低轨卫星移动通信系统中译码前传协作策略的性能研究

卫星移动通信信道是典型的衰落信道,其信道特性在不同的环境中通常被表述为三种衰落形式,即Rayleigh衰落、Rician衰落和遮蔽Rician衰落。为了保证可靠的通信,系统需要采用具有较强抗衰落能力的技术来进行信号的传输。近年来,协作分集技术因其能显著地提高无线通信系统的性能而吸引了大量的研究关注。莱曼等人的研究中提出了多种协同策略,包括放大前传,译码前传和编码协同等。本文中提出将协作分集技术应用在低轨卫星移动通信系统用户下行链路(卫星和终端用户之间的通信链路)中以减小信道衰落的影响。建立系统模型,分析得出该系统采用译码前传协作策略的通用误码率公式,由此推导出用户下行链路在Rayleigh衰落信道、Rician衰落信道、遮蔽Rician衰落信道条件下的系统误码率公式。仿真结果表明,理论分析和仿真结果完全吻合,本系统相对于传统无协作系统有较大的性能优势。

基于译码前传协作中继网络的类准正交线性分散码

提出了一种基于译码前传协作中继网络的类准正交线性分散码,该码的码字矩阵实部和虚部可以分解成满足准正交设计的实码字矩阵;对接收端的译码考虑了2种方式,一种是对总的接收信号进行快速最大似然译码,另一种是对经过中继和未经过中继的接收信号分别进行快速最大似然译码;分析了2种方式的计算复杂度,对2种方式的信道容量、中断概率和误比特率等特性进行了仿真对比,结果表明,在相同条件下,方式2比方式1信道容量更高,中断概率和误比特率更低,但计算复杂度更高。

非对称前向译码协作的性能分析和参数优化方法研究

研究了基于并行编码的非对称前向译码协作的中断概率性能以及节点相对位置、功率分配和时隙分配等参数的联合优化问题。结合理论分析和数值仿真,提出了一种简化参数优化方法。仿真表明,这种简化方法性能较好地逼近了联合优化方法的性能,相对于对称前向译码协作有明显的分集增益。

基于译码前传的跨层中继选择策略研究

协作中继提高了无线网络系统的可靠性。基于译码前传模式,结合跨层协作思想,提出了一种基于MAC层和物理层的跨层中继选择实现方案。方案首先解决了中继协作时机问题;以最小中断概率为目标,给出了如何选择中继节点以及分配发射功率的方法;最后给出了跨层协作中继选择实现框图及具体步骤。以跨层设计为基础,中继进行选择时可以依据最新的信道状态信息,使选择更加有效;拥有具体的发射功率分配方案,能够更有效地利用发射功率。仿真结果表明,所提方案能够获得更好的中断概率性能。

基于译码前传的中继旋转准正交空时分组码

提出了基于译码前传的中继旋转准正交空时分组码(Space Time Block Code,STBC),设计了码率为1、发射天线数为4的旋转码,然后在中继端和接收端分别采用快速最大似然译码算法和成对译码算法进行译码,最后与未旋转和中继前旋转两种STBC分别进行仿真对比。结果表明:当BER=10-3时,BPSK调制下,所提STBC比未旋转STBC和中继前旋转STBC分别有1.9 d B和1 d B的增益;QPSK调制下,所提STBC比未旋转STBC和中继前旋转STBC分别有1.8 d B和0.9 d B的增益;8PSK调制下,所提STBC比未旋转STBC和中继前旋转STBC分别有1.3 d B和0.6 d B的增益;在相同SNR条件下,中继旋转STBC与中继未旋转STBC和中继前旋转STBC相比具有更低的误码率,可以改善系统系能;当SNR增加时,所提码字的误码率将降得更快。

基于放大前传的跨层中继选择策略研究

基于放大前传模式,结合跨层协作思想,提出了一种基于MAC层和物理层的跨层中继策略方案。该方案解决了中继协作时机问题;以最小中断概率为目标,给出了如何选择中继节点以及分配发射功率的方法;该方案以跨层设计为基础,中继进行选择时可以依据最新的信道信息,使选择更加有效;拥有具体的发射功率分配方案,从而更有效地利用发射功率,较平均分配功率系统有更好的性能。

基于最优中继集合选择的HDAF算法

为减少协作通信系统资源消耗,提出了一种基于混合译码放大前传（hybrid decode-amplify-and-forward,HDAF）的中继选择算法。该算法以降低系统的中断概率和最小化总功率为目标,采用等效信道增益参数排序的方法,得到了最优中继集合的选择算法。该算法既保证通信过程更可靠,不易中断,又减少多余中继节点的使用,节省资源。仿真结果表明,采用最优中继集合选择算法,在10~30dB的信噪比范围内,HDAF协作方式的中断概率要小于放大转发（amplify-and-forward,AF）和译码转发（decode-and-forward,DF）协作方式。该算法与功率分配相结合,在相同中断概率条件下,源节点所需功率比AF和DF协作方式少1~4dBm,节约了系统资源的消耗。

粒子群算法在协同通信功率分配优化中的应用

研究通信优化系统性能,在协同通信中,源节点和中继节点的功率分配对系统的性能有着重要影响,存在分配不合理的问题,系统将达不到理想性能。为了优化功率分配,提出协同通信方式进行优化分配功率。根据粒子群算法在资源分配和函数优化中的优越性,分别针对放大前向和译码前向协同模式,在总功率一定的条件下,以大信噪比时的误码率的下界或上界作为粒子群优化算法的目标函数,优化源节点和中继节点的功率分配。通过仿真验证,在平坦衰落信道条件下,粒子群算法优化出的功率分配比平均分配功率时的误码率有了明显下降,提高通信系统和性能。

