無線協(xié)作通信系統(tǒng)中分集編碼與檢測技術研究.pdf

1、新一代移動通信網絡系統(tǒng)對通信速率、通信可靠性提出了更高要求,無線協(xié)作通信技術由于具備多天線系統(tǒng)的特性,能夠有效利用多徑傳播來滿足這些性能要求,故而受到廣泛關注。無線協(xié)作通信技術的基本思想是通過多個單天線用戶終端,構成虛擬天線陣列以協(xié)助信源與信宿的通信。該技術通過構建多用戶協(xié)作的分集編碼,有助于提高信道容量、獲取分集增益、共享鏈路資源?；诖?本研究圍繞無線協(xié)作通信系統(tǒng)中的分集編碼技術,從正交轉發(fā)協(xié)議、非正交轉發(fā)協(xié)議、兩路中繼信道轉發(fā)協(xié)議

2、等方面探究了無線協(xié)作分集編碼技術的實質問題;同時,針對這些問題提出了一些新的分集編碼設計方法和信號檢測方法、并進行了相關性能分析。具體而言,本研究的主要結論如下:
　　1.針對現(xiàn)有分布式空時編碼和分布式空頻編碼應用于高速車載寬帶通信系統(tǒng)存在的不足,利用高速車載終端與車外基站通信時信道的多徑時變特性,提出可適用于此通信場景的無線協(xié)作通信系統(tǒng)模型及相應通信節(jié)點間的信道模型。在此基礎上,提出一種分布式空時頻編碼設計方法,其可在通信速率無

3、損耗的前提下,獲得此通信場景中潛在的協(xié)作分集、時間分集和頻率分集增益。同時,針對低信噪比時提出的分布式空時頻編碼較分布式空頻編碼誤碼性能較差的問題,提出了這兩種編碼方法結合使用的切換策略。
　　2.針對快衰落、多載波、頻率選擇性衰落中信道估計困難、開銷較大的問題,提出一種差分酉調制多中繼協(xié)作空頻編碼。理論分析和仿真結果驗證了提出的方法可獲得完全的協(xié)作和頻率分集增益。為進一步優(yōu)化提出編碼方法的誤碼性能,以接收信號合并信噪比最大為準則

4、,推導了接收信號分集合并的均值信噪比解析式,并由此分析了中繼個數(shù)、中繼位置、合并系數(shù)等參數(shù)對信噪比取值的影響。由于中繼個數(shù)、中繼位置的優(yōu)化解在區(qū)間的邊界點上,為使優(yōu)化工作有實際意義,確定了常用的中繼個數(shù)、中繼位置,并在此基礎上得到了功率分配因子及最大比合并因子比值的理論優(yōu)化解。仿真實驗結果驗證了理論優(yōu)化解的有效性和多參數(shù)優(yōu)化的優(yōu)越性。
　　3.針對解碼轉發(fā)方式下差分網絡編碼對應的中繼差分檢測復雜度高、差分網絡編碼環(huán)節(jié)繁雜的問題,提

5、出一種復數(shù)域符號相乘的差分網絡編碼,立足提出的差分網絡編碼思想,通過構建的檢測方法一,中繼可檢測得到兩路終端的差分分組編碼,通過構建的檢測方法二,中繼可檢測得到差分網絡編碼,無需檢測兩路發(fā)送信息分組,中繼的檢測復雜度顯著降低、處理環(huán)節(jié)明顯減少。同時,為了獲取高階分集增益,基于提出的復數(shù)域符號相乘的差分網絡編碼思想,提出了多中繼協(xié)作的隨機差分空時網絡編碼,可獲得的協(xié)作分集階數(shù)為激活中繼個數(shù)。
　　4.在多子載波、頻率選擇性衰落、兩路

6、中繼轉發(fā)信道中,提出一種多中繼協(xié)作的基于AF-CDC-OFDM的差分網絡編碼方法。通過多個協(xié)作中繼的分布式循環(huán)延時編碼和功率放大處理,兩路終端發(fā)送的差分編碼分組可獲得完全的協(xié)作分集和頻率分集增益。兩路終端在檢測對方的發(fā)送信號之前需要消除自身干擾信號,為此,提出了一種基于相關統(tǒng)計的自干擾估計和消除方法。仿真實驗結果驗證了提出的分集編碼方法和自干擾消除方法的有效性。
　　5.在非正交轉發(fā)協(xié)議中應用機會策略可獲得高階分集增益。為了研究瑞

7、利衰落信道中非正交選擇放大轉發(fā)協(xié)議和非正交選擇譯碼轉發(fā)協(xié)議的遍歷容量,推導了兩種轉發(fā)協(xié)議下遍歷容量界的閉式表達式,通過仿真得到了兩種協(xié)議在不同備選中繼個數(shù)時的遍歷容量。仿真結果表明:兩種協(xié)議的遍歷容量隨備選中繼個數(shù)的增加而改善;相對而言,低信噪比時非正交選擇放大轉發(fā)協(xié)議的遍歷容量較大,高信噪比時非正交選擇譯碼轉發(fā)協(xié)議的遍歷容量較大。
　　6.針對非正交轉發(fā)協(xié)議中信號聯(lián)合似然檢測時間復雜度高、檢測性能差的問題,提出了一種新的干擾消除