC-DF)協(xié)議。推導(dǎo)出采用NC-AF協(xié)議和(NC-DF協(xié)議的系統(tǒng)的誤幀率、中斷概率和分集復(fù)用折中表達(dá)式。運(yùn)用分集復(fù)用折中對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析。以誤幀率最小化為目標(biāo)提出了系統(tǒng)功率最優(yōu)分配方案。仿真結(jié)果表明,與采用傳統(tǒng)中繼協(xié)議的系統(tǒng)相比,采用NC-AF協(xié)議和NC-DF協(xié)議的系統(tǒng)具有更低的系統(tǒng)中斷概率。隨著復(fù)用增益的增加,與采用NC-DF協(xié)議相比,采用NC-AF協(xié)議的系統(tǒng),將獲得更多的分集增益。提出的

6、系統(tǒng)功率最優(yōu)分配方案與實(shí)際情況相吻合。
　　 (3)在兩信源多中繼兩信宿模型中,推導(dǎo)出采用NC-AF協(xié)議和中繼調(diào)度策略的系統(tǒng)的誤幀率表達(dá)式和中斷概率表達(dá)式。通過(guò)對(duì)誤幀率的分析,得出系統(tǒng)沒(méi)有達(dá)到滿分集增益這一結(jié)論。針對(duì)這一問(wèn)題,提出了分離式預(yù)編碼方案和分布式預(yù)編碼方案。仿真結(jié)果表明,與采用傳統(tǒng)中繼協(xié)議的系統(tǒng)相比,采用NC-AF協(xié)議的系統(tǒng)具有更低的誤幀率和中斷概率。與分離式預(yù)編碼方案相比,分布式預(yù)編碼方案能為系統(tǒng)提供更多的分集增益。

7、
　　 (4)在多信源單中繼單信宿模型中,提出多邊LDPC編碼方案。該編碼方案利用碼字內(nèi)碼元間固有的相關(guān)性,通過(guò)不同的中繼發(fā)送上層圖中碼字的不同部分,獲得分集增益。在不增加系統(tǒng)帶寬、發(fā)射功率和系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下,顯著地提升了系統(tǒng)性能。在對(duì)系統(tǒng)碼率和互信息的分析上,推導(dǎo)出搜索標(biāo)準(zhǔn)。確定了相應(yīng)邊上的變量節(jié)點(diǎn)集合和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)集合在上層圖和下層圖的最優(yōu)分布。仿真結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)的LDPC碼設(shè)計(jì)方案,多邊LDPC設(shè)計(jì)方案能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供更