無線協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作中繼傳輸問題的研究.pdf

1、近年來，移動通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展對無線通信網(wǎng)絡(luò)的性能指標提出了更高的要求，國內(nèi)外的科研工作者對多輸入多輸出(MIMO：Multi-InputMulti-Output)技術(shù)已經(jīng)進行了深入的理論研究，并取得了階段性成果。但在實際的無線通信網(wǎng)絡(luò)中，移動臺尺寸通常較小，難以裝配多根天線，因而在一定程度上限制了MIMO技術(shù)的應(yīng)用。無線協(xié)作通信技術(shù)利用通信網(wǎng)絡(luò)中各分散用戶的發(fā)射天線構(gòu)造一個容量更高的“虛MIMO”系統(tǒng)，克服了單天線移動終端無法獲得空間

2、分集增益的難題，能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性的無線通信。因此，協(xié)作通信的研究受到了學(xué)術(shù)界和工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
　　 圍繞這個新興的無線通信技術(shù)，本文針對基于空時碼和空頻碼設(shè)計的協(xié)作中繼傳輸方案及其資源分配(最佳功率分配和最佳中繼定位)進行了深入研究。主要的研究工作和成果概括如下：
　　 (1)針對極多數(shù)協(xié)作通信系統(tǒng)誤碼率公式結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，不適于系統(tǒng)資源分配的研究，結(jié)合傳統(tǒng)的放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF：AmplifyandForward)和解碼

3、轉(zhuǎn)發(fā)(DF：DecodeandForward)單中繼協(xié)作通信系統(tǒng)的漸進緊逼近誤碼率公式，構(gòu)建了相應(yīng)系統(tǒng)的中繼定位分析模型。經(jīng)過分析比較，與DF情況不同，AF系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)具有對稱性，其誤碼率性能也具有對稱性。提出了幾種經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的最佳中繼定位方案，并確定了最佳網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為直線型。
　　 (2)針對傳統(tǒng)協(xié)作通信系統(tǒng)傳輸Alamouti碼存在速率過低的不足，本文分別研究了Alamouti碼的高分集和全分集無線協(xié)作傳輸方案及其

4、系統(tǒng)誤碼率。基于單入單出(SISO：Single-InputSingle-Output)等效信道模型，得到了總的最大比合并(MRC：MaximumRatioCombining)輸出信噪比(SNR：SignaltoNoiseratio)，并結(jié)合調(diào)和均值的矩量母函數(shù)(MGF：MomentGeneratingFunction)的簡化，最終推導(dǎo)出了結(jié)構(gòu)簡單的系統(tǒng)誤碼率緊逼近公式。蒙特卡羅仿真結(jié)果證明該公式在高信噪比的條件下能夠很好地對系統(tǒng)誤碼率

5、性能進行精確描述。在總功率一定的條件下，以最小化誤碼率緊逼近公式為目標，提出了最佳功率分配方案和最佳中繼定位方案。在相同的比較條件下，全分集協(xié)作傳輸方案的誤碼率性能均優(yōu)于高分集協(xié)作傳輸方案的誤碼率性能。
　　 (3)針對正交信道在協(xié)作傳輸方案中的使用導(dǎo)致了數(shù)據(jù)速率或頻譜效率的損失以及現(xiàn)有的基于空時碼設(shè)計的全速率協(xié)作傳輸方案又存在檢測復(fù)雜度高的缺陷。因此，本文采用非正交放大轉(zhuǎn)發(fā)(NAF：Non-orthogonalAF)模式，并結(jié)

6、合線性旋轉(zhuǎn)預(yù)編碼與循環(huán)延遲(CDD：CyclicDelayDiversity)分集技術(shù)的優(yōu)勢，提出了一種基于空頻碼設(shè)計的多中繼全速率無線協(xié)作傳輸方案。與現(xiàn)有的僅追求傳輸速率或誤碼性能的協(xié)作傳輸方案相比，該方案適用于多中繼場景，具有編碼結(jié)構(gòu)簡單，目的節(jié)點處的信號檢測復(fù)雜度低，并且不隨中繼節(jié)點數(shù)的增加而增加的優(yōu)點。與等功率分配方案相比，給出的最佳功率分配方案能夠使系統(tǒng)誤碼率性能得到一定改善。
　　 (4)目前，對協(xié)作通信的研究大部分

7、都是假設(shè)各接收節(jié)點已知信道狀態(tài)(CSI：ChannelStateInformation)信息的。但在實際中，信道估計大大增加了接收節(jié)點的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。在傳統(tǒng)的單天線無線通信系統(tǒng)中，在無法獲取信道信息的情況下，非相干調(diào)制的使用可以簡化接收節(jié)點的結(jié)構(gòu)。在采用差分調(diào)制的AF(DiffAF：DifferentialmodulationschemesforAF)協(xié)作傳輸系統(tǒng)中，最大比合并性能基準是衡量該系統(tǒng)誤碼率性能的有效方法，通過完善最大比性能基