协作中继转发策略优化及编码协作研究

摘要

当前，无线协作通信由于传输可靠、有效和覆盖范围广而成为研究热点，但仍存在复杂度高和性能未能接近理论值等缺陷。为协助解决上述问题，本学位论文主要开展了中继转发策略优化及编码协作的改进研究。首先，简介了协作通信背景、发展和现状。然后，重点分析了现有无线协作通信模型、合并技术和中继协议，并引入了链路自适应再生(LAR)转发协议。最后，重点探讨了优化LAR转发协议、量化转发(QF)及Raptor编码协作等创新改进。全文内容和贡献主要如下：　　1.针对译码转发(DF)中继系统不能获得分集增益的问题，引入了LAR理论分析研究。首先，研究了LAR协议的实现过程及低复杂度单中继选择方案。然后，针对单中继系统，推导了高信噪比(SNR)下误码率(BER)和中断概率的近似表达式。仿真表明：LAR较放大转发(AF)、DF和选择译码转发(SDF)在BER方面有更大优势。当BER=10-3时，分别有约3.5dB、7dB和7dB的SNR增益，且LAR中继系统的中断概率随中继个数的增加而不断提高；　　2.针对现有QF复杂度较高的缺陷，提出了低复杂度QF方案。其采用了低阶量化和调制，使复杂度有较大降低。在目的节点，其将量化信息和直传信息最大比合并(MRC)，可降低系统BER。同时，利用中继选择和功率分配技术进一步优化该方案。最后，仿真分析了1-bit、2-bit和3-bit QF的BER性能。结果表明：当BER=10-2，3-bit QF方案较1-bit、2-bit QF分别有约4.5~7.5dB和1~2.5dB的SNR增益；当中继距离目的节点较近时，所提QF协议具有较好BER性能。在等功率分配方案下，对于2-bit QF，在BER为10-3处，当源-中继链路归一化距离为0.9时，较0.7、0.5、0.3和0.1情况分别有约5dB、7.5dB、9dB和15dB的SNR增益。另外，相对于等功率分配方案，优化功率分配系统平均有约2.5dB功率增益；　　3.针对无线协作通信系统的信道状态信息(CSI)难以准确估算问题，利用喷泉码的无码率特性，提出了Raptor编码协作(CC)方案。在该方案中，源和中继节点使用不同Raptor编码，目的节点接收不同来源独立消息后，根据码字间关系联合译码，可在高SNR下获得较大编码增益和满分集效果。为了降低复杂度，Raptor预编码采用了整数序列构造的准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码，获得了较低的线性预编码复杂度。仿真表明：在BER为10-4时，所提Raptor编码协作方案较传统DF协议Raptor方案、Raptor与分布式空时分组码(DSTBC)结合方案，分别有约2dB和1dB的SNR增益。而且，当中断概率为10-2时，其SNR增益较CC、DF提高了约2dB和7dB。　　本文通过对协作中继转发策略和编码协作的优化改进，可较好地改善协作通信系统性能。所提改进点也均以低复杂度模式实现，便于工程实践，具备较高实用价值。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 协作中继现状及发展

1.3 协作中继面临的问题

1.4 全文研究内容

1.5 全文篇章结构

第2章 改进的LAR转发协议

2.1 协作通信基本系统模型

2.2 最大比合并概述及分析

2.3 协作通信的中继协议

2.4 改进的LAR转发协议

2.5 本章小结

第3章 低复杂度最大比合并量化转发方案

3.1 协作转发系统模型

3.2 改进的低复杂度量化转发方案

3.3 中继量化转发的优化功率分配

3.4 所提量化转发方案仿真及分析

3.5 本章小结

第4章 高效QC-LDPC预编码Raptor编码协作方案

4.1 Raptor编译码原理及特点

4.2 LDPC预编码Raptor编码协作理论

4.3 LDPC预编码Raptor编码协作分析

4.4 LDPC预编码Raptor编码协作仿真及分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目