一种LDPC码在光纤通信系统中的性能分析

针对超强前向纠错(FEC)技术在光纤通信系统中的应用,文章提出了一种构造简单、编码容易实现的低密度奇偶校验(LDPC)码的构造方法,并仿真验证了该LDPC码在光纤信道环境下的译码性能。与常用的RS(255,239)码相比,在相同的码效率下,所构造的码长为4 080的LDPC码能够获得比RS码高2 dB的编码增益。

协作系统中联合功率分配和自适应多电平正交幅度调制算法

基于瑞利衰落的单源单宿多中继译码转发(Decode-and-Forward,DF)协作系统,提出了一种联合功率分配和自适应多电平正交幅度调制(M Quadrature Amplitude Modulation,M-QAM)算法.推导出了在高信噪比下系统误符号率(Symbol error ratio,SER)的紧密上界闭式表达式,并在给定系统SER的条件下,得到最小化SER的功率次优分配和实现M-QAM自适应速率控制的联合算法.该联合算法仅需要在发送端获得信道统计状态信息(Channel Statistic State In-formation,CSSI),从而避免了系统信道瞬时状态信息交互的开销.实验仿真表明,在高信噪比下,推导的闭式表达式逼近蒙特卡罗实验结果,提出的联合算法带来了性能增益.

一种实用的DF协作无线传感器网络跨层设计

针对前向译码(DF)协作无线传感器网络的特点和要求,探讨基于分集合并和差错控制两种技术的实用跨层设计方案。首先,研究支持DF中继协议的协作传感器网络在目的节点采用等增益合并(EGC)的检测方案。通过和传统的最大比合并(MRC)方案以及最近提出的协作MRC方案综合比较,说明等增益合并是一个具有良好性能的实用方案。然后,把物理层的EGC和数据链路层的自动请求重传(ARQ)结合起来,再进行系统分析。最后,基于EGC和截断ARQ提出一种实用跨层设计方案。

网络-信道联合编码的DmF协作通信技术

提出了一种采用网络-信道编码的解调前传(DmF)协作通信方案。与译码前传(DF)相比,DmF协作方式在中继处只对信号进行解调而非译码,因此,大大降低了中继节点的复杂度。在由两个用户、一个中继节点和一个基站组成的通信模型中,采用LDPC信道编码与网络编码结合的方式,构造了一种DmF协作传输方式。在基站处,通过构造的H矩阵对来自两用户及中继的信号进行联合译码。仿真结果表明:所给方案的性能优于非协作方式及无网络编码的协作通信方式,随着信噪比的增加这种优势会更加明显;另外,DmF的性能与DF的非常接近,但其设备复杂度却大大降低,因此DmF比DF方式更具实用性。同时,该方案在降低设备复杂度、减少延迟、有效对抗无线信道慢衰落、提高通信性能及频谱利用率等方面都是非常有效的。

采用TAS/MRC的MIMO DF中继系统的性能研究

研究了瑞利衰落信道上采用发射天线选择/接收机最大比合并的多输入多输出译码前传中继系统的性能。使用端到端等效信噪比的累积分布函数和概率密度函数表达式,推导瑞利衰落信道上M进制相移键控调制下的平均误符号率和信道容量的闭合表达式,通过仿真证实了理论分析的正确性。

基于协同CDMA网络的多用户检测器的研究

协同分集是当今一种流行的无线通信技术,本文研究了协同分集技术在CDMA系统中的两种具体实现方案——译码前传和放大前传,并重点分析了MMSE多用户检测器在协同网络中的应用。表明MMSE多用户检测器在协同网络中依然可以带来额外的分集增益,降低误码率,有效的抵制多址干扰。

机会协同通信系统的中继公平性研究

为提高机会协同通信系统的中继选择公平性,提出了以不影响系统中断性能为目标的协同方案。在建立了协同通信系统模型的基础上,提出机会协同方案,并引入比例公平算法对机会协同方案进行改进;分别对2种方案下的中继选择概率与系统中断概率进行了分析,根据定义的公平因子表征中继公平性与理想公平上限。仿真结果表明,提出的基于比例公平的机会协同方案,显著改善了中继选择的公平性,在大信噪比条件下趋近理想公平上限,同时保持了系统中断性能。

估计误差下DF协作系统性能分析

信道估计误差是引起无线通信系统性能衰弱的重要因素之一。分析了瑞利信道条件下估计误差对译码前传协作系统性能的影响。推导并给出了估计误差条件下正交幅度调制信号译码前传协作系统码元错误概率的解析表达式和上界表达式,并分析了不同信道的方差对协作系统性能的影响。仿真结果显示,存在估计误差时,码元错误概率性能并未随着信噪比的增大而提高。同时发现,中继-目的链路的较大方差较源-中继链路显著改善码元错误概率性能。

A new probability decoding scheme based on genetic algorithm for FEC codes in optical transmission systems

Based on the genetic algorithm(GA),a new genetic probability decoding(GPD) scheme for forward error correction(FEC) codes in optical transmission systems is proposed.The GPD scheme can further offset the quantification error of the hard decision by making use of the channel interference probability and statistics information to restore the maximal likelihood transmission code word.The theoretical performance analysis and the simulation result show that the proposed GPD scheme has the advantages of lower decoding complexity,faster decoding speed and better decoding correction-error performance.Therefore,the proposed GPD algorithm is a better practical decoding algorithm.