中繼協(xié)作通信中的編碼技術(shù)研究.pdf

1、本文主要研究了中繼協(xié)作通信中的編碼技術(shù)，分別針對(duì)單向中繼、雙向中繼和多向中繼等不同的應(yīng)用場(chǎng)景，提出了對(duì)應(yīng)預(yù)編碼或網(wǎng)絡(luò)編碼方案，具體工作如下:
　　一、研究了放大轉(zhuǎn)發(fā)MIMO中繼系統(tǒng)中的預(yù)編碼設(shè)計(jì)問(wèn)題。前人工作多是基于最小均方誤差準(zhǔn)則且不考慮源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的直接鏈路，本文在考慮中繼鏈路和直接鏈路并存的條件下，基于最大化源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的互信息，提出了一種新的源和中繼聯(lián)合預(yù)編碼方案。所得問(wèn)題是關(guān)源和中繼預(yù)編碼矩陣的非凸優(yōu)化問(wèn)

2、題。首先提出了一種預(yù)編碼矩陣可能采用的結(jié)構(gòu)，接著使用Hadamard不等式，將原問(wèn)題變?yōu)閮蓚€(gè)凸的子問(wèn)題。給出子問(wèn)題的閉式解，然后迭代求解。仿真結(jié)果表明所提的方案收斂迅速，并且該方案所提供的互信息量超過(guò)了已有的方案。
　　二、研究了扇形中繼多播系統(tǒng)的功率分配和中繼位置聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題。提出了兩種傳輸方案:1）綜合使用了空時(shí)編碼和分布式空時(shí)編碼;2）使用了分布式空時(shí)編碼和最大比合并。論文對(duì)這兩種方案進(jìn)行了中斷概率分析;在中斷概率限制條件下

3、，以最大化系統(tǒng)頻譜效率為目標(biāo)，對(duì)最優(yōu)功率分配和中繼的位置進(jìn)行了優(yōu)化。所采用的方法是首先對(duì)中斷概率的表達(dá)式中的一部分使用拉格朗日展開(kāi)進(jìn)行近似，從而使原問(wèn)題降維。使用遺傳算法對(duì)待優(yōu)化變量進(jìn)行了搜索，所得結(jié)果和前面的近似解法的結(jié)果吻合。另外，仿真結(jié)果表明，所提的兩種方案的頻譜效率相當(dāng)，均大大優(yōu)于已有對(duì)比方案。
　　三、研究了多中繼輔助D2D系統(tǒng)中的預(yù)編碼設(shè)計(jì)問(wèn)題。以最小化參與協(xié)作的中繼的功率和為優(yōu)化目標(biāo)，以各個(gè)用戶的接收信干噪比必須大于

4、規(guī)定的門限為限制條件，建立了預(yù)編碼設(shè)計(jì)所滿足的優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)一系列轉(zhuǎn)化，將原來(lái)以塊對(duì)角矩陣為優(yōu)化變量的問(wèn)題變成了以向量為變量的優(yōu)化問(wèn)題。然后使用半正定松弛方法，對(duì)松弛后的問(wèn)題進(jìn)行了求解，并提供了尋找原問(wèn)題的解的方法。仿真結(jié)果表明，和已有對(duì)比算法比較，相同性能可以明顯減少中繼所使用的和功率。仿真還研究了改變中繼個(gè)數(shù)和天線配置等參數(shù)對(duì)中繼功率和的影響。
　　四、研究了多天線中繼系統(tǒng)雙向通信預(yù)編碼方案的設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中，中繼對(duì)基站到各個(gè)

5、用戶的下行信號(hào)和各個(gè)用戶到基站的上行信號(hào)同時(shí)進(jìn)行輔助傳輸。需要設(shè)計(jì)的目標(biāo)為基站和用戶的發(fā)送矩陣、中繼的預(yù)編碼矩陣、基站和用戶的接收處理矩陣。設(shè)計(jì)中運(yùn)用了信號(hào)空間對(duì)齊和網(wǎng)絡(luò)編碼的思想，在各節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送功率的限制下，當(dāng)滿足上行數(shù)據(jù)傳輸信干噪比要求時(shí)，研究了如何最大化最小的下行獨(dú)立數(shù)據(jù)流的信干噪比。先將原問(wèn)題分解為子問(wèn)題，并使用二次錐規(guī)劃求解。然后利用子問(wèn)題的解，對(duì)多個(gè)矩陣變量進(jìn)行了迭代優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，在不同的場(chǎng)景下，所提方案均能較快收

6、斂，且性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于對(duì)比方案。
　　五、研究了如何用中繼輔助D2D用戶簇內(nèi)各用戶進(jìn)行信息交互的問(wèn)題。當(dāng)用戶數(shù)較多時(shí)，如果使用傳統(tǒng)的放大轉(zhuǎn)發(fā)方案依次對(duì)各個(gè)用戶進(jìn)行輔助，會(huì)造成系統(tǒng)頻譜效率的下降。于是考慮在中繼使用模擬網(wǎng)絡(luò)編碼，使中繼能夠同時(shí)為各個(gè)用戶提供輔助，從而節(jié)省了中繼占用的時(shí)隙。由于多個(gè)用戶的存在，需要對(duì)模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使最小的用戶多播速率最大化，以實(shí)現(xiàn)中繼對(duì)各用戶公平的輔助。經(jīng)分析，該問(wèn)題是一個(gè)擬凸問(wèn)題，可以通過(guò)線