協(xié)作通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的研究.pdf

1、在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，MIMO是一種能夠有效利用多徑傳播來(lái)對(duì)抗無(wú)線衰落信道負(fù)面影響，提高系統(tǒng)頻譜資源利用率，增加信道容量的技術(shù)。然而天線間的相關(guān)性限制了MIMO系統(tǒng)的性能，而且在實(shí)際中由于用戶終端體積、質(zhì)量以及能耗等因素的限制使得 MIMO技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。在這種背景下，協(xié)作分集應(yīng)運(yùn)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(lái)達(dá)到MIMO系統(tǒng)的性能。然而面對(duì)日益增長(zhǎng)的通信需求，多天線終端已成為無(wú)線通信

2、發(fā)展的必然趨勢(shì)。另一方面，近年來(lái)出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)掀起了無(wú)線通信領(lǐng)域中的另一股研究熱潮。網(wǎng)絡(luò)編碼打破了傳統(tǒng)路由的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)工作模式，通過(guò)擴(kuò)展中繼節(jié)點(diǎn)功能而大幅度提高網(wǎng)絡(luò)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(yù)計(jì)將協(xié)作分集與網(wǎng)絡(luò)編碼相結(jié)合可以進(jìn)一步提高通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能。
　　在這種背景下，本文針對(duì)雙向中繼通信中的網(wǎng)絡(luò)編碼，多用戶協(xié)作通信中的模擬網(wǎng)絡(luò)編碼、物理層網(wǎng)絡(luò)編碼以及聯(lián)合空時(shí)碼的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。

3、
　　首先，介紹了協(xié)作分集和網(wǎng)絡(luò)編碼的基本原理，為后續(xù)的研究?jī)?nèi)容奠定理論基礎(chǔ)。在 MIMO系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上，介紹了接收分集的合并準(zhǔn)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(chǔ)，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(dá)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(luò)編碼的解調(diào)映射方案。
　　其次，針對(duì)雙向中繼通信中的網(wǎng)絡(luò)編碼方案進(jìn)行了深入研究，提出了偽物理層網(wǎng)

4、絡(luò)編碼方案，并分析了其信號(hào)處理過(guò)程。與物理層網(wǎng)絡(luò)編碼相類似，該方案的中繼節(jié)點(diǎn)只需一次解調(diào)和一次信道解碼過(guò)程，但并不存在同步問(wèn)題。該方案可以被看作是網(wǎng)絡(luò)編碼方案的物理層執(zhí)行方案，也是一個(gè)三時(shí)隙方案。通過(guò)與已有的網(wǎng)絡(luò)編碼方案相比較，分析了該方案的計(jì)算復(fù)雜度、誤比特率以及可達(dá)速率，并討論了該方案的適用場(chǎng)景。
　　接著，為了解決減少多用戶協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)延的問(wèn)題，將模擬網(wǎng)絡(luò)編碼引入到多用戶協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，提出了一種協(xié)作模擬網(wǎng)絡(luò)編碼方案，分析了

5、其協(xié)作過(guò)程，并推導(dǎo)了該方案在中繼節(jié)點(diǎn)采用放大轉(zhuǎn)發(fā)模式時(shí)的信道容量。與傳統(tǒng)協(xié)作相比，分析了節(jié)點(diǎn)配置天線數(shù)目對(duì)協(xié)作模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的信道容量的影響，并研究了不同仿真場(chǎng)景下其誤比特率性能。
　　然后，針對(duì)如何將物理層網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用到多用戶協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中的問(wèn)題進(jìn)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(luò)編碼方案，并分析了其協(xié)作過(guò)程。該方案是一種基于解碼轉(zhuǎn)發(fā)和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作方法。通過(guò)與其他幾種協(xié)作方案相比較，分析了不同仿真場(chǎng)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(duì)其性能的影響。研究結(jié)果表明，協(xié)作正交物理層網(wǎng)絡(luò)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(luò)的系統(tǒng)性能。
　　最后，為了進(jìn)一步提高多用戶協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的性能，對(duì)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在多天線終端的多用戶協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了一種聯(lián)合空時(shí)碼的協(xié)作正交物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方案，分析了目的節(jié)點(diǎn)配置天線數(shù)目對(duì)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(zhuǎn)發(fā)協(xié)作和協(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼方案進(jìn)行了分