基于协作通信的速率嵌入式差分空时码的研究

论文摘要

近年来,协作通信系统因其利用无线网络中的多个节点之间相互协作实现传输路径共享,已使其成为通信领域的研究热点。协作通信系统无须额外增加多天线配置就可以获得类似多输入多输出（MIMO, Multiple-Input Multiple-Out-put）系统的空间分集,从而提高链路性能。在协作通信技术的理论研究的基础上,近年来涌现出大量针对协作通信技术更深层次的研究。将空时编码技术与协作通信技术相结合,可在协作中继网络中,将多个中继节点的天线等效为分布式“虚拟天线阵列”进行空时编码的设计,能够挖掘天线间的空间分集增益、提高网络的抗干扰能力并降低节点的能耗,对其的相关研究成为了科研人员的研究重点。目前的协作通信领域的大部分研究工作都是基于接收端已知信道状态信息的假设,要求系统进行可靠的多信道估计,这必将增加频繁进行信道估计的负担,并且增加接收端需要估计信道参数的数目。因此,有必要研究对于避免要求接收端已知信道状态信息的协作通信差分传输系统。本论文首先介绍了无线通信基础理论、MIMO模型及空时编码的相关理论,深入分析了几种典型的空时编码技术并简要介绍了分布式空时码的概念以及协作通信的相关模型及协议。重点分析了基于两跳单中继节点协作模型的差分空时编码（DSTC,Differential Space—Time coding）方案,针对协作差分空时编码系统中的信息符号矩阵由于必须满足差分传输所要求的酉特性而存在冗余信息,导致了数据传输速率较低的问题,设计了一种基于两跳单中继协作模型下的速率嵌入式差分空时编码方案,将非酉特性的全速率空时码与传统的低速率的空时码交替用在协作差分传输的适当时隙,构造了两种不同类型的信息符号矩阵,突破了差分传输的信息符号矩阵必须满足酉特性的限制条件,可实现协作差分系统的数据传输速率的提升。仿真结果表明,与采用低速率酉特性的消息矩阵的两跳单中继协作差分空时编码方案相比,速率嵌入式的两跳单中继协作差分空时编码方案的数据传输速率可在保证误码性能的前提下获得明显的提高。另一方面,在传输速率相同的情况下,速率嵌入式的协作差分空时编码方案的误码性能要明显优于采用低速率酉特性矩阵作为信息符号矩阵的协作差分空时编码方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 论文的研究目的与研究意义
• 1.3 论文的研究工作和论文的结构安排
• 第二章 无线协作通信概述
• 2.1 正交频分复用技术（OFDM）
• 2.2 分集技术
• 2.2.1 时间分集
• 2.2.2 频率分集
• 2.2.3 空间分集
• 2.3 合并技术
• 2.3.1 最优选择合并
• 2.3.2 最大比合并
• 2.3.3 等增益合并
• 2.4 协作分集
• 2.5 协作通信传输协议
• 2.5.1 放大转发协议
• 2.5.2 译码转发协议
• 2.5.3 编码协作协议
• 2.6 本章总结
• 第三章 空时编码及协作通信基本理论
• 3.1 空时编码的MIMO模型
• 3.2 空时码
• 3.2.1 空时码设计准则
• 3.2.2 分层空时码（LSTC）
• 3.2.3 空时网格码（STTC）
• 3.2.4 空时分组码和准正交空时码（STBC&QO-STC）
• 3.2.5 全分集全速率（FDFR）空时码
• 3.2.6 差分空时码
• 3.3 分布式空时码（DSTC）
• 3.4 协作通信网络结构
• 3.5 本章总结
• 第四章 两跳单中继协作系统中速率嵌入式差分空时码
• 4.1 单中继节点协作通信差分传输方案
• 4.1.1 系统模型
• 4.1.2 信号模型
• 4.2 分布式差分空时编码方案
• 4.2.1 分布式差分空时编码
• 4.2.2 仿真分析
• 4.3 速率嵌入式差分空时编码方案
• 4.3.1 速率嵌入差分空时编码模型
• 4.3.2 检测模型
• 4.3.3 仿真分析
• 4.4 本章总结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