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高效协作TURBO编译码技术研究

作　者: 冯雪萍
导　师: 陈庆春
学　校: 西南交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 信道容量协作通信分布式通信多用户协作通信网络协作通信多址接入高效协作通信
分类号: TN911.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

协作通信技术是近年来发展最快的研究领域之一,它很有可能成为推动未来有效利用频谱资源的关键技术之一。这一技术的核心思想在于各用户共享它们的天线和其它资源,通过不同的合作方式以及相应的信号处理来传递自己或中继他人的信息,从而达到为整个网络节约资源的目的。协作通信发展至今,以协作分集和合作编码为代表的协作通信技术已有不少的研究成果,合作编码研究中所采用的编码方案几乎涵盖了所有具有良好性能的信道编码技术,例如RCPC码、Turbo码、LDPC码、LDGM码和LT-LDPC码,以及Rateless码等。此外,在中继通信模型下,利用合作编码技术提高中继通信系统可靠性能,如何逼近中继通信系统所提供的通信容量,有一些相关工作。然而,协作通信依然面临许多问题,比如,现在还没有关于多用户协作通信模型的容量分析,以及缺少针对多用户的高效协作通信方案等等。首先论文讨论了高斯信道条件下,全双工以及半双工模式下中继通信模型的容量上限以及容量下限。在对它们作出理论推导的基础上,进行了相关容量仿真。相关分析表明,源节点与中继节点的距离越远时,容量上限与容量下限之间的增益就相差得越多。此外,论文还分析了全双工中继通信模型中最小化系统功率的功率优化算法。其次,论文介绍了几种协作通信模型和分布式通信系统,研究结果表明,分布式通信能带来比传统的点对点通信更好的性能提升。然后论文针对双信源协作通信模型,介绍了一种两个节点互为协作节点的用户间协作通信模式,两个彼此临近的信源节点在转发本地数据的同时,还要将另一个协作节点发来的数据译码后一起发送。而节点之所以能区分出协作转发的数据,在于其协作节点发来的数据中有自己本身的上一包数据。目的节点也可以利用先验信息,在两帧之间来回迭代进行译码。仿真表明,当两个协作节点之间信道条件较好时,可以提升整个系统的性能。然后,本文讨论了两种典型的网络协作编译码方案。第一种方案是蝶形网络编译码技术,这种方案的目的在于探索当中继不能正确译码时的网络编码增益。它的基本思想是这样的,中继节点不是将源节点发送的数据进行译码后转发,而是发送网络编码后的信号的对数似然值。另一种是双向中继通信编译码方案,在这种方案中,中继不需要将来自两个源节点的数据分别译出来,而是采用某种映射技术将这两组数据变成一个数据,然后发送。其中所使用的映射技术包括了最大似然(MAP)与最小均方误差算法(MMSE)。最后,基于逼近容量限的单信源高效协作编译码技术上,介绍了三种针对双信源的高效协作编译码方案。三种方案都是以牺牲复杂度为前提,来换取系统性能的提升与效率的提高。三种方案都结合交织分多址IDMA方案与最大似然译码(MAP),可以在双信源多址中继条件下实现单位信源单位符号的数据传输率为1 symbol/source/channel use或者0.667 symbol/source/channel use的速率,且三种方案的可靠性能在源到中继信道信噪比较高时几乎没有差别。此外,论文的分析表明,增加中继数目可以显著改善双信源多址中继模型下协作编译码可靠性能。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
第1章绪论  12-16
  1.1 网络信息理论研究现状  12
  1.2 协作编译码研究现状  12-14
  1.3 论文主要工作及主要结论  14
  1.4 论文的结构安排  14-16
第2章高斯中继模型的信道容量分析  16-28
  2.1 中继通信模型  16-17
  2.2 全双工中继通信模型的信息容量限  17-20
    2.2.1 Upper Bound  17-18
    2.2.2 Lower Bound  18
    2.2.3 结果分析  18-20
  2.3 半双工中继通信模型的信息容量限  20-25
    2.3.1 Upper Bound  21-22
    2.3.2 Lower Bound  22
    2.3.3 仿真结果分析  22-25
  2.4 功率分配  25-27
  2.5 本章小节  27-28
第3章分布式无线通信系统协作编译码技术  28-47
  3.1 半双工中继通信模型下基于Tubor码的协作编译码技术  28-31
  3.2 全双工中继通信模型下基于Tubor码的协作编译码技术  31-35
  3.3 用户间协作模型中的协作编译码技术  35-37
  3.4 蝶形网络模型下的协作编译码技术  37-41
  3.5 双向通信网络协作编译码  41-46
  3.6 本章小节  46-47
第4章双信源多址中继模型下高效协作编译码技术  47-59
  4.1 无信源信宿直达链路的高效协作编译码技术方案  47-52
    4.1.1 系统模型  47-48
    4.1.2 编译码算法  48-52
  4.2 有信源信宿直达链路的高效协作编译码技术方案  52-53
  4.3 单中继高效协作编译码技术方案  53-55
  4.4 仿真结果分析  55-58
  4.5 本章小节  58-59
第5章结论与展望  59-61
  5.1 论文工作总结  59
  5.2 未来工作展望  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-67
附录Ⅰ 全双工中继Upper Bound的推导与求解  67-71
附录Ⅱ 全双工中继Lower Bound的推导与求解  71-74
附录Ⅲ 半双工中继Upper Bound的推导与求解  74-79
附录Ⅳ 半双工中继Lower Bound的推导与求解  79-81
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目  81

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