切換和差分編碼在中繼系統(tǒng)中的應用.pdf

1、無線通信高速發(fā)展的同時也帶來了一系列的問題:用戶數(shù)量的激增使無線頻譜資源變得日益緊缺;無線終端的能量受限，迫切需要在保證通信質(zhì)量的條件下降低傳輸能耗;無線通信的廣播特性使得干擾成為另一大不可避免的問題。為了能夠有效地解決上述一系列問題，中繼技術作為一種關鍵增強型技術在下一代無線通信中得到了越來越多的關注和研究。一方面，中繼技術的引入有效地減少了信道的衰落并且擴大了小區(qū)的覆蓋范圍，同時也在提高頻譜效率、數(shù)據(jù)效率、能量效率等方面表現(xiàn)出顯著的

2、優(yōu)勢。另一方面，中繼的引入為系統(tǒng)增加一條新的中繼鏈路（通過中繼進行轉(zhuǎn)發(fā)的鏈路），結合直連鏈路（源節(jié)點到目的節(jié)點的鏈路）構成虛擬的多天線系統(tǒng)，帶來空間分集增益。在協(xié)作中繼系統(tǒng)中進一步引入差分編碼，可以在未知信道信息的情況下獲得系統(tǒng)可達的最大分集增益（空間分集、多徑分集或多普勒分集）。本學位論文文主要從高速移動列車的切換策略、頻率選擇性衰落信道和雙選擇性衰落信道下的差分編碼在中繼系統(tǒng)中的應用等方面展開研究，并提出一些創(chuàng)新性的策略，主要研究內(nèi)

3、容概述如下:
　　本文首先針對高移動無線通信系統(tǒng)的一個研究重點一一切換，提出一種基于接收端波束成形的多天線中繼切換策略。高移動性以及信道的反饋時延導致反饋信息的不準確、系統(tǒng)性能的降低，因此希望設計一個能夠避免信息反饋的切換機制。由于多天線通信系統(tǒng)能夠增加無線鏈路的容量，本文結合多天線和波束成形技術來解決高速鐵路系統(tǒng)中列車的越區(qū)切換問題。本文主要考慮列車在基站的公共區(qū)域行駛的切換問題，并且重點研究下行鏈路。切換中目標基站的選取，是通

4、過最大化信干噪比實現(xiàn)的。信干噪比的計算依賴于信道信息，因此進一步給出一種基于最小均方誤差的信道估計方法。在此基礎上接收端利用多天線形成波束矢量，對信干噪比進行優(yōu)化得到每個基站對應的最佳接收波束矢量，具有最大信于噪比的基站即為列車待連接的目標基站。數(shù)值仿真結果表明，基于接收端波束成形的多天線中繼切換方案具有很好的魯棒性。
　　其次，研究了協(xié)作中繼系統(tǒng)中頻率選擇性衰落信道下的差分空時編碼算法。考慮最經(jīng)典的三節(jié)點中繼系統(tǒng)，同時考慮直連鏈

5、路和中繼鏈路的協(xié)作。在此系統(tǒng)中，采用兩時隙的中繼傳輸方式，即在第一時隙源節(jié)點只發(fā)送信息給中繼節(jié)點，在第二時隙中繼節(jié)點和源節(jié)點同時發(fā)送信息給目的節(jié)點。在高速移動的通信系統(tǒng)中，信道信息的估計往往很復雜，尤其是在快衰落信道中，因此本文給出一種差分空時編譯碼方案，在接收端未知信道信息情況下依然能夠譯出所需信號;同時針對于頻率選擇性衰落信道，提出了一種結合星座圖抽取和子載波交織的編碼方法——該方法不僅能夠獲得最大多徑分集，也能大大減少譯碼復雜度。

6、通過對系統(tǒng)分別采用不同中繼轉(zhuǎn)發(fā)策略的成對錯誤概率性能進行理論分析，得到系統(tǒng)均能夠獲得最大分集增益。仿真結果表明，與沒有協(xié)作的中繼系統(tǒng)相比，誤碼率性能得到了顯著的提高。
　　最后，進一步研究了雙選擇性衰落信道下協(xié)作中繼系統(tǒng)中的差分編碼方案，并結合信道參數(shù)的特性設計交織器的深度和長度用以對抗衰落引起的突發(fā)錯誤。無線通信中，多徑傳輸引起的時延擴展和高移動性造成的多普勒擴展共同作用產(chǎn)生雙選擇性衰落。一方面，接收端未知信道信息的情況下，信道

7、信息的估計在很大程度上依賴于導頻序列，降低了傳輸效率。在高速移動的列車中信道估計往往很復雜，而且估計出來的信道信息也是不準確或不及時的，尤其是在快衰落信道中。差分傳輸則能夠避免信道信息的估計。另一方面，在衰落信道中，發(fā)送符號難免要經(jīng)歷深度衰落而發(fā)生突發(fā)錯誤，交織的目的是把受時間和頻率衰落影響的連續(xù)錯誤符號盡可能的打亂，使各自經(jīng)歷獨立的衰落從而達到對抗信道突發(fā)錯誤的目的并獲得時間分集和頻率分集。同時我們還提出時頻二維聯(lián)合的星座抽取編碼方案