網絡編碼雙向中繼系統的分析與設計研究.pdf

1、衰落是影響無線通信質量的主要因素，而分集是無線通信中用來抵抗衰落的一種有效方法。中繼協作通信通過空間分集來有效抵抗衰落，因此近年來受到廣泛的關注和重視。對于中繼協作通信，因全雙工中繼模式實現復雜度高，已有研究大多采用半雙工中繼模式，但是半雙工中繼模式降低了系統的頻譜效率。采用了網絡編碼的雙向中繼能夠明顯地提高中繼協作通信的頻譜效率。目前關于網絡編碼雙向中繼的研究有很多問題待解決或完善，因此本文針對網絡編碼雙向中繼協作通信系統進行研究。本

2、文主要內容包括:
　　1)解碼轉發(fā)雙向機會中繼(Decode-and-Forward Two-Way Opportunistic Relaying:DF-TWOR)系統的性能分析。建立了DF-TWOR系統的中斷概率和各態(tài)歷經容量的解析分析方法，獲得了最大最小中繼選擇、隨機中繼選擇和直接發(fā)送三種中繼選擇方案下的系統中斷概率、各態(tài)歷經容量和平均雙向各態(tài)歷經容量的閉合表達式（或上下邊界）。然后基于上述性能分析，提出了平均雙向互信息最大中

3、繼選擇方案，并推導出該方案的系統中斷概率和平均雙向各態(tài)歷經容量的閉合解。理論分析和仿真表明，提出方案與其它典型方案的中斷概率相當，而平均雙向各態(tài)歷經容量得以提升。
　　2)放大轉發(fā)雙向機會中繼(Amplify-and-Forward Two-Way Opportunistic Relaying:AF-TWOR)系統的符號錯誤率解析分析和最優(yōu)功率分配方案設計。論文基于AF-TWOR系統的數學模型，推導了等價接收信噪比的概率密度函數、

4、累積分布函數和矩量母函數的閉合表達式。根據上述統計特征量建立了AF-TWOR系統的平均符號錯誤率的解析分析方法，通過使用合適的近似，獲得無最優(yōu)功率分配時AF-TWOR系統總的平均符號錯誤率的閉合表達式。最后，為了使系統平均符號錯誤率最小，給出了總發(fā)送功率約束條件下的最優(yōu)功率分配方案。仿真結果表明最優(yōu)功率分配比無最優(yōu)功率分配的系統符號錯誤率性能好。
　　3) AF-TWOR系統的聯合自適應調制中繼選擇方案設計。首先，在AF-TWOR

5、系統中，通過將自適應調制與傳統的最大最小(Max-Min: MM)中繼選擇方案、最大調和平均值(Maximum Harmonic Mean: MHM)中繼選擇方案相結合，提出了兩種新的中繼選擇方案，分別是聯合自適應調制最大最?。↗ointed Adaptive Modulation Max-Min: AM-MM）中繼選擇方案和聯合自適應調制最大調和平均值(Jointed Adaptive Modulation Maximum Harmo

6、nicMean: AM-MHM)中繼選擇方案。然后，通過理論分析獲得AM-MM方案和AM-MHM方案的系統平均符號錯誤率的近似上界解析表達式。數值分析結果表明，提出的聯合自適應調制中繼選擇方案可以顯著地改善系統的平均符號錯誤率性能。
　　4)多天線多中繼的放大轉發(fā)雙向中繼（Amplify-and-Forward Two-Way Relaying:AF-TWR)系統的預編碼和解碼聯合方案設計。提出了一種預編碼和解碼聯合方案，其研究目

7、標是在發(fā)送功率約束條件下，采用最小均方誤差(Minimum Mean Square Error: MMSE)準則對源預編碼、中繼預編碼和接收端解碼進行聯合優(yōu)化。首先把研究目標建模為關于預編碼、解碼矩陣的非線性約束最優(yōu)化問題，然后將該主最優(yōu)化問題分解成四個子問題，使用一個包含四個子問題的收斂的迭代算法來解決主最優(yōu)化問題。此外在問題求解過程中提出了一種簡化的運算方法來減小計算復雜度。研究結果表明，所提出的預編碼和解碼聯合方案可以獲得比其它方