切換和差分編碼在中繼系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、無(wú)線通信高速發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題:用戶數(shù)量的激增使無(wú)線頻譜資源變得日益緊缺;無(wú)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(wú)線通信的廣播特性使得干擾成為另一大不可避免的問(wèn)題。為了能夠有效地解決上述一系列問(wèn)題，中繼技術(shù)作為一種關(guān)鍵增強(qiáng)型技術(shù)在下一代無(wú)線通信中得到了越來(lái)越多的關(guān)注和研究。一方面，中繼技術(shù)的引入有效地減少了信道的衰落并且擴(kuò)大了小區(qū)的覆蓋范圍，同時(shí)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(shì)。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(guò)中繼進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的鏈路），結(jié)合直連鏈路（源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的鏈路）構(gòu)成虛擬的多天線系統(tǒng)，帶來(lái)空間分集增益。在協(xié)作中繼系統(tǒng)中進(jìn)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(dá)的最大分集增益（空間分集、多徑分集或多普勒分集）。本學(xué)位論文文主要從高速移動(dòng)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(yīng)用等方面展開(kāi)研究，并提出一些創(chuàng)新性的策略，主要研究?jī)?nèi)

3、容概述如下:
　　本文首先針對(duì)高移動(dòng)無(wú)線通信系統(tǒng)的一個(gè)研究重點(diǎn)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(dòng)性以及信道的反饋時(shí)延導(dǎo)致反饋信息的不準(zhǔn)確、系統(tǒng)性能的降低，因此希望設(shè)計(jì)一個(gè)能夠避免信息反饋的切換機(jī)制。由于多天線通信系統(tǒng)能夠增加無(wú)線鏈路的容量，本文結(jié)合多天線和波束成形技術(shù)來(lái)解決高速鐵路系統(tǒng)中列車的越區(qū)切換問(wèn)題。本文主要考慮列車在基站的公共區(qū)域行駛的切換問(wèn)題，并且重點(diǎn)研究下行鏈路。切換中目標(biāo)基站的選取，是通

4、過(guò)最大化信干噪比實(shí)現(xiàn)的。信干噪比的計(jì)算依賴于信道信息，因此進(jìn)一步給出一種基于最小均方誤差的信道估計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上接收端利用多天線形成波束矢量，對(duì)信干噪比進(jìn)行優(yōu)化得到每個(gè)基站對(duì)應(yīng)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(biāo)基站。數(shù)值仿真結(jié)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(shí)編碼算法。考慮最經(jīng)典的三節(jié)點(diǎn)中繼系統(tǒng)，同時(shí)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(shí)隙的中繼傳輸方式，即在第一時(shí)隙源節(jié)點(diǎn)只發(fā)送信息給中繼節(jié)點(diǎn)，在第二時(shí)隙中繼節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息給目的節(jié)點(diǎn)。在高速移動(dòng)的通信系統(tǒng)中，信道信息的估計(jì)往往很復(fù)雜，尤其是在快衰落信道中，因此本文給出一種差分空時(shí)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(hào);同時(shí)針對(duì)于頻率選擇性衰落信道，提出了一種結(jié)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(fù)雜度。

6、通過(guò)對(duì)系統(tǒng)分別采用不同中繼轉(zhuǎn)發(fā)策略的成對(duì)錯(cuò)誤概率性能進(jìn)行理論分析，得到系統(tǒng)均能夠獲得最大分集增益。仿真結(jié)果表明，與沒(méi)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(jìn)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(jié)合信道參數(shù)的特性設(shè)計(jì)交織器的深度和長(zhǎng)度用以對(duì)抗衰落引起的突發(fā)錯(cuò)誤。無(wú)線通信中，多徑傳輸引起的時(shí)延擴(kuò)展和高移動(dòng)性造成的多普勒擴(kuò)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(jì)在很大程度上依賴于導(dǎo)頻序列，降低了傳輸效率。在高速移動(dòng)的列車中信道估計(jì)往往很復(fù)雜，而且估計(jì)出來(lái)的信道信息也是不準(zhǔn)確或不及時(shí)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(jì)。另一方面，在衰落信道中，發(fā)送符號(hào)難免要經(jīng)歷深度衰落而發(fā)生突發(fā)錯(cuò)誤，交織的目的是把受時(shí)間和頻率衰落影響的連續(xù)錯(cuò)誤符號(hào)盡可能的打亂，使各自經(jīng)歷獨(dú)立的衰落從而達(dá)到對(duì)抗信道突發(fā)錯(cuò)誤的目的并獲得時(shí)間分集和頻率分集。同時(shí)我們還提出時(shí)頻二維聯(lián)合的星座抽取編碼方案