基于协作通信的低检测复杂度分布式空时频编码方法研究

摘要

随着无线通信的不断革新，无线网络的传输协议由过去的中心化转变为越来越趋向于分布式化。协作通信正是利用无线信道的广播特性，使网络中的通信节点相互协作，以分布式的形式完成信息的传输的通信方式。它通过在源和接受端之间引入中继信道来构造一个虚拟的多输入多输出(MIMO:MultipleInputMultipleOutput)信道，并可以取得与MIMO相同的分集增益。因此，协作通信成为未来无线通信的一个重要的研究领域。
　　 在无线协作通信网络中，分布式空时频编码方案是实现多用户(或多节点)之间协作通信的有效手段。它能够挖掘天线间的空间分集增益、提高网络的抗干扰能力、降低用户(或节点)的能耗。高可靠性、高速率、低检测复杂度、低功耗的分布式空时频编码方案已成为未来几年公认的研究重点和难点。
　　 本论文以协作通信为研究背景，针对分布式空时频编码方案进行了深入的研究，并提出了一种具有低检测复杂度的全速率无线协作中继传输方案，主要研究工作如下：
　　 (1)研究了几种最基本空时编码技术，重点研究了一种可以取得系统的全分集增益，提高系统的传输速率的基于预编码的全速率全分集(FDFR:FullDiversityFullRate)空时码。
　　 (2)深入探讨了针对频率选择性信道，以循环延迟分集(CDD:CyclicDelayDiversity)的正交频分复用(OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)多天线系统为基础并能取得空间和频域分集、提高误码性能的循环延迟空频方案。
　　 (3)充分利用预编码、循环延迟分集等技术的特点和优势，将二者有机结合，提出一种具有低检测复杂度的全速率无线协作中继传输方案。为了获取分布式无线系统的全分集增益，增强信号在协作中继传输过程中的抗信道衰落能力，实现全速率传输，该方案首先对源节点的待传输数据进行合理的线性复数域编码，随之将经过预编码的数据在两个连续的时隙内依次传送；中继节点将接收到的数据采用循环延迟放大转发方式传送给目的地节点，这使得无线协作系统在频率选择性信道模型下取得了频率分集，并且在接收端具有统一接收结构。实验证明，本论文提出的基于循环延迟分集的全速率无线协作中继传输方案不仅适用于任意中继天线数目的情况，而且结构简单，能在获得全分集增益性能的同时，明显降低检测复杂度，与传统仅追求传输速率或误码性能的中继方案更具实用价值。