基于能量收集的多信源中继协作系统性能分析与研究

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随着科学技术的进步,现代社会对无线通信的需求不断增加。同时,用户对通信服务可靠性、高效性的要求也越来越高。协作技术能够实现空间分集从而提升通信系统的性能,有效地解决了小区边缘弱覆盖的问题,增加了信息的传输距离。基于射频信号的能量收集技术可以从周围的射频信号中收集能量,延长系统的生存周期。因此,协作技术和能量收集技术的结合可以实现可靠的绿色通信。本文对基于能量收集的多信源中继协作系统展开研究。分别研究了系统采用低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码和重复累积(Repeat Accumulate,RA)码时的中断概率、误码率(Bit Error Rate,BER)和复杂度等性能;进一步对协作系统的功率分配问题进行研究。主要工作如下:(1)研究了多信源LDPC编码协作系统。首先,引入了正规LDPC码的编码协作方式,推导出了就目的节点而言整个编码协作系统的校验矩阵和码率,分析了目的节点采用两种不同迭代译码算法下的译码步骤和判决方法。并基于理想编码协作系统推导出对应的中断概率。其次,针对加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道,通过在目的节点引入平均信噪比(Signal-to-Noise Ratios,SNRs)的概念,得到了LDPC编码协作系统所对应的点对点系统模型。在一定情况下可以将编码协作系统的问题转化到对应的点对点编码系统模型中进行研究。最后,在此基础上,研究了多信源编码协作系统的编码步骤、联合迭代译码算法和中断概率。(2)研究了基于能量收集与网络编码的多信源RA编码协作系统。首先,通过引入网络编码技术,解决多个信源节点的信息合并处理的问题,突出网络编码技术的优势。其次,将RA码应用到该系统中,其码字具有系统的、差分编码等特点。研究了双信源单中继编码协作系统采用RA码编码协作时的系统BER性能。仿真结果表明采用RA码的协作系统BER性能优于对应点对点系统。最后,基于能量收集(Energy Harvesting,EH)技术,解决中继节点的功率受限问题;通过注水算法,对中继节点收集到的功率进行分配,与功率平均分配算法和天线选择算法相比,该算法提高了系统的信道容量,降低了系统的中断概率。(3)研究了基于能量收集的多信源中继协作系统功率分割因子的优化。针对协作系统中信源节点与目的节点间无直传链路的情形,系统采用空时编码的协作方式,在目的节点处恢复原始发送信息。首先,考虑系统中某个信源节点的优先级较高,对中继节点的功率分割因子进行优化,实现该信源节点到目的节点的信道容量最大化。其次,进一步同时考虑两个信源到目的节点的信道容量,此时两个信源节点无优先级区别,通过优化功率分割因子实现整个协作系统信道容量的最大化。最后,仿真结果表明,通过对功率分割因子进行优化,提高了系统的信道容量;随着功率转换效率或信噪比的增加,系统的信道容量得到提高。
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