多中继分布式网络中全速率协作通信策略的研究

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协作通信利用空间分集原理,使单天线节点之间彼此相互协作和共享资源,形成“虚拟多天线阵列”来实现分集增益。不仅能够对抗深衰落信道,而且解决了由于用户节点携带多天线的不方便的问题,既增加了无线网络传输的可靠性,又提高了网络吞吐量。但传统的两跳协作模式需要两个时隙完成传输,损失了系统一半的数据传输速率。因此,全速率协作通信模式被人们提出来,在不损失系统分集增益的情况下,如何来提升系统传输速率,如何缩短单位符号传输时间,这是研究者们一直关注的热点问题。目前,对无线协作通信的研究更多是基于多中继分布式协作通信网络模型。本文就针对分布式多中继场景中的全速率协作通信策略进行了研究。多中继分布式中继网络中的全速率协作通信策略是本文的重点研究内容。首先,本文提出一种利用多个半双工中继节点实现全速率数据传输的通信模式。该模式在源节点进行预编码(Precoding)处理,并且在中继节点解码并利用分布式空时编码进行转发处理,这种方式不仅解决了偶时隙数据的“短板效应”问题而且克服了放大转发模式(AF, Amplify-and-Forward)扩大噪声功率的缺点。该策略提供了两个线性预编码矩阵,同时给出了易实现的空时编码矩阵设计准则,并对所有解码情况进行了分析,理论上证明了这种策略能够利用比较简单的空时编码矩阵达到满分集增益。全速率模式的实现突破了速率为一半的局限,为能够快速的高质量的传输业务提供了保障和平台。分析结果表明:该模式不仅能够保证符号速率,而且能够比多中继非正交放大转发(NAF,Non-orthogonal AF)有更低的误比特率(BER, Bit Error rate)。获取信道状态信息可以使无线通信系统的性能有所提升,在上述全速率协作通信策略中加入有限反馈机制(Limited Feedback),此全速率协作通信策略继续利用了上述全速率协作通信策略所用的方法,在源节点进行预编码处理,并且在中继节点解码并利用分布式空时编码进行转发处理。通过滑动窗口机制获得系统平均容量,利用有限反馈机制改变空时编码结构,使得系统平均容量得到优化,最终使系统拥有更快的传输速率和更稳定的传输质量。并且针对影响该策略的主要因素进行了阐述及分析。结果上表明,在高信噪比区间反馈机制的全速率通信模式比没有反馈机制在速率和稳定性上面一定程度的提升。
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