无线中继系统中的信道编码技术研究

合作中继系统资源优化算法仿真

摘要：无线通信在近几十年内取得了巨大的发展，深刻地影响和改变了人们的生活和工作方式。移动蜂窝通信、卫星通信、无线局域网等技术使人们能够随时随地与世界保持联系，无线通信技术大大便利了人们的生活，使偌大一个世界触手可及。与此同时，无线网络中的用户数也在呈爆炸式增长，各种多媒体无线服务和应用层出不穷，人们对无线网络的带宽和质量保证提出了更高的要求。

关键词：无线中继网络 DF中继策略 统计学优

1、背景

随着无线通信的飞速发展，频谱资源越来越紧张，因而多输入多输出这种不会损失频谱利用率且可以提供分集增益，并有效对抗多径衰落的技术被提了出来。然而，许多移动终端，由于受体积、功耗、成本等的限制，不适合安装多根天线。近几年出现的合作分集技术便是为解决这个问题而提出来的，它是提高无线信道容量和可靠性的一种有效手段。合作分集技术所有节点共用天线构成虚拟天线阵来中继传输信息，从而实现分布式空间分集，有效的提高上下行多接入信道的容量。

任何事物皆有其两面性，合作分集亦不例外。伴随合作分集还会产生一些新的问题。在实际应用中，还必须考虑合作协议的向下兼容性、发射功率的远近效应，以及如何获得信道状态信息等问题。虽然目前的研究还存在很多问题，但并不能抹杀合作分集技术的种种优势.合作分集使具有单天线的用户能够互相合作，形成虚拟阵列，从而给传统MIMO技术的工程实现提供了一个新的思路和研究方向。在现有合作分集研究的基础上，还可以进行很多改进，以达到更好的性能。

1.1 合作分集模型

1.2 合作协议

通过中继的合作协议主要有三种。一是放大前向，即每个用户第一步都接收到其合作用户发送的经过噪声污染的信息，在目的节点以一定的准则合并接收到的两路独立的衰落信号并最终进行判决。二是译码前向，中继点对接收到的信号先译码再转发，这个过程中，合作用户对其接收到的源节点发送的信号进行判决检测，并在第二步按照原来的编码方式将判决得到的信息重传到目的节点。三是编码合作，即中继将接收并译码后的信息用另一种编码方式进行发送，接收端则将接收到的两个码字先进行合并再译码。

信息工程学院本科毕业论文

（2012届）

题 目 基于LDPC码的编码协作通信研究

系 通信工程

专 业 通信工程

班 级 08093412

学 号 08934237

学生姓名 余磊石

指导教师 郭锐

完成日期 2012年1月 杭州电子科技大学信息工程学院本科毕业设计

摘 要

采用空间分集的方法可以有效地对抗无线信道中的衰落。由于受到体积、重量、成本等因素的限制,在无线通信系统的用户终端上实现多天线技术较为困难。

而在单天线的无线用户间通过协作，共享天线，可以实现虚拟的多天线。协作通信方式是解决通信系统容量不断增加的重要方法，协作通信系统中采用LDPC码，可以有效改善中继节点处的差错传播带来的系统性能下降。

低密度奇偶校验(LDPC) 编码是一种性能优良的线性分组码，利用其码字内码元间固有的相关性，通过不同的用户发送码字的不同部分，可以实现虚拟的多发送天线，获得发送分集增益，在不增加系统带宽和发射功率、系统复杂度也不会明显增加的情况下能显著地提高系统性能。

本文给出了LDPC码的基本编解码原理，阐述了基于LDPC码的协作通信系统的分析模型，给出相应的仿真结果和分析。

关键词：衰落；协作通信；分集；多天线； LDPC 编码；编码协作

杭州电子科技大学信息工程学院本科毕业设计

ABSTRACT

Spatial diversity is an effective method to resist fading effect in wireless channel.

