基于OFDM系统的用户编码协作通信

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在当前的通信领域中,移动通信是最具活力的通信方式,为了满足高速多媒体业务的发展,通信系统对性能和容量的要求越来越高。移动通信信道中信号的传输会遭受到严重的衰落,人们相继提出了多种分集技术,其中多天线MIMO (multiple-input multiple-output)技术已被证明可以很好地克服无线信道中的多径衰落。但在有些情况下,如ad hoc网络中、移动终端受到尺寸和成本等条件的限制时,MIMO技术并不适用。编码协作通信技术利用编码与协作相结合的方式提供分集增益,其基本思想是两个或两个以上用户通过共享信息并联合发送,使单天线用户能通过共享天线的方法实现虚拟的MIMO系统,从而提供发送分集,有效地克服无线信道中的衰落。本论文的主要工作是采用4G的主流技术OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)对用户编码协作通信技术进行了研究。本文基于重新编码和RCPC (rate-compatible punctured convolutional)码两种方法,分析了编码协作通信系统的误帧率FEP(frame error probability),研究其带来的分集增益,并分析了协作度对系统性能的影响,还讨论了适用于协作通信的码字的选择方法。对于重新编码的协作通信方案,通过对误帧率FEP的分析可以看出,编码协作通信能带来分集增益,且取决于用户间信道和两个用户到目的节点的信道的非零径数;在理想用户间信道的情况下,甚至能达到全增益;在用户间信道条件很差时,编码协作通信也能提供一些编码增益。协作通信过程中,由于伙伴(又称为中继)在用户间信道侦听到的信息受到噪声和衰落特性的干扰,所以用于协作通信的码字需经过合理选择、设计以提供最优的性能。对于使用RCPC码的协作通信方案,介绍了常规的编码协作通信方法,不仅对其误码性能和码字选择问题作了分析,而且分析了协作度对分集增益的影响。并对两种改进方案作了介绍:自适应编码协作通信方法和基于ARQ的编码协作通信方法。前者通过根据信道条件调整删余矩阵来调整数据传输速率,具有更强的灵活性;后者将ARQ与协作通信相结合,在最大程度地提高数据传输速率的同时保证系统的误码性能。论文安排如下,第一章对移动通信的信道环境、用户协作通信作了简单介绍,简要介绍了用户协作通信的三种方法,放大转发(Amplify-and-Forward)协作通信、检测转发(Detected-and-Forward)和编码协作通信(Coded Cooperative Communication).第二章对OFDM技术及编码协作通信系统作了介绍。第三章和第四章是本论文的重点,分别详细介绍了编码协作通信的两种方法,重新编码和基于RCPC码的协作通信。第五章作了一些总结和展望,并提到了网络编码技术在用户协作通信的应用。
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