無線網(wǎng)絡(luò)中高頻譜效率協(xié)作通信技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)終端由于尺寸、成本、功率或復(fù)雜度限制而不能安裝多個(gè)天線時(shí)，無線通信系統(tǒng)就無法采用多輸入多輸出技術(shù)來提供空間分集。這時(shí)，協(xié)作通信是一種極具吸引力的替代技術(shù)，它可以有效地獲取空間分集，從而對(duì)抗衰落，提高通信性能。然而，在協(xié)作通信中，協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻譜效率下降。本論文就集中于研究無線網(wǎng)絡(luò)中具有高頻譜效率的協(xié)作通信技術(shù)。
　　 論文的主要研究成果總結(jié)如下：
　　 首先，提出了一種滿速率滿分集兩用戶放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）協(xié)作分集方

2、案。每個(gè)用戶將其接收到的信息經(jīng)過干擾相消處理后，疊加在自己的信息上進(jìn)行發(fā)送，因而具有與直接傳輸方案相同的傳輸速率。還對(duì)功率分配方案進(jìn)行了研究，并利用所提出功率分配方案的特點(diǎn)，提出了一種簡化譯碼算法，其復(fù)雜度可與LTW-AF方案（Laneman，Tse和Wornell提出的一種AF協(xié)作方案）的譯碼復(fù)雜度相比擬，只需要進(jìn)行單符號(hào)的最大似然譯碼。該方案可以獲得滿分集增益，且性能明顯優(yōu)于LTW-AF方案。
　　 其次，提出了兩種高頻譜效

3、率的選擇譯碼轉(zhuǎn)發(fā)（SDF）協(xié)作分集方案。一種是基于轉(zhuǎn)發(fā)疊加符號(hào)的三用戶協(xié)作分集方案，每個(gè)用戶有兩個(gè)協(xié)作伙伴，并將所接收到的兩個(gè)伙伴的符號(hào)進(jìn)行疊加，然后再轉(zhuǎn)發(fā)。另一種是基于信號(hào)空間分集技術(shù)的三用戶協(xié)作分集方案，每個(gè)用戶有兩個(gè)協(xié)作伙伴，并對(duì)接收到的伙伴符號(hào)以一定角度進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，然后同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)伙伴符號(hào)的實(shí)部及另一個(gè)伙伴符號(hào)的虛部，并且推導(dǎo)出了最佳的旋轉(zhuǎn)角度。對(duì)兩種方案的誤比特率性能及分集性能均進(jìn)行了分析，同時(shí)還考慮了符號(hào)映射對(duì)系統(tǒng)誤比特率

4、的影響，并分別對(duì)采用8.PSK調(diào)制的這兩種方案各自設(shè)計(jì)出一種新的具有更好性能的符號(hào)映射。無論是相比于兩用戶LTW-SDF方案（Laneman，Tse和Wornell提出的一種SDF協(xié)作方案），還是三用戶LTW-SDF方案，這兩種新提出的方案都具有更好的性能。
　　 再次，對(duì)具有與直接傳輸方案相同傳輸速率的雙路徑中繼通信方案進(jìn)行研究，并提出了改進(jìn)的信號(hào)發(fā)送和接收檢測(cè)方案。在雙路徑中繼通信方案中，由于中繼節(jié)點(diǎn)在接收源信息時(shí)，會(huì)受到另

5、一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)所發(fā)送信號(hào)的干擾，這種中繼間信道干擾嚴(yán)重?fù)p壞雙路徑中繼通信系統(tǒng)的性能。針對(duì)基于AF協(xié)作的雙路徑中繼通信方案，提出在目的節(jié)點(diǎn)先進(jìn)行干擾相消，消去以前接收到的信號(hào)及噪聲，然后進(jìn)行最大后驗(yàn)概率譯碼和迭代軟譯碼，以提高系統(tǒng)性能。針對(duì)基于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF）協(xié)作的雙路徑中繼通信方案，提出讓中繼節(jié)點(diǎn)互相交換部分信道狀態(tài)信息（CSI），并利用這些信息改進(jìn)信號(hào)發(fā)射策略，讓中繼節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)均對(duì)所發(fā)送的符號(hào)先進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，然后發(fā)送，從而提高中繼節(jié)點(diǎn)

6、的抗干擾能力，并推導(dǎo)出了最佳的旋轉(zhuǎn)角度，而且，中繼節(jié)點(diǎn)在互相交換部分CSI時(shí)，所需的額外操作負(fù)擔(dān)較小。
　　 最后，研究了伙伴選擇問題，通過伙伴選擇來提高多個(gè)用戶協(xié)作時(shí)系統(tǒng)的頻譜效率。證明了機(jī)會(huì)中繼方案在LTW-AF協(xié)作通信系統(tǒng)中是近似最佳的伙伴選擇方案，但在非LTW-AF協(xié)作通信系統(tǒng)中并非是最佳的。進(jìn)而，將機(jī)會(huì)中繼方案與所提出的滿速率滿分集AF協(xié)作方式相結(jié)合，并進(jìn)行改進(jìn)，以最小化中斷概率為準(zhǔn)則，推導(dǎo)出最佳的伙伴評(píng)估策略，從而設(shè)