無線中繼系統(tǒng)的軟信息中繼理論方法研究.pdf

1、為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展的需要，未來移動(dòng)通信系統(tǒng)要求能夠支持高達(dá)每秒千兆比特的高速分組數(shù)據(jù)傳輸。使用無線中繼技術(shù)可較好地彌補(bǔ)高頻段、大帶寬條件下移動(dòng)信號(hào)覆蓋不足的問題，提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量、覆蓋范圍和傳輸可靠性。如何在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高無線中繼傳輸?shù)挠行院涂煽啃?，是?dāng)前無線中繼技術(shù)研究中的核心問題。本論文將以此為基本著眼點(diǎn)，為無線中繼系統(tǒng)引入軟信息的處理方法，并展開相關(guān)理論和技術(shù)研究。
　　首先，為雙向無線中繼系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、了一種新穎的軟信息網(wǎng)絡(luò)編碼方法并對(duì)其性能進(jìn)行研究。針對(duì)BPSK調(diào)制方式，推導(dǎo)出代表軟信息的后驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比的計(jì)算公式，揭示出軟信息的物理意義。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼的基礎(chǔ)上，提出將兩個(gè)信源的軟信息進(jìn)行合并、壓縮、轉(zhuǎn)發(fā)的軟信息網(wǎng)絡(luò)編碼方法，在避免硬解碼的同時(shí)也抑制了噪聲。提出軟信息網(wǎng)絡(luò)編碼的解碼方法，用簡(jiǎn)單的變換將不同路徑的軟信息合并，顯著降低了解碼的復(fù)雜度。針對(duì)軟信息網(wǎng)絡(luò)編碼方式在雙向中繼系統(tǒng)中的應(yīng)用，推導(dǎo)出雙向最大可達(dá)速率的計(jì)算公式，并分別推導(dǎo)

3、出其上界、下界、以及達(dá)到上界的條件。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)QPSK和MSK調(diào)制方式，提出軟信息網(wǎng)絡(luò)編碼的實(shí)現(xiàn)方法。仿真結(jié)果證實(shí)了軟信息網(wǎng)絡(luò)編碼的最大可達(dá)速率、誤碼率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼，并且能夠降低中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，以減小中繼信道對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其它信道的干擾。
　　然后，研究了將軟信息中繼方式擴(kuò)展到任意高階調(diào)制和共享中繼系統(tǒng)中的方法。通過對(duì)高階調(diào)制的星座圖進(jìn)行子集的劃分，提出廣義對(duì)數(shù)似然比的概念，并推導(dǎo)出它的計(jì)算公式。以四節(jié)點(diǎn)和五節(jié)點(diǎn)的共享

4、中繼系統(tǒng)為研究對(duì)象，提出使用廣義對(duì)數(shù)似然比對(duì)高階調(diào)制信號(hào)的軟信息進(jìn)行合并、壓縮、轉(zhuǎn)發(fā)的方法。針對(duì)高階調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，提出最大似然星座點(diǎn)的概念，以及新的軟信息解調(diào)方式，即在廣義對(duì)數(shù)似然比的基礎(chǔ)上結(jié)合各子集的最大似然星座點(diǎn)進(jìn)行解調(diào)。研究了星座圖的子集劃分方式對(duì)系統(tǒng)性能的影響，得到不同調(diào)制方式下的最佳子集劃分方式。仿真結(jié)果驗(yàn)證了軟信息中繼方式相對(duì)于傳統(tǒng)中繼方式的優(yōu)勢(shì)以及正確劃分星座圖子集的必要性。
　　進(jìn)一步，研究了多跳中繼系統(tǒng)中的軟信

5、息中繼方式，得到不同條件下軟信息的計(jì)算和處理方法。針對(duì)多跳中繼系統(tǒng)中的傳統(tǒng)中繼方式對(duì)信源軟信息的劣化作用，推導(dǎo)出信源信號(hào)連續(xù)經(jīng)過多個(gè)放大-轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點(diǎn)或者多個(gè)解碼-轉(zhuǎn)發(fā)中繼節(jié)點(diǎn)后，在接收端得到的后驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比的計(jì)算公式。分別針對(duì)信源-信宿間具有唯一路由、多條路由的情況，提出將軟信息進(jìn)行合并、中繼、解碼的方法，并推導(dǎo)出信源信號(hào)連續(xù)經(jīng)過多個(gè)軟信息中繼節(jié)點(diǎn)后，所得的后驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比的計(jì)算公式。針對(duì)與多跳中繼系統(tǒng)類似的多播網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)出將軟信息進(jìn)行

6、合并、壓縮、轉(zhuǎn)發(fā)、解碼的方法。仿真結(jié)果證實(shí)了軟信息中繼方式可以減小所有中繼節(jié)點(diǎn)的平均發(fā)射功率，而達(dá)到與傳統(tǒng)中繼方式幾乎相同的誤碼性能，并且使用常數(shù)替代軟信息估計(jì)誤差的方差后，軟信息中繼方式依然有著非常良好的性能。
　　最后，研究了三跳協(xié)同分集系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)用分布式空時(shí)編碼與軟信息中繼的協(xié)同方式，著重分析了這種協(xié)同方式對(duì)于改善誤碼性能的作用。針對(duì)單天線節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)，提出利用網(wǎng)絡(luò)中的空閑節(jié)點(diǎn)作為協(xié)同節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成虛擬MIMO系統(tǒng)以

7、提高點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸性能的三跳協(xié)同分集系統(tǒng)。針對(duì)單個(gè)協(xié)同節(jié)點(diǎn)的情形，推導(dǎo)出使用Alamouti空時(shí)碼進(jìn)行傳輸時(shí)使信宿端接收信噪比最大化的條件，并得到了誤碼率的表達(dá)式。針對(duì)多個(gè)協(xié)同節(jié)點(diǎn)的情形，提出使用復(fù)正交空時(shí)編碼矩陣進(jìn)行分布式協(xié)同傳輸?shù)姆椒?。針?duì)協(xié)同節(jié)點(diǎn)數(shù)量不可知、協(xié)同節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變的情形，提出隨機(jī)化的空時(shí)編碼方法，給出了可以獲得最大分集度的信號(hào)傳輸、處理方法。仿真結(jié)果表明，在三跳協(xié)同分集系統(tǒng)中，協(xié)同節(jié)點(diǎn)僅使用一小部分功率就可以