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超宽带(Ultra-wideband,UWB)无线通信是一种短距离通信技术,利用无载波即短脉冲来传输信息。UWB具有很多常规无线通信技术不具备的优点,比如它的功耗小、系统具有相对较低的实现复杂度,以及具有可提供精确定位的能力等。但同时,它也面临着诸多的技术挑战。UWB信道是一种高频率密集多径信道,一般有上百条多径,且有几百纳秒的多径时延。为了避开对信道状态信息的估计,本文以非相干UWB系统作为主要研究对象。非相干检测技术是非相干系统的基石,它在无线通信领域具有重要的研究价值。目前,非相干检测已经受到了国际学术界及产业界的广泛关注,而最具代表性的实际应用场景就是超宽带通信。本论文的重点是深入研究非相干系统中的多符号差分检测(Multi-symbol differential detection, MSDD) 技术。 考虑到 UWB 系统的实际应用问题,脉冲与脉冲之间的时间间隔设置得较大,这样即可避免严重的码间干扰,而事实上这种设置影响了实际的通信速率。多输入多输出(Multiple-inputmultiple-output,MIMO)技术因其能够通过复用技术来提高传输率,且能通过分集技术来提高检测的信噪比,因此MIMO-UWB极有可能成为未来无线通信网络中被广泛应用的物理层技术之一。作为典型的非相干MIMO技术,本文针对差分空时分组码(Differential space-time block code,DSTBC)编码UWB系统的MSDD技术做了比较深入的研究。另外,由于UWB具有很大的带宽,为避免与其他系统之间的相互干扰,UWB的功率被限制在一个较低的水平,而这相应地限制了 UWB的通信距离,因此本文又进一步研究了双向中继网络中的非相干检测技术。无论是在点对点通信还是双向中继网络中的通信,与理想的相干接收相比,非相干接收总会有一定的性能损失。首先,本文以置信传播(Beliefpropagation,BP)理论为基础,提出了基于BP的非相干检测算法。接着从Viterbi算法(Viterbi algorithm,VA)可以降低系统复杂度的角度出发,设计了高效的VA算法辅助的多符号检测(Multi-symbol differential detection based on VA,VA-MSDD)。此外,还提出了非相干UWB系统基于半定松弛(Semi-definite relaxation, SDR)的多符号检测和多用户检测算法。另外还拓展研究了网络编码辅助的UWB中继传输技术,并分别针对单天线和DSTBC编码的MIMO-UWB系统提出了相应的非相干传输方案。所提方案具有较低的实现复杂度,对UWB非相干系统的工程实现具有重要的指导意义。本文的主要创新和贡献归纳如下:1)针对DSTBC编码的MIMO-UWB系统非相干检测和相干检测之间性能差距较大的问题,提出了基于置信传播的多符号差分检测(Belief propagation aided multi-symbol differential detection, BP-MSDD) 算法。与传统的采用前向信息传递模式的广义似然比检验-多符号差分检测(Multi-symbol differential detection based on generalized likelihood ratio test,GLRT-MSDD)算法相比,所提的BP-MSDD具有前后向信息传递模式,可避免有用检测信息的损失,并获得更高的置信度,故而可获得优于GLRT-MSDD的检测性能。另外,所提的BP-MSDD算法可以与信道编码结合形成联合迭代检测与译码算法,通过检测器和信道译码器之间的联合迭代处理,可更加充分地利用二者之间传递的软信息,进一步提升系统性能。2)针对DSTBC编码的非相干MIMO-UWB系统算法实现复杂度较高的问题提出了 VA-MSDD算法。首先,为了降低GLRT-MSDD算法的复杂度,通过对检测函数做等价变形,并在GLRT-MSDD算法对应的网格图中引入VA思想寻找与接收序列最小距离的码字序列,形成基于VA的硬判决多符号差分检测(VA-aided MSDD with hard decision,VA-HMSDD);进一步地,针对软判决BP-MSDD算法复杂度高的问题,提出基于VA的软判决多符号差分检测(VA-aided MSDDwith soft decision,VA-SMSDD)。这两种VA-MSDD算法通过有导向的搜索方案完成检测,取得了检测性能与复杂度之间的折衷,适合于DSTBC编码的非相干MIMO-UWB系统实现低复杂度的要求。3)针对基于穷搜的多符号检测和多用户检测复杂度高的问题,提出了非相干UWB系统基于半定松弛的多符号差分检测(Semi-definite relaxation aided multi-symbol differential detection,SDR-MSDD)和基于半定松弛的多用户检测(Semi-definite relaxation aided multi-user detection,SDR-MUD)。通过引入松弛条件,将非凸优化的问题转换为一个凸优化的问题,这样即可实现将原始的非确定多项式时间困难(Nondeterministic-polynomial time hard,NP-hard)问题转化为多项式时间可解的问题。分析和仿真表明,所提的基于半定松弛的检测算法在获得良好检测性能的前提下,取得了比穷搜算法低得多的复杂度。4)作为上述工作的拓展,本文研究了网络编码辅助的非相干UWB中继网络中的关键技术。在参照已有网络编码相关研究成果的基础上,从基本检测理论的角度出发,提出了适用于网络编码辅助的非相干UWB中继系统接收机结构。在通过三个时隙完成通信的中继系统中,针对时分多址阶段用户端分别配备单天线和多天线的场景提出了相应的传输方案,首先提出了单天线场景下的GLRT-MSDD的传输方案及其降低复杂度的SDR-MSDD方案,并进一步提出了多天线场景下DSTBC编码的GLRT-MSDD方案及其降低复杂度的判决反馈非相干检测方案;针对通过两个时隙或者三个时隙完成通信的中继系统广播阶段,提出了基于因子图的多符号检测方案,有效地提升了系统性能。所提方案都避免了接收机对信道的估计,实现了网络编码辅助的中继系统低复杂度的传输方案。