基于高斯信源的多中继压缩转发系统研究

摘要

随着现代社会的高度信息化，人们对于数据传输速率、网络覆盖范围以及信息传输质量等各方面的要求也变得越来越高。由于无线中继技术能够有效地对抗信道衰落、扩大网络覆盖范围、增加分集增益等，已被广泛地应用于各类无线通信系统中。目前，对于中继系统的研究主要以数字中继网络为主，且主要在转发策略、功率分配和中继选择三个方面，而当信源为模拟信号时，仍常采用传统的放大处理来进行转发。本文针对信源受限于环境或成本，只能进行简单的模拟信号发送，如传感器信源，而中继器能够进行复杂的分布式信源编码和信道编码的多中继网络，提出了一种模拟高斯信源通过多中继网络进行压缩转发的系统模型，与传统的中继转发系统的不同在于，首先信源发送的是模拟信号，而不是数字信号，其次在中继处进行模拟信源的分布式压缩编码，之后进行数字传输。并结合多用户信息论中分布式信源编码的CEO理论给出了系统的优化方法。论文的主要工作如下： (1)针对单源多中继同构网络系统，运用分布式信源编码的CEO理论和Shannon信道容量理论，提出了一种新的压缩转发理论分析框架和优化设计模型。在总功率受限条件下，在信源和各中继节点之间进行功率分配，使接收端的信噪比性能达到最大。理论和数值分析表明，压缩转发中继系统具有更好的信噪比性能。 (2)提出了单源多中继异构网络的压缩转发模型，给出了该系统的优化设计模型，在总功率受限条件下，设计一种在信源和各中继节点之间进行中继选择和功率分配的迭代算法，使得系统接收端的信噪比性能达到最优。 (3)推广到相关信源的情况，给出了一种利用信源相关性进行联合压缩的多中继同构压缩转发系统模型，并提出了该分布式压缩转发系统的资源优化分配方法。在总功率受限条件下，对信源和各中继节点之间进行功率分配，使接收端的信噪比性能达到最大。并分析了信源相关性对该压缩转发系统性能的影响。仿真结果表明，与不考虑信源之间相关性的传输方法相比，利用信源相关性进行联合压缩，能在相同的总功率条件下得到更好的信噪比性能。

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