無線協(xié)作通信網絡中協(xié)作中繼傳輸問題的研究.pdf

1、近年來，移動通信業(yè)務的迅猛發(fā)展對無線通信網絡的性能指標提出了更高的要求，國內外的科研工作者對多輸入多輸出(MIMO：Multi-InputMulti-Output)技術已經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絡中，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技術的應用。無線協(xié)作通信技術利用通信網絡中各分散用戶的發(fā)射天線構造一個容量更高的“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，能夠實現高可靠性的無線通信。因此，協(xié)作通信的研究受到了學術界和工程領域的廣泛關注。
　　 圍繞這個新興的無線通信技術，本文針對基于空時碼和空頻碼設計的協(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)針對極多數協(xié)作通信系統(tǒng)誤碼率公式結構過于復雜，不適于系統(tǒng)資源分配的研究，結合傳統(tǒng)的放大轉發(fā)(AF：AmplifyandForward)和解碼

3、轉發(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，構建了相應系統(tǒng)的中繼定位分析模型。經過分析比較，與DF情況不同，AF系統(tǒng)的拓撲結構具有對稱性，其誤碼率性能也具有對稱性。提出了幾種經典網絡拓撲結構的最佳中繼定位方案，并確定了最佳網絡拓撲結構為直線型。
　　 (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)，并結合調和均值的矩量母函數(MGF：MomentGeneratingFunction)的簡化，最終推導出了結構簡單的系統(tǒng)誤碼率緊逼近公式。蒙特卡羅仿真結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致了數據速率或頻譜效率的損失以及現有的基于空時碼設計的全速率協(xié)作傳輸方案又存在檢測復雜度高的缺陷。因此，本文采用非正交放大轉發(fā)(NAF：Non-orthogonalAF)模式，并結

6、合線性旋轉預編碼與循環(huán)延遲(CDD：CyclicDelayDiversity)分集技術的優(yōu)勢，提出了一種基于空頻碼設計的多中繼全速率無線協(xié)作傳輸方案。與現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，具有編碼結構簡單，目的節(jié)點處的信號檢測復雜度低，并且不隨中繼節(jié)點數的增加而增加的優(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)點的結構復雜度。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，非相干調制的使用可以簡化接收節(jié)點的結構。在采用差分調制的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