本文選題：協(xié)作通信　切入點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)編碼　出處：《南京郵電大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：多輸入多輸出技術(shù)(Multiple-Input-Multiple-Output, MIMO)在提高無(wú)線通信系統(tǒng)傳輸可靠性以及頻譜效率方面，發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用。然而，由于受到終端尺寸、硬件復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)成本等因素的限制，導(dǎo)致其在工程實(shí)際中難以部署。近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)編碼(Network Coding, NC)協(xié)作通信技術(shù)作為MIMO的一種有效實(shí)現(xiàn)方式吸引了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，這是由于：一方面協(xié)作通信能夠以較低的成本，通過(guò)形成虛擬MIMO來(lái)獲得分集增益；另一方面在中繼進(jìn)行NC可以有效提升系統(tǒng)傳輸效率，解決協(xié)作通信頻譜效率較低的問(wèn)題。這些優(yōu)點(diǎn)也使得NC協(xié)作通信技術(shù)被下一代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)(LTE-A)列為后續(xù)演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，NC在設(shè)計(jì)之初主要針對(duì)無(wú)差錯(cuò)的有線信道，如果將其應(yīng)用于存在衰落效應(yīng)的無(wú)線信道，則需要首先解決系統(tǒng)的可靠性傳輸問(wèn)題。因此，本文圍繞NC協(xié)作通信系統(tǒng)的傳輸可靠性問(wèn)題展開(kāi)研究。本文的具體研究?jī)?nèi)容包括： 1）多址接入信道下基于NC的錯(cuò)誤傳播避免技術(shù)研究中，針對(duì)基于瞬時(shí)信道增益的鏈路自適應(yīng)方法存在準(zhǔn)確性差的問(wèn)題，提出了一種基于接收信號(hào)對(duì)數(shù)似然比(Log-Likelihood Ratio,LLR)的改進(jìn)算法。新算法采用LLR作為信號(hào)可靠性指示，將基于LLR與基于瞬時(shí)信道增益的誤碼率解析公式進(jìn)行聯(lián)立，得到基于LLR換算的等效瞬時(shí)信道增益，，用該參數(shù)代替瞬時(shí)信道增益來(lái)計(jì)算功率因子。結(jié)果表明，新算法可以有效減少錯(cuò)誤傳播的影響，改善系統(tǒng)的誤碼性能。 2）多址接入信道下基于用戶公平性的NC技術(shù)研究中，針對(duì)傳統(tǒng)指標(biāo)無(wú)法有效反映協(xié)作用戶整體可靠性的問(wèn)題，提出了一種基于用戶公平性的網(wǎng)絡(luò)編碼功率分配算法。在新算法中，首先采用共同中斷概率作為優(yōu)化目標(biāo)，推導(dǎo)出中繼功率分配的約束條件，根據(jù)該條件對(duì)用戶信號(hào)進(jìn)行疊加，然后通過(guò)最大比合并(Maximum Ratio Combination, MRC)和串行干擾消除(Serial Interference Cancellation, SIC)進(jìn)行解碼。結(jié)果表明，新算法能夠有效維護(hù)協(xié)作用戶的公平性，提高協(xié)作群組整體的傳輸可靠性。 3）多信源多中繼協(xié)作NC策略研究中，針對(duì)傳統(tǒng)方案未充分利用中繼間鏈路的問(wèn)題，提出了一種聯(lián)合中繼排序(Relay Ording, RO)與最大分割距離碼(Maximum Distance Separable,MDS)的改進(jìn)方案。新方案利用MDS碼能夠積累互信息的特點(diǎn)，將RO思想引入其中，采用中斷鏈路數(shù)作為排序權(quán)重對(duì)中繼發(fā)送順序進(jìn)行規(guī)劃，使得原本由于鏈路中斷而無(wú)法進(jìn)行NC的中繼，通過(guò)解碼其他中繼的信號(hào)來(lái)對(duì)信源互信息進(jìn)行積累，進(jìn)而恢復(fù)編碼機(jī)會(huì)。理論推導(dǎo)了新方案的系統(tǒng)滿分集概率和系統(tǒng)中斷概率，證明其具有擴(kuò)散效應(yīng)。結(jié)果表明，新方案能夠有效改善系統(tǒng)的中斷性能。 4）異步物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(Physical-layer Network Coding, PNC)譯碼算法的設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究中，分析了載波相位偏移對(duì)置信傳播(Belief Propagation, BP)譯碼算法的影響，提出了一種基于相位預(yù)失真的改進(jìn)算法。新算法通過(guò)預(yù)先在發(fā)送信號(hào)中加入特定的相位偏移，然后在中繼進(jìn)行相位均衡以及相應(yīng)迭代公式的更新，去除了相位偏移對(duì)BP譯碼精度的影響，從而提高譯碼準(zhǔn)確性。針對(duì)星座圖扭曲、誤碼率解析公式難以求解的問(wèn)題，提出了一種相位盈虧模型，利用該模型分析了所提出方法的相位偏移糾正性能，理論證明其性能上界，并且對(duì)算法參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化�；谒贸龅姆治鼋Y(jié)果，提出了一種控制門(mén)限，有效避免了過(guò)度失真的問(wèn)題。同時(shí)，將符號(hào)偏移作為權(quán)重因子，提出一種相位偏移估計(jì)方案，改進(jìn)了估計(jì)穩(wěn)定性隨機(jī)飄移的問(wèn)題。結(jié)果表明，新算法在非實(shí)時(shí)反饋信道和非理想相位偏移估計(jì)的情況下，可以有效改善系統(tǒng)的誤比特性能。
[Abstract]:Multiple input multiple output (Multiple-Input-Multiple-Output, MIMO) in a wireless communication system to improve the transmission reliability and spectral efficiency, plays a fundamental role. However, due to the size of the terminal, the hardware complexity and cost constraints, leading to difficult to deploy in engineering practice. In recent years, the network encoding (Network Coding. NC) cooperative communication technology as an effective way to achieve MIMO has attracted widespread attention in academic circles, this is because: on the one hand, cooperative communication can lower the cost, through the formation of virtual MIMO to obtain diversity gain; on the other hand, NC can effectively improve the transmission efficiency of the system in relay cooperative communication spectrum the problem of low efficiency. These advantages make NC cooperative communication technology is the next generation of mobile communication standard (LTE-A) as one of the key technologies for the subsequent evolution. However, NC, at the beginning of the design for cable channel error free wireless channel, if applied to the existence of fading effect, need to first solve the problem of the reliability of transmission system. Therefore, this article launches the research on transmission reliability issues around the NC cooperative communication system. The main research contents in this paper include:
