協(xié)作通信系統(tǒng)網(wǎng)絡編碼技術的研究.pdf

1、在無線通信網(wǎng)絡中，MIMO是一種能夠有效利用多徑傳播來對抗無線衰落信道負面影響，提高系統(tǒng)頻譜資源利用率，增加信道容量的技術。然而天線間的相關性限制了MIMO系統(tǒng)的性能，而且在實際中由于用戶終端體積、質量以及能耗等因素的限制使得 MIMO技術難以實現(xiàn)。在這種背景下，協(xié)作分集應運而生。協(xié)作分集允許用戶終端共享彼此的天線資源，從而形成協(xié)作式MIMO，以單天線終端協(xié)作來達到MIMO系統(tǒng)的性能。然而面對日益增長的通信需求，多天線終端已成為無線通信

2、發(fā)展的必然趨勢。另一方面，近年來出現(xiàn)的網(wǎng)絡編碼技術掀起了無線通信領域中的另一股研究熱潮。網(wǎng)絡編碼打破了傳統(tǒng)路由的存儲轉發(fā)工作模式，通過擴展中繼節(jié)點功能而大幅度提高網(wǎng)絡吞吐量，從而逼近最大流最小割定理的容量上限。我們可以預計將協(xié)作分集與網(wǎng)絡編碼相結合可以進一步提高通信網(wǎng)絡的系統(tǒng)性能。
　　在這種背景下，本文針對雙向中繼通信中的網(wǎng)絡編碼，多用戶協(xié)作通信中的模擬網(wǎng)絡編碼、物理層網(wǎng)絡編碼以及聯(lián)合空時碼的物理層網(wǎng)絡編碼等問題進行了深入研究。

3、
　　首先，介紹了協(xié)作分集和網(wǎng)絡編碼的基本原理，為后續(xù)的研究內容奠定理論基礎。在 MIMO系統(tǒng)模型基礎上，介紹了接收分集的合并準則以及 MIMO系統(tǒng)信道容量。以兩用戶相互協(xié)作模型為基礎，介紹了幾種典型的協(xié)作分集方式，并從信息論角度分析了兩協(xié)作用戶的可達速率區(qū)域以及系統(tǒng)中斷概率。在雙向中繼通信中，介紹了雙向中繼通信方式以及物理層網(wǎng)絡編碼的解調映射方案。
　　其次，針對雙向中繼通信中的網(wǎng)絡編碼方案進行了深入研究，提出了偽物理層網(wǎng)

4、絡編碼方案，并分析了其信號處理過程。與物理層網(wǎng)絡編碼相類似，該方案的中繼節(jié)點只需一次解調和一次信道解碼過程，但并不存在同步問題。該方案可以被看作是網(wǎng)絡編碼方案的物理層執(zhí)行方案，也是一個三時隙方案。通過與已有的網(wǎng)絡編碼方案相比較，分析了該方案的計算復雜度、誤比特率以及可達速率，并討論了該方案的適用場景。
　　接著，為了解決減少多用戶協(xié)作網(wǎng)絡中傳輸時延的問題，將模擬網(wǎng)絡編碼引入到多用戶協(xié)作網(wǎng)絡中，提出了一種協(xié)作模擬網(wǎng)絡編碼方案，分析了

5、其協(xié)作過程，并推導了該方案在中繼節(jié)點采用放大轉發(fā)模式時的信道容量。與傳統(tǒng)協(xié)作相比，分析了節(jié)點配置天線數(shù)目對協(xié)作模擬網(wǎng)絡編碼的信道容量的影響，并研究了不同仿真場景下其誤比特率性能。
　　然后，針對如何將物理層網(wǎng)絡編碼應用到多用戶協(xié)作網(wǎng)絡中的問題進行了深入研究，利用極化分集，提出了協(xié)作正交物理層網(wǎng)絡編碼方案，并分析了其協(xié)作過程。該方案是一種基于解碼轉發(fā)和物理層網(wǎng)絡編碼的協(xié)作方法。通過與其他幾種協(xié)作方案相比較，分析了不同仿真場景下其誤比

6、特率性能及系統(tǒng)吞吐量性能，并研究了不同解碼方式對其性能的影響。研究結果表明，協(xié)作正交物理層網(wǎng)絡編碼方案可以有效地提高單天線終端的多用戶協(xié)作網(wǎng)絡的系統(tǒng)性能。
　　最后，為了進一步提高多用戶協(xié)作網(wǎng)絡的性能，對物理層網(wǎng)絡編碼在多天線終端的多用戶協(xié)作網(wǎng)絡中的應用問題進行了研究，提出了一種聯(lián)合空時碼的協(xié)作正交物理層網(wǎng)絡編碼方案，分析了目的節(jié)點配置天線數(shù)目對其誤比特率性能以及系統(tǒng)吞吐量性能的影響，并與傳統(tǒng)解碼轉發(fā)協(xié)作和協(xié)作網(wǎng)絡編碼方案進行了分