無速率碼的編譯碼及其在中繼與認知網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用.pdf

1、隨著無線通信各種應(yīng)用的飛速發(fā)展，能夠保證可靠且高效的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幗獯a技術(shù)已經(jīng)吸引了越來越多的研究關(guān)注。由于無線通信環(huán)境的復(fù)雜性和多變性，在許多情況下發(fā)送端往往無法準(zhǔn)確地預(yù)測信道狀態(tài)信息，并在數(shù)據(jù)傳輸前設(shè)計一個碼率固定的編碼。此外，當(dāng)使用傳統(tǒng)的碼率固定的編碼方式時，在傳輸發(fā)生差錯時的重傳請求會產(chǎn)生大量的反饋消息，從而降低傳輸效率。無速率碼，作為一種新型的碼率自適應(yīng)且能逼近信道容量的信道編碼方式，為我們解決上述問題提供了新的思路。正如其名字

2、所示，無速率碼的碼率并非是固定的，而是能夠自適應(yīng)信道狀態(tài)變化。得益于其前向遞增冗余的糾錯能力，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中并不需要任何反饋消息來請求數(shù)據(jù)重傳。無速率碼的差錯控制能力和碼率自適應(yīng)特性使其成為增強無線通信數(shù)據(jù)傳輸可靠性和提高數(shù)據(jù)傳輸效率的一種可行方法。本文主要從無速率碼的新型編譯碼技術(shù)及其在無線中繼網(wǎng)絡(luò)、認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用等方面展開深入研究，主要內(nèi)容可以概括如下:
　　研究了Raptor碼在加性白高斯噪聲信道下的一種新型的基

3、于邊消除的置信傳遞譯碼算法。具體而言，在迭代譯碼的過程中，置信度足夠高的變量節(jié)點及其所連接的邊會逐漸從Tanner圖中消去以降低譯碼復(fù)雜度。考慮到Raptor碼的前向遞增冗余特性，我們進一步將基于邊消除的置信傳遞譯碼算法擴展到了一種漸進的方式，不僅在迭代譯碼的過程中采取邊消除操作，而且利用先前譯碼嘗試結(jié)束時所獲得的結(jié)果來啟動新的譯碼嘗試。我們證明，相較于傳統(tǒng)的置信傳遞算法，我們所提出的非漸進和漸進的基于邊消除的置信傳遞譯碼算法能夠在不損

4、失誤比特率性能的基礎(chǔ)上有效地降低譯碼復(fù)雜度。
　　研究了適用于噪聲信道的一種新型的無速率編碼方式—AR碼的迭代譯碼收斂性能及其度數(shù)優(yōu)化。首先，通過分析LT碼在噪聲信道遭遇譯碼差錯平臺的原因，我們指出AR碼的新型編碼結(jié)構(gòu)所引入的后置累加器不僅能夠有效地克服差錯平臺，而且簡單便于實現(xiàn)。然后，根據(jù)AR碼的碼率自適應(yīng)特性，對于系統(tǒng)和非系統(tǒng)AR碼，我們通過分析外信息傳遞圖及其對應(yīng)的交線投影曲線，有效地刻畫了迭代譯碼中的互信息演進過程?；诖?/p>

5、，我們進一步研究了AR碼的迭代譯碼收斂特性，并對其度數(shù)分布作了優(yōu)化，從而使AR碼在噪聲信道下獲得了和Raptor碼相匹配的譯碼性能。
　　研究了無速率碼在無線中繼網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，提出了適用于兩跳乒乓中繼網(wǎng)絡(luò)的一種級聯(lián)的無速率信道與網(wǎng)絡(luò)編碼方案。具體而言，在源節(jié)點處，通過使用無速率碼對原始信息進行編碼，能夠?qū)箶?shù)據(jù)傳輸過程中所產(chǎn)生的殘存的中繼間干擾并減少反饋重傳，使得乒乓中繼網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸始終處于穩(wěn)態(tài);在中繼節(jié)點處，通過利用中繼間干擾

6、的特殊結(jié)構(gòu)，將一種基于最大似然檢測的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法與轉(zhuǎn)發(fā)機制相結(jié)合，從而有效地利用網(wǎng)絡(luò)分集，提高系統(tǒng)傳輸效率;在目的節(jié)點處，基于編碼方案所對應(yīng)的Tanner圖的級聯(lián)結(jié)構(gòu)，我們設(shè)計了一種迭代譯碼方法，以有效地恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。最后，通過外信息傳遞分析，我們給出了計算成功譯碼所需傳輸?shù)淖钚【幋a符號數(shù)目的方法，并對所采用的無速率碼的度數(shù)分布進行了優(yōu)化。
　　研究了無速率碼在多用戶認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，提出了多信道認知網(wǎng)絡(luò)的分布式頻譜

7、接入方法和多天線認知網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合反饋設(shè)計方法。對于多信道認知網(wǎng)絡(luò)，我們使用無速率碼對從用戶的數(shù)據(jù)傳輸進行編碼，從而增強其面對多用戶傳輸?shù)目垢蓴_能力。為了保證在主用戶通信滿足干擾限制的條件下最大化從用戶的吞吐量，基于從用戶的周期性頻譜感知和隨機分布式頻譜接入模型，我們提出了一種信道選擇算法，從而獲得了從用戶在頻譜接入時所選擇的子信道數(shù)目的最優(yōu)值。對于多天線認知網(wǎng)絡(luò)，我們從反饋資源分配的角度提出了一種頻譜感知和頻譜接入的聯(lián)合優(yōu)化模型。首先，通