分布式空時(shí)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(wú)線節(jié)點(diǎn)實(shí)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(jià)的限制一個(gè)無(wú)線終端上無(wú)法通過(guò)安裝多個(gè)天線獲取空間分集的問(wèn)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(shì)。目前WiMAX，LTE等無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)存在較多節(jié)點(diǎn)，所以協(xié)作通信常以分布式空時(shí)中繼系統(tǒng)的形式實(shí)現(xiàn)。因此，理解和改進(jìn)分布式空時(shí)中繼系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)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(shí)中繼系統(tǒng)存在的關(guān)鍵問(wèn)題，并提出有效的改進(jìn)方案。論文通過(guò)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(diǎn)和需要解決的問(wèn)題。然后根據(jù)這些結(jié)果，總結(jié)了分布式空時(shí)中繼系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文圍繞著如何改進(jìn)這些問(wèn)題，進(jìn)行了以下工作：
　　 基于DF的分布空時(shí)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(wèn)題是跨層設(shè)計(jì)和資源分配。在跨層設(shè)計(jì)方面，針對(duì)多用戶空時(shí)協(xié)作分集系統(tǒng)中提出了兩個(gè)能充分利用協(xié)作過(guò)程的自動(dòng)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(shí)驗(yàn)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?yàn)閰f(xié)作通信會(huì)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(shí)驗(yàn)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(shí)中繼系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題是：固定的中繼集合大小限制了系統(tǒng)對(duì)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(shí)不再服從高斯分布。針對(duì)第一個(gè)問(wèn)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(shí)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(cuò)誤概率上界，速率-分集折中以及最優(yōu)的功率分配方案。實(shí)

5、驗(yàn)證明提出的分布式空時(shí)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(jì)模式。該模式通過(guò)兩個(gè)訓(xùn)練序列將非高斯噪聲環(huán)境下的信道估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為兩個(gè)高斯噪聲環(huán)境下的信道估計(jì)問(wèn)題。給出了最優(yōu)的訓(xùn)練序列設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和最優(yōu)功率分配方案。實(shí)驗(yàn)證明基于此估計(jì)模式的接收機(jī)與理想接收機(jī)的性能非常接近，且估計(jì)性能遠(yuǎn)優(yōu)于己知的信道估計(jì)算法。
　　 基于DmF方式的分布式空時(shí)中繼系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題是中繼解

6、調(diào)錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)分集增益劇烈下降。針對(duì)錯(cuò)誤傳遞問(wèn)題，提出了兩種基于信噪比門(mén)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(gè)能有效衡量系統(tǒng)性能的指示函數(shù)——信號(hào)錯(cuò)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(hào)錯(cuò)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(cuò)誤概率的分布式中繼選擇模式。證明了通過(guò)中繼選擇可以提高系統(tǒng)的分集增益。實(shí)驗(yàn)證明提出的中繼選擇模式可以有效的抑制錯(cuò)誤傳遞，