基于酉空时调制的软信息转发中继技术的研究

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近年来,无线移动通信系统的相关研究日趋完善,主流通信技术的发展也已十分成熟。无线通信技术的研究与发展时刻本着便民利民的思想,逐渐地拉近人与人之间的距离,极大程度地促进社会发展进步。一直以来,更为可靠、更为高效的通信传输都是无线通信所追求的目标。但是实际上,现实的通信系统面临许多复杂的问题,多径、多址干扰以及带宽的限制等都会对通信链路的可靠性能产生严重的负面影响,并已成为制约通信技术发展的要素。多输入多输出(MIMO)技术为传统无线通信系统引入“空间”这一可利用的因素,通过充分发掘空间资源以获取更高的发送速率和功率效率。其中,空时编码技术在发送端和接收端对信号进行时间域和空间域上的综合处理,通过引入冗余或产生复用以达到较高的系统增益。酉空时调制,作为空时编码技术中的一种新型编码技术,在发送端和接收端均不需要已知信道状态信息(CSI),十分适合因高速移动产生的快速衰落通信信道。然而,远距离传输或“阴影效应”将会致使信噪比大大降低,这时酉空时调制便失去其优越性。应用中继的无线通信系统在各中继节点提供能量,可使信噪比保持较高水平,维持较长距离的通信传输。而适用于快速衰落信道即信道变化非常快的情况下的转发中继方案较少。进而,为了避免中继网络中转发硬判决信息带来的错误传播现象,我们关注软信息转发中继这一新兴技术。软信息转发技术在中继节点处以多种方式再次生成含有不确定性的软信号,并将其转发至目的节点,减少中继节点硬判决对目的节点译码产生的影响,提高整个中继网络通信的可靠性。因此,基于酉空时调制的软信息转发中继技术的研究具有深远的现实意义。本文提出两种基于酉空时调制的软信息转发中继方案,即估计转发中继方案与互信息转发中继方案。两种方案均可适用于中继网络各节点未知信道状态信息的快衰落信道环境。就我们研究所知,软信息转发技术仍未涉及到快衰落环境中性能依然良好的酉空时调制技术。估计转发中继方案在已知中继接收信号的前提下对源发送信号进行估计转发。互信息转发中继方案利用源发送信号与中继接收信号的瞬时互信息作为最大似然译码准则的一种可靠性度量。两种中继方案在中继节点处均转发含有不确定性的软信息,尽可能避免因转发硬判决信息引起的错误传播现象,实现中继网络中通信数据的高质量传输。对于基于酉空时调制的并行中继网络,本文首次给出上述两种方案的中继函数、功率归一化因子及接收端译码方法等。更重要的是,目的节点广义信噪比的理论推导及仿真结果也在本文中首次展现。仿真结果表明,基于酉空时调制的并行两跳中继网络中,当误码率为10-2时,与经典译码转发中继、放大转发中继相比,所提估计转发中继方案可分别获得约2dB和3dB的信噪比增益。所提互信息转发中继方案可再进一步取得约1.5dB的信噪比增益。并且,所提估计转发方案可在目的节点获得较高的广义信噪比。此外,本文针对中继节点个数、天线数目及信道相干时间等因素对系统误码性能的影响给出仿真结果和性能分析。
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