無線網線中若干協作通信模型的系統(tǒng)性能研究.pdf

1、在無線通信領域中,協作通信技術(Cooperative Communication)利用網絡中閑置的天線作為中繼,形成分布式虛擬天線陣列(Distributed Virtual Antenna Array)。利用中繼在不同時間內傳送相同的數據,獲得更多的分集增益。與傳統(tǒng)的多輸入多輸出(Muhiple-Input Multiple-Output,MIMO)系統(tǒng)相比,協作通信系統(tǒng)對通信設備的天線數目要求更低。另一方面,可以通過將物理層傳輸技

2、術、網絡編碼技術和中繼調度策略等理論應用到協作通信系統(tǒng)的信號傳輸過程中以降低系統(tǒng)的中斷概率,獲得更好的系統(tǒng)性能。
　　 本文針對協作通信中的一些關鍵技術進行了深入探討。對與協作通信系統(tǒng)性能相關的信號處理機制、系統(tǒng)性能評測方法和編碼方案等內容進行了研究。本文主要研究成果如下:
　　 (1)在單信源多中繼單信宿模型中,提出了一種基于中繼調度策略的直接放大中繼協議(Relay Scheduling Amplifying-and

3、-Forwarding,RS-AF)和一種基于中繼調度策略的解碼中繼協議(Relay Scheduling Decode-and-Forwarding,RS-DF)。推導出兩種協議下系統(tǒng)的中斷概率、吞吐量與信號傳輸質量折中(Throughput-Reliability Tradeoff)和誤幀率表達式。利用TR對系統(tǒng)的中斷概率隨幀長及傳輸速率的改變而產生變化的趨勢進行了預測。通過對系統(tǒng)誤幀率的分析,發(fā)現在不同幀長下誤幀率曲線均存在一個臨

4、界點,并利用TR成功的闡釋該現象出現的原因。仿真結果表明,與采用傳統(tǒng)中繼協議的系統(tǒng)相比,采用RS-AF協議和RS-DF協議的系統(tǒng)具有更低的中斷概率,系統(tǒng)性能更優(yōu)。利用TR進行的預測與實際情況相吻合。
　　 (2)在兩信源單中繼兩信宿模型中,提出一種基于網絡編碼技術的直接放大中繼協議(Network Coding Amplify-and-Forward,NC-AF)協議和一種基于網絡編碼技術的解碼中繼(Network Coding

5、 Decode-and-Forward,NC-DF)協議。推導出采用NC-AF協議和(NC-DF協議的系統(tǒng)的誤幀率、中斷概率和分集復用折中表達式。運用分集復用折中對系統(tǒng)性能進行了分析。以誤幀率最小化為目標提出了系統(tǒng)功率最優(yōu)分配方案。仿真結果表明,與采用傳統(tǒng)中繼協議的系統(tǒng)相比,采用NC-AF協議和NC-DF協議的系統(tǒng)具有更低的系統(tǒng)中斷概率。隨著復用增益的增加,與采用NC-DF協議相比,采用NC-AF協議的系統(tǒng),將獲得更多的分集增益。提出的

6、系統(tǒng)功率最優(yōu)分配方案與實際情況相吻合。
　　 (3)在兩信源多中繼兩信宿模型中,推導出采用NC-AF協議和中繼調度策略的系統(tǒng)的誤幀率表達式和中斷概率表達式。通過對誤幀率的分析,得出系統(tǒng)沒有達到滿分集增益這一結論。針對這一問題,提出了分離式預編碼方案和分布式預編碼方案。仿真結果表明,與采用傳統(tǒng)中繼協議的系統(tǒng)相比,采用NC-AF協議的系統(tǒng)具有更低的誤幀率和中斷概率。與分離式預編碼方案相比,分布式預編碼方案能為系統(tǒng)提供更多的分集增益。

7、
　　 (4)在多信源單中繼單信宿模型中,提出多邊LDPC編碼方案。該編碼方案利用碼字內碼元間固有的相關性,通過不同的中繼發(fā)送上層圖中碼字的不同部分,獲得分集增益。在不增加系統(tǒng)帶寬、發(fā)射功率和系統(tǒng)復雜度的情況下,顯著地提升了系統(tǒng)性能。在對系統(tǒng)碼率和互信息的分析上,推導出搜索標準。確定了相應邊上的變量節(jié)點集合和校驗節(jié)點集合在上層圖和下層圖的最優(yōu)分布。仿真結果表明,相比于傳統(tǒng)的LDPC碼設計方案,多邊LDPC設計方案能夠為系統(tǒng)提供更