1) to avoid error propagation NC technology research based on multi access channel, aiming at the problems of poor accuracy of link adaptive method based on the instantaneous channel gain, a received signal based on the log likelihood ratio (Log-Likelihood Ratio LLR) algorithm. The new algorithm uses LLR as signal reliability indicator, based on LLR the instantaneous channel gain and bit error rate formula are simultaneously based on equivalent instantaneous channel gain based on LLR conversion, to calculate the power factor with the parameters instead of the instantaneous channel gain. The results show that the new algorithm can effectively reduce the influence of error propagation error, improve the performance of the system.
2) based on the research of NC technology user fairness in multi access channel, the traditional index cannot reflect the overall reliability of collaborative user problems, this paper puts forward an algorithm of network encoding power allocation based on user fairness. In the new algorithm, the common fault probability as the optimization objectives, constraints are derived the relay power allocation, according to the conditions of superimposed on the user signal, and then through the maximum ratio combining (Maximum Ratio, Combination, MRC) and successive interference cancellation (Serial Interference, Cancellation, SIC) for decoding. The results show that the new algorithm can effectively maintain the fairness of the cooperation of users, improve the reliability of the transmission of the whole cooperative group.
3) of multi source multi relay cooperative NC strategy, the traditional scheme does not make full use of the relay link between the problem, and propose a joint relay ordering (Relay Ording, RO) and the maximum distance code (Maximum Distance Separable segmentation, MDS) is proposed. The new solution using MDS codes can accumulate mutual information the concept of RO is introduced, which uses interrupt number as the rank weights of the relay link transmission order planning, which was due to the relay link interruption can not NC, the other relay decoded signal to the source of mutual information accumulation, and then restore the encoding opportunity. Theoretical derivation the system outage probability for full diversity the probability and system, prove its diffusion effect. The results show that the new scheme can effectively improve the outage performance system.
4) asynchronous physical layer network encoding (Physical-layer Network Coding, PNC) design and optimization of decoding algorithm, analysis the carrier phase offset on the belief propagation (Belief Propagation, BP) of decoding algorithm, an improved algorithm is proposed based on phase predistortion. The new algorithm by pretreatment with specific phase shift in the transmit signal, then the phase equilibrium and the corresponding iterative update formula in the relay, remove the effect of phase shift on BP decoding accuracy, so as to improve the decoding accuracy. According to the constellation distortion, bit error rate formula to solve the problem, proposes a phase financing model, analysis the proposed phase offset correction performance methods by using the model, the theory prove that the performance of upper bound, and the algorithm parameters were optimized. Based on the results of the analysis results, this paper proposed a control threshold, effective To avoid excessive distortion. At the same time, the symbol offset as weighting factor, proposed a phase offset estimation scheme, improved stability of random drift estimation problem. The results show that the new algorithm in non real time feedback channel and non ideal phase offset estimation, can effectively improve the BER performance of the system.

【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.5

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