一种基于线性预编码与晶格编码的多路中继信道编码方案

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在无线通讯系统中,任何信息的传递都是需要经过电磁波进行。然而无线系统的接入点不可避免地会接收到来自多个节点的电磁波信号,从而造成有用信号和无用信号的叠加,这就是干扰产生的原因。一般情况下,这种干扰会降低无线传输的效率和性能,因而无线通信系统都是利用各种协议来减少或消除干扰。然而,干扰总是不可能完全消除的,与其着眼于消除干扰,不如利用起无线通信接入点电磁波叠加特点,再结合协作分集等技术,使中继节点转发收到的信号,从而提升网络性能。这就是网络编码的思想,自从物理层网络编码在2006年提出以来,其在多天线协同通信的网络中就成为了非常重要的一种技术。其核心思想是解除了传统思想中对中继节点只允许进行转发数据的桎梏,允许中继节点对接收到的数据进行一定的编码组合。这样做的优势就是能够在有效地解决节点干扰问题的基础上提升系统网络的吞吐量。  目前,网络编码已经成为通信信息领域非常受关注并且非常成熟的研究课题之一。本文就研究了一种基于多路中继的多输入多输出系统的网络编码方案,该方案是全速率交换模型,即每个用户需要知道所有其他用户的信息。在该系统中,每个用户均是多天线的,各用户需要在中继的帮助下和其他的用户交换信息。本文中继的选择有两种情况,分别是合作式中继和分布式中继。合作式中继等效于一个装备了多天线的超级中继;分布式中继为分散在不同位置的单天线中继。本文所提出的一种包含信道对齐、物理层嵌套晶格编码和进行干扰消除的线性预编码的整一套编码方案适用性强,可以用在合作式中继和分布式中继两种情况。在实际情况中可根据中继的分布情况进行编码方案的微调。本文也就分布式中继和合作式中继两种情况进行了深入的研究并分别推导出了相应的信道容量可达速率表达式,并利用MATLAB软件进行多次仿真实验。仿真结果表明,利用本文提出的这套方案,分布式中继可以达到几乎和合作式中继一样的网络容量,从仿真结果中也可以看出本文的方案比现有的解码转发(Decode-and-forward)和放大转发(Amplify-and-forward)性能均要好很多。
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