在許多情況下,信道可能是時變的或處于不同的狀態(tài),發(fā)送節(jié)點(diǎn)或接收節(jié)點(diǎn)可以獲取關(guān)于信道狀態(tài)的信息,從而提高信道的容量。這種具有信道狀態(tài)信息的信道模型可以表示多個通信問題,例如,在認(rèn)知無線通信系統(tǒng)中,隨機(jī)信道狀態(tài)可以表示主用戶的發(fā)送信號,而具有信道狀態(tài)信息的節(jié)點(diǎn)可視為具有認(rèn)知能力的次級用戶,次級用戶節(jié)點(diǎn)如何設(shè)計(jì)相應(yīng)的編譯碼技術(shù)消除或降低主用戶間通信對次級用戶造成的干擾以提高次級用戶間通信的信息碼率對提高頻譜利用率有著重要的作用,因此,對發(fā)送節(jié)點(diǎn)具有信道狀態(tài)信息的信道容量的研究具有重要的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。此外,無線信道的廣播特性給節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作提供了條件,如何設(shè)計(jì)具有較低復(fù)雜度的高性能的協(xié)作策略也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。本文主要研究了具有信道狀態(tài)信息的中繼信道的容量,主要從中繼協(xié)作策略和編譯碼方案角度進(jìn)行研究,對本文的研究工作總結(jié)如下:對于高斯多跳線性中繼信道,中繼節(jié)點(diǎn)每一時隙的發(fā)送信號是其當(dāng)前時隙及之前所有時隙接收信號的線性組合,得到了這類高斯多跳線性中繼信道的容量,并證明了在一定的條件下高斯多跳線性中繼信道的容量可以等效為一個“單字母”表示的優(yōu)化問題,而該優(yōu)化問題的解與分時放大轉(zhuǎn)發(fā)(Time-Sharing Amplify-and-Forward,TSAF)中繼策略的可達(dá)碼率的形式相同。針對此“單字母”優(yōu)化問題,本文給出了迭代算法對TSAF的可達(dá)碼率進(jìn)行計(jì)算,數(shù)值仿真的結(jié)果表明當(dāng)多跳中繼信道每一跳的信道增益變化較大時,TSAF的可達(dá)碼率與信道容量接近。對于多跳中繼信道而言,雖然采用譯碼前傳(Decode-and-Forward,DF)中繼策略能夠達(dá)到信道的容量,但TSAF不需要中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)雜的編譯碼運(yùn)算,它的復(fù)雜度與傳統(tǒng)的放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward,AF)中繼策略復(fù)雜度相當(dāng),遠(yuǎn)低于DF的復(fù)雜度。因此,TSAF中繼策略對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這一類節(jié)點(diǎn)處理能力有限、傳輸功率受限、節(jié)點(diǎn)一般通過多跳鏈路通信、每一跳的信道增益變化較大的無線網(wǎng)絡(luò)能很好實(shí)現(xiàn)可達(dá)碼率與復(fù)雜度的折中。對于一類具有信道狀態(tài)信息的離散無記憶正交中繼信道,源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)間的信道與源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)間的信道相互正交,且分別依賴于獨(dú)立的隨機(jī)信道狀態(tài),設(shè)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)已知信道狀態(tài)信息,本文分別研究了源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)非因果已知信道狀態(tài)信息和因果已知信道狀態(tài)信息兩種情況下信道的容量。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)非因果已知信道狀態(tài)信息時,采用部分譯碼前傳(Partial-Decode-and-Forward,PDF)中繼策略和協(xié)作的GP(Gel’fand-Pinsker)編碼得到了該信道的容量下界,并證明了對于一類半確定的正交中繼信道,所得到的容量下界是緊的,即,得到了這一類具有信道狀態(tài)信息的半確定正交中繼信道容量的確切表示。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)因果已知信道狀態(tài)信息時,基于PDF中繼策略和Shannon策略得到了信道容量的下界。對于受到加性干擾的高斯正交中繼信道,本文將離散無記憶正交中繼信道所得到的容量結(jié)果擴(kuò)展到了高斯信道,信道狀態(tài)表示了節(jié)點(diǎn)所受到的加性干擾。分別針對源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)非因果已知信道狀態(tài)信息和因果已知信道狀態(tài)信息兩種情況研究了信道的容量。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)非因果已知信道狀態(tài)信息時,采用協(xié)作的臟紙編碼和PDF中繼策略,得到了信道容量的表達(dá)式,并且所得到的信道容量與不受額外干擾的正交中繼信道的容量相同,信道所受到的加性干擾被完全消除。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)因果已知信道狀態(tài)信息時,基于廣義的臟紙編碼和PDF中繼策略僅得到了信道容量的下界。然而,當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)的平均發(fā)送功率足夠大且滿足一定的條件時,本文得到了信道容量的確切表示。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)因果已知信道狀態(tài)信息時,本文還通過信道可達(dá)碼率的數(shù)值仿真說明了中繼節(jié)點(diǎn)在消除干擾和信息協(xié)作傳輸中所起到的作用。本文最后研究了具有信道狀態(tài)信息的雙向中繼信道的容量。雙向中繼信道受到兩個獨(dú)立的加性干擾,信道狀態(tài)表示了節(jié)點(diǎn)所受到的加性干擾,信道中的部分節(jié)點(diǎn)分別已知了部分的信道狀態(tài)信息。根據(jù)各節(jié)點(diǎn)已知信道狀態(tài)信息的不同,本文考慮了三種情況:(1)兩個用戶節(jié)點(diǎn)分別已知其中一個干擾的信息;(2)其中一個用戶節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)分別已知其中的一個干擾的信息;(3)中繼節(jié)點(diǎn)已知了全部的干擾信息。在以上三種情況下,已知信道狀態(tài)信息的節(jié)點(diǎn)可利用已知的信道狀態(tài)信息消除部分的干擾,從而實(shí)現(xiàn)對干擾的“預(yù)消除”。采用嵌套的晶格碼和計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)中繼策略,分別得到了這三種情況下信道容量區(qū)域的Qg界:(1)當(dāng)兩個用戶節(jié)點(diǎn)分別已知其中一個干擾時,容量區(qū)域Qg界與割集外界的間隙小于1比特;(2)當(dāng)用戶節(jié)點(diǎn)1和中繼節(jié)點(diǎn)分別已知其中一個干擾時,用戶節(jié)點(diǎn)1消息的碼率R1與容量上界的間隙小于1比特,而用戶節(jié)點(diǎn)2消息的碼率R2與容量上界的間隙小于1/2比特;(3)當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)已知全部的干擾時,容量區(qū)域Qg界與割集外界的間隙小于1/2比特。
【學(xué)位單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN911.2
【部分圖文】：

