分布式空時中繼系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、協(xié)作通信技術(shù)是一種利用地理上分散的單天線無線節(jié)點實現(xiàn)空間分集的新技術(shù)。它解決了由于尺寸、發(fā)射功率、以及系統(tǒng)造價的限制一個無線終端上無法通過安裝多個天線獲取空間分集的問題。與常規(guī)通信相比，協(xié)作通信技術(shù)具有更高可靠性、更高功率效率和更高頻譜效率的優(yōu)勢。目前WiMAX，LTE等無線通信標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)將協(xié)作通信列入到標(biāo)準(zhǔn)草案中。由于無線網(wǎng)絡(luò)存在較多節(jié)點，所以協(xié)作通信常以分布式空時中繼系統(tǒng)的形式實現(xiàn)。因此，理解和改進(jìn)分布式空時中繼系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)對于協(xié)

2、作通信技術(shù)的發(fā)展有著非常重要的意義。
　　 本文的研究思路是理解分布式空時中繼系統(tǒng)存在的關(guān)鍵問題，并提出有效的改進(jìn)方案。論文通過比較解碼-轉(zhuǎn)發(fā)(DF)，放大-轉(zhuǎn)發(fā)(AF)以及解調(diào)-轉(zhuǎn)發(fā)(DmF)三種中繼方式之間的優(yōu)劣，指出了各種中繼方式的特點和需要解決的問題。然后根據(jù)這些結(jié)果，總結(jié)了分布式空時中繼系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題。本文圍繞著如何改進(jìn)這些問題，進(jìn)行了以下工作：
　　 基于DF的分布空時中繼系統(tǒng)與多天線系統(tǒng)物理層功能近

3、似，因此關(guān)鍵問題是跨層設(shè)計和資源分配。在跨層設(shè)計方面，針對多用戶空時協(xié)作分集系統(tǒng)中提出了兩個能充分利用協(xié)作過程的自動重傳協(xié)議(ARQ)——協(xié)作前ARQ協(xié)議和協(xié)作后ARQ協(xié)議。詳細(xì)分析了系統(tǒng)的平均吞吐率，并比較了不同協(xié)議下的系統(tǒng)性能。理論和實驗均證明提出的ARQ協(xié)議可以極大提高系統(tǒng)的吞吐量。在資源分配方面，因為協(xié)作通信會引起額外的功率消耗，所以在資源受限網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作通信不一定是功率效率最大的通信方式。據(jù)此提出了一種功率效率的選擇性協(xié)作通信模

4、式。實驗證明該模式能有效地提高網(wǎng)絡(luò)功率效率。
　　 基于AF方式的分布式空時中繼系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是：固定的中繼集合大小限制了系統(tǒng)對上層業(yè)務(wù)的廣泛支持；噪聲傳遞導(dǎo)致目的端接收噪聲在未知信道信息時不再服從高斯分布。針對第一個問題，提出了一種可取得滿分集、滿速率以及速率-分集折中率的分布式空時編碼方案。該編碼方案適用于任意大小的中繼網(wǎng)絡(luò)和任意的調(diào)制方案。本文給出了編碼準(zhǔn)則、解碼算法，錯誤概率上界，速率-分集折中以及最優(yōu)的功率分配方案。實

5、驗證明提出的分布式空時編碼優(yōu)于其他已有的編碼方案，并且能夠靈活地在速率和分集上進(jìn)行互換。在噪聲傳遞環(huán)境中，提出了雙訓(xùn)練序列信道估計模式。該模式通過兩個訓(xùn)練序列將非高斯噪聲環(huán)境下的信道估計問題轉(zhuǎn)化為兩個高斯噪聲環(huán)境下的信道估計問題。給出了最優(yōu)的訓(xùn)練序列設(shè)計準(zhǔn)則和最優(yōu)功率分配方案。實驗證明基于此估計模式的接收機(jī)與理想接收機(jī)的性能非常接近，且估計性能遠(yuǎn)優(yōu)于己知的信道估計算法。
　　 基于DmF方式的分布式空時中繼系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是中繼解

6、調(diào)錯誤會導(dǎo)致系統(tǒng)分集增益劇烈下降。針對錯誤傳遞問題，提出了兩種基于信噪比門限的中繼選擇模式——集中式中繼選擇模式和分布式中繼選擇模式。在集中式中繼選擇模式中，定義了一個能有效衡量系統(tǒng)性能的指示函數(shù)——信號錯誤噪聲功率比。集中式中繼選擇模式的目標(biāo)就是最大化信號錯誤噪聲功率比。為了減少系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，又提出了最小化等效中繼信道錯誤概率的分布式中繼選擇模式。證明了通過中繼選擇可以提高系統(tǒng)的分集增益。實驗證明提出的中繼選擇模式可以有效的抑制錯誤傳遞，