无线通信系统中的编码协作分集与中继技术研究.pdf

电子科技大学
博士学位论文
无线通信系统中的编码协作分集与中继技术研究
姓名:雷维嘉
申请学位级别:博士
专业:信号与信息处理
指导教师:李广军
20100501
摘要在无线通信系统中,无线信道的衰落是影响系统性能的重要因素。分集技术是对抗衰落的有效手段,而其中采用多天线的空间分集技术由于不占用额外的频率和时间资源,且分集的阶数不受限制,因而是最常用和有效的分集技术。但在无线网络的终端设备上,由于受到体积、重量、功耗、成本等因素的限制,实现多天线较为困难。协作分集技术是在单天线的无线终端间进行协作,相互共享天线,从而实现虚拟的多天线的分集技术。而协作中继技术则是无中心节点的无线网络中实现节点间相互通信的关键技术。正是通过节点间的相互协作,互相作为中继节点,采用中继传输的方式才实现了网络中任意两节点间的通信。协作分集和中继技术是下一代无线通信网络中的关键技术,本文对该技术进行研究,重点研究了利用编码技术和调制技术的协作分集和协作中继的机制和协议。主要工作有:曰谛诺辣嗦氲男鞣旨际踅辛搜芯浚员嗦胄鞣旨平辛一般性总结;提出了基于编码的协作分集机制,以及编码结合空时编码的协作分集机制,并进行了误码性能的分析和仿真。芯苛嘶谛P亲旨男鞣旨际酰藕趴占浞旨乃枷胗τ玫协作通信中,提出了通过两用户间的协作和二维旋转星座来实现二阶信号空间分集的机制,并对分集系统的误码性能进行了理论分析和仿真。芯苛耸峙缛B朐谛髦屑滔低持械挠τ眉际酰谥屑探诘阕刺潭ê动态变化两种情况下给出了应用数字喷泉码的协作中继机制,并从传输效率和传输时间两个方面对中继机制的性能进行了理论分析和性能仿真。岢隽艘恢纸岷鲜峙缛B牒托P亲男髦屑袒疲云浣辛死砺分析和性能仿真。关键词:协作分集,协作中继,编码协作,旋转星座,数字喷泉码摘要
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。这种传输中固有的损耗称为路径损耗。当发送天线和接无线通信技术在过去的多年里得到了快速的发展。目前移动通信网络已经发展到了第三代,而且还在不断发展,系统容量和传输速率在不断提高。相比较有线通信,无线通信网络中的终端是可移动的,传输信道的变化较有线信道要复杂,且无线信道的频谱资源是有限的,因而其传输信道的分析和信号的处理要复杂得多,提高信道的频谱利用率的要求也较有线信道要迫切。本章首先简单介绍无线信道的特点和分集技术,然后介绍协作分集技术的基本原理,以及协作中继技术的概念,并对协作分集技术和协作中继技术的研究情况作简单的综述,最后介绍论文的内容安排。在无线通信系统中,信息的传送是通过无线电波在空间的传播进行的。相比较有线信道稳定和可预测的传输特性,无线信道的传输特性则是变化的,其性能的分析也要困难得多。无线电波的传输有三种主要传输特性:反射、衍射和散射‘。信号通过无线信道进行传输时,要受到以下几个方面的影响:传输衰耗、多径传播、信道时变等。.传输衰耗信号在无线信道中传输时的衰耗主要有三种类型:路径损耗、阴影衰落和小尺度衰落。肪端鸷电磁波在无线信道中传输时,由于信号传输中的扩散特性,接收天线所接收到的信号能量只是发送信号能量的一小部分。同时,电磁波在传输中还有部分能量被空气吸收。这样,即使传输过程中无其它因素的影响,接收到的信号强度也收天线间隔足够远时,路径损耗与传输路径长度的刀次方成正比。在自由空间中,以
跤八ヂ电磁波在传输过程中,如果遇到如树木、建筑物、山丘等较大的障碍物的阻挡、电磁波无法绕过时,会在障碍物的后面形成电磁波的阴影,造成电磁场强度的严重下降,引起信号的严重衰减,这种衰减称为阴影衰落。由于路径损耗和阴影衰落是在传输距离和障碍物的尺寸相对于电磁波的