戶間存在鏈路時，接收用戶可以通過它們間的對于存在接收用戶協(xié)作的廣播信道，Dabora[1播信道的容量區(qū)域，該容量區(qū)域嚴(yán)格大于沒有協(xié)的存在雙向協(xié)作的廣播信道而言，Dabora 得到路的一般性廣播信道的容量區(qū)域的Qg界要比 （即，所有的接收用戶均需譯碼的消息），當(dāng)僅切的容量表達(dá)式，而當(dāng)存在雙向的協(xié)商鏈路時ao 等[21]研究了多輸入多輸出（Multiple-Input M問題，在 MIMO 廣播信道中，通過接收用戶間多用戶協(xié)作具有多個輸入，僅有一個輸出的多用戶信道，

21C 。對于存在接收用戶協(xié)作的廣播信道，Dabor化廣播信道的容量區(qū)域，該容量區(qū)域嚴(yán)格大于沒有一般的存在雙向協(xié)作的廣播信道而言，Dabora 得作鏈路的一般性廣播信道的容量區(qū)域的Qg界要比消息（即，所有的接收用戶均需譯碼的消息），當(dāng)了確切的容量表達(dá)式，而當(dāng)存在雙向的協(xié)商鏈路和 Mao 等[21]研究了多輸入多輸出（Multiple-Input協(xié)作問題，在 MIMO 廣播信道中，通過接收用戶中的多用戶協(xié)作常指具有多個輸入，僅有一個輸出的多用戶信道接入信道作為基本模型。多址接入信道的基本模1nX

格包含了 Cover 在文獻(xiàn)[29]中所得到的可達(dá)區(qū)域。然是未知的，但可以肯定的是，反饋協(xié)作可以增用戶協(xié)作，當(dāng)多個用戶使用同一頻段同時發(fā)送信號時，來干擾。傳統(tǒng)的解決干擾的方法包括：采用正交的復(fù)用等；或?qū)⒏蓴_信號當(dāng)做噪聲處理。顯然，這的關(guān)聯(lián)，因此，均非最優(yōu)。在對干擾信道的研究究中，得到了很多關(guān)于干擾信道容量的結(jié)果，也出了相互干擾的用戶間通過協(xié)作提高信道容量的如何最佳利用無線頻譜資源提供了思路。干擾信1nX1nY

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本文編號：2811741