單中繼多向中繼信道的研究

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeResearchonMulti-WayRelayingChannelwithSingleRelayAuthor’SName：NingWangSpeciality：CommunicationandInformationSystemSupervisor：Finishedtime：Prof．XuchuDaiMay5伯，2012中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所取得的成果。除已特別

2、加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含任何他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明。作者簽名：至呈簽字日期：絲2蘭：2笸。!l中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明作為申請(qǐng)學(xué)位的條件之一，學(xué)位論文著作權(quán)擁有者授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)擁有學(xué)位論文的部分使用權(quán)，即：學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱，可以將學(xué)位論文編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。本人提交的電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。保密的學(xué)位論文在解密后也遵守此規(guī)定。屺

3、丞開口保密(——年)作者簽名：至i簽字日期：絲坦：堡《：il導(dǎo)師簽名：越簽字日期：堡!蘭壘：!!摘要無線通信系統(tǒng)中，頻譜資源的相對(duì)匱乏嚴(yán)重制約著無線通信的發(fā)展。因此，人們希望可以在同一頻率資源上服務(wù)更多的用戶，以提高頻譜資源的利用率。無線通信中的多天線技術(shù)，不僅可以獲得傳輸分集增益，提高通信質(zhì)量，還可以大幅提高系統(tǒng)的容量。協(xié)作中繼技術(shù)，可以增加系統(tǒng)的覆蓋范圍，更重要的是提高了通信鏈路的傳輸速率及傳輸可靠性。無線中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)基于干擾利用的觀點(diǎn)來處理干擾問題，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的雙向傳輸，與傳統(tǒng)的單向中繼協(xié)議相比，提高了系統(tǒng)的吞吐量及頻譜效率。無線協(xié)作通信系統(tǒng)中的

4、單中繼雙向信道，將以上幾種技術(shù)緊密結(jié)合，大幅提高了系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量，因此得到了廣泛的關(guān)注。本文在分析和總結(jié)已有研究工作的基礎(chǔ)上，首先將服務(wù)兩個(gè)用戶的單中繼雙向信道拓展到服務(wù)多個(gè)用戶的單中繼多向信道，然后對(duì)單中繼的多向中繼信道展開分析和研究。重點(diǎn)解決該信道中的用戶間干擾問題，在此基礎(chǔ)上對(duì)“對(duì)稱信道"和“非對(duì)稱信道”場(chǎng)景中所存在的幾個(gè)問題展開討論，并提出了相應(yīng)的解決方法，改善信道的傳輸性能。主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)如下：1)對(duì)單中繼多向信道系統(tǒng)進(jìn)行建模，提出了消除多向信道中多個(gè)用戶之間干擾的方法。在己知精確信道狀態(tài)信息的條件下，通過用戶節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合預(yù)編碼設(shè)計(jì)

5、實(shí)現(xiàn)信號(hào)空間對(duì)齊，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶間無干擾的信息傳輸。給出了預(yù)編碼設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟，以及每個(gè)用戶和中繼節(jié)點(diǎn)的信號(hào)處理方法；同時(shí)，對(duì)該信道模型的誤碼率性能進(jìn)行了分析，并得出分集增益。當(dāng)存在預(yù)編碼選擇自由度時(shí)，通過一種簡(jiǎn)單的預(yù)編碼選擇算法，獲得了更好的分集增益性能。理論分析和仿真結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)編碼設(shè)計(jì)和選擇方法的有效性、以及信道的誤碼率性能。2)針對(duì)用戶與中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道為“對(duì)稱信道”的場(chǎng)景，提出降低中繼節(jié)點(diǎn)運(yùn)算復(fù)雜度的方法。在中繼節(jié)點(diǎn)接收到的信息，是多個(gè)用戶發(fā)送信息的疊加混合，若中繼節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行解調(diào)和解碼，其運(yùn)算復(fù)雜度非常高。在對(duì)稱信道的情況下，若用戶未采用

6、信道編碼，提出一種簡(jiǎn)單的星座圖映射方法，降低中繼節(jié)點(diǎn)接收星座圖中的信號(hào)點(diǎn)數(shù)量；若用戶采用了信道編碼，在采用星座圖映射方法的同時(shí)，還利用簡(jiǎn)化網(wǎng)格圖的方法，化簡(jiǎn)中繼節(jié)點(diǎn)解碼時(shí)所使用網(wǎng)格圖的結(jié)構(gòu)；同時(shí)，提出省略解碼．重新編碼過程的方法，直接由接收信號(hào)解碼出在下個(gè)時(shí)隙所要廣播的信號(hào)。通過以上幾種方法，實(shí)現(xiàn)中繼節(jié)點(diǎn)運(yùn)算復(fù)雜度的降低。對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算復(fù)雜度做了分析，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。T摘要3)針對(duì)用戶與中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道為“非對(duì)稱信道”的場(chǎng)景，提出了一種自適應(yīng)傳輸方案及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。當(dāng)兩個(gè)用戶與中繼節(jié)點(diǎn)間的信道狀態(tài)相差較大時(shí)，如果采用固定的調(diào)制方式來進(jìn)行信息傳輸，整條鏈路的性能是由

7、較差的信道所決定的。為了充分利用信道的傳輸能力，提出了一種自適應(yīng)傳輸方案，重點(diǎn)解決非對(duì)稱信道條件下不對(duì)稱的信息傳輸問題。用戶節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自的信道狀態(tài)自適應(yīng)地選擇調(diào)制方式，在中繼節(jié)點(diǎn)采用緩存技術(shù)來存儲(chǔ)傳輸信道中的不匹配信息；同時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)采用了改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)編碼和分層調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用戶之間不對(duì)稱的信息傳輸。對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)的緩存大小和信道吞吐量進(jìn)行了理論分析，并且通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該傳輸方案的性能。關(guān)鍵詞：無線協(xié)作通信，單中繼多向信道，多輸入多輸出，預(yù)編碼，信號(hào)空間對(duì)齊，星座圖映射，網(wǎng)格編碼調(diào)制，自適應(yīng)調(diào)制，分層調(diào)制AbstractABSTRACTWiththerapidd