非正交多接入中繼信道中的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì).pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，以WIFI、蜂窩通信和藍(lán)牙等為代表的無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分。但是，相比于有線網(wǎng)絡(luò)而言，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)更容易受到信道衰落、路徑損耗、陰影效應(yīng)和信道間干擾等不穩(wěn)定因素的影響，使信號(hào)的傳輸質(zhì)量大大降低，因而只能為用戶提供相對(duì)有限的數(shù)據(jù)傳輸速率。近年來(lái)，由于M IM O系統(tǒng)、協(xié)作通信和網(wǎng)絡(luò)編碼等相關(guān)技術(shù)廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜效率大大提高，從而最大限度地實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)

2、絡(luò)資源的合理運(yùn)用。本文綜合考慮了無(wú)線通信在分集增益、差錯(cuò)性能和資源分配等方面的需求，在非正交多接入中繼信道中設(shè)計(jì)了模擬和數(shù)字兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議。本文主要的創(chuàng)新工作歸納如下：
　　首先，針對(duì)傳統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)編碼在中繼轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲放大效應(yīng)，導(dǎo)致信宿處接收星座點(diǎn)之間距離較近的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了成對(duì)差錯(cuò)概率最優(yōu)的廣義模擬網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議，一方面保留了模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的簡(jiǎn)單特性，另一方面又有效的提高了系統(tǒng)的差錯(cuò)性能?；谙到y(tǒng)成對(duì)差錯(cuò)概率和信宿

3、接收星座圖上相鄰星座點(diǎn)的歐式距離之間的密切關(guān)系，本文提出了一個(gè)最大化最小歐式距離的中繼變換矩陣來(lái)調(diào)整中繼接收信號(hào)的發(fā)射功率和相位。進(jìn)而利用拉格朗日法求解得到最優(yōu)變換矩陣和兩個(gè)信源的最優(yōu)發(fā)送功率，從而降低了系統(tǒng)的成對(duì)差錯(cuò)概率。特別的，當(dāng)變換矩陣是一個(gè)二階的單位矩陣時(shí)，廣義模擬網(wǎng)絡(luò)編碼就退化為傳統(tǒng)的模擬網(wǎng)絡(luò)編碼。
　　其次，針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)編碼存在的檢測(cè)模糊和中繼譯碼差錯(cuò)擴(kuò)散兩個(gè)問(wèn)題，本文提出了功率自適應(yīng)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)編碼策略，使得系統(tǒng)既能

4、夠達(dá)到滿分集，又能獲得較高的編碼增益。本文通過(guò)將中繼的功率表征為功率縮放因子和功率自適應(yīng)因子的乘積，一方面利用功率縮放因子來(lái)抑制信源-中繼信道的差錯(cuò)擴(kuò)散，另一方面利用功率自適應(yīng)因子來(lái)實(shí)現(xiàn)信源信號(hào)對(duì)與網(wǎng)絡(luò)編碼信號(hào)的一一映射解決了檢測(cè)模糊問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的滿分集增益。另外，基于中繼和信宿處接收星座圖的特點(diǎn)，本文采用楔形概率計(jì)算模型和坐標(biāo)變換的方式推導(dǎo)了系統(tǒng)符號(hào)對(duì)差錯(cuò)率的閉合表達(dá)式?；诜?hào)對(duì)差錯(cuò)率和星座點(diǎn)歐式距離之間的關(guān)系，本文得到了最優(yōu)的

5、功率自適應(yīng)能級(jí)，從而提ft了系統(tǒng)的編碼增益。
　　最后，針對(duì)中繼譯碼差錯(cuò)擴(kuò)散問(wèn)題，為了提高協(xié)作鏈路的利用效率，本文提出了一種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)編碼策略。中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)信源-中繼多接入信道的中斷事件來(lái)決定后續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的類(lèi)型，包括網(wǎng)絡(luò)編碼信號(hào)、重復(fù)編碼的單信源信號(hào)或者不協(xié)作。本文通過(guò)分析二進(jìn)制輸入下發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的互信息，得到了系統(tǒng)在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)編碼下的中斷概率。通過(guò)建立不同中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收端星座圖，本文進(jìn)一步得到了譯碼判決區(qū)域邊界的表

6、達(dá)式，并以此作為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)比特差錯(cuò)概率進(jìn)行了分析。
　　綜上所述，本文從模擬和數(shù)字兩個(gè)角度，針對(duì)非正交多接入中繼信道中的噪聲放大、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)編碼檢測(cè)模糊和譯碼差錯(cuò)擴(kuò)散等問(wèn)題進(jìn)行了研宄，提出了廣義模擬網(wǎng)絡(luò)編碼、功率自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼和機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)編碼三種不同的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼策略，分別有效地解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼不能達(dá)到滿分集和編碼增益較低等多個(gè)問(wèn)題。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三種網(wǎng)絡(luò)編碼策略都可以達(dá)到滿分集增益。通常來(lái)說(shuō)，廣義模擬網(wǎng)絡(luò)編碼策略的