Due to the limitation of size weight and cost, it is difficult to use the multi antenna

technique on the terminal of wireless communication. Cooperative communication

协作传输系统中Polar码编译码方法研究

随着无线通信技术的快速发展，人们对高速无线数据传输服务的需求也越来越大。但是由于无线频谱资源的日趋紧张，无线通信系统想要支持高速数据传输就必须充分而高效地利用有限的频谱资源，这是未来无线通信技术亟待解决的关键问题。

近年来的研究表明，协作通信已经成为解决高速数据传输和大范围网络覆盖的关键技术。协作传输无线数据不仅能够获得空间分集增益，同时还能提高频谱利用率以及系统容量。

而中继信道模型作为协作通信网络的重要组成部分更是得到了广泛的研究。分布式信道编码技术是为适应协作通信技术要求而产生的信道编译码技术。

好的分布式信道编码方案不仅实现简单，而且可以在充分利用空间分集增益的基础上获得额外的编码增益，还能够进一步提升系统的可靠性能。由此可见，具有性能优异、实现复杂度低的分布式信道编码技术是协作通信系统中需要深入研究的一个核心问题。

基于信道极化现象，Polar码(Polar Codes)被证明是一种可以达到端到端二元输入离散无记忆信道(Binary-input Discrete Memoryless Channel, B-DMC)对称信道容量的信道编码方案。Polar码作为一种结构化的信道编码技术，具有编码复杂度和译码复杂度都较低，且译码性能不存在错误平层的优异特性。

因此，研究协作中继系统中具有低复杂度的Polar码编译码方法以及基于Polar码的高效协作传输协议以达到中继系统容量具有重要的理论和实用价值。本文将Polar码作为一种强有力的信道编码技术，不仅分析了级联Polar码的实际性能，还分别从理论和实际应用两个方面深入对在中继系统中应用Polar码的关键技术进行了研究。

论文的主要贡献如下：第一，针对Polar码比特错误率(Bit Error Rate, BER)性能收敛速度较慢以及低密度生成矩阵(Low-Density Generator Matrix, LDGM)码存在高错误平层的问题，本文利用级联编码的思想，提出了一种将Polar码作为外码，LDGM码作为内码的串行级联Polar-LDGM (Serially-Concatenated

第１Ｉ卷第２期　２００６年４月　电路与系统学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ｏＦ　ＣＩＲＣＵＩＴＳ　ＡＮＤ　ＳＹＳＴＥＭＳ　Ｖｏ１．１１．Ｎｏ．２　Ａｐｒｉｌ，２００６　

文章编号：１００７—０２４９　ｆ２００６）０２—００４６－０４　

基于两个中继的多跳无线网中的编码协同　

孟庆民，　高西奇，　尤肖虎　

（东南大学移动通信国家重点实验室，江苏。南京２１００９６）　

摘要，本文针对使用两个中继的多跳无线网，提山了一种新的编码协同方案。利用有线的方式，两个距离很近的　中继终端被联接后形成一对虚拟天线阵。由于分布式Ｔｕｒｂｏ码被融合到该网中，该方案便于单天线中继与其他中继共　享天线，并且以较低硬件实现复杂度提高了系统在准静态衰落中继信道下的性能。　关键词，多跳无线网；协同；编码：分集；中继信道　中圈分粪号，ＴＮ９２９　文献标识码，Ａ　

１　引言　

多输入多输出ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ．ｉｎｐｕｔ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｏｕｔｐｕｔ）系统的优点已经被人们研究多时，基于　Ａｌａｍｏｕｔｉ码…的发射分集也融入到无线标准的有关分集技术章节。空时发射分集或者接收分集需要多　

个天线，但是，具有低实现复杂度的无线终端通常仅具有一个天线。作为一种新的分集（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）　

形式，协同通信技术使得单天线终端在一个多跳无线网（ｍｕｌｔｈｏｐ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ）中可以有效地对抗　

信道中的衰落。在这种协同的网络中，一个天线的终端（或节点）一方面通过源节点（Ｓ）和目的节　

点（Ｄ）之间的路径（ｓ．Ｄ）直接传输信息；在另一方面，它把其他空间相邻终端作为中继节点（Ｒ），　

这样中继节点上的天线就形成一个虚拟（分布）的天线阵，该网就可以利用它们把信息由Ｒ向Ｄ以多　

跳的方式进行可靠的传输。由于多跳操作可减少信号在长距离传输时所经历的无线路径损耗从而节省　

功耗，协同通信技术既可以通过分布的天线阵获得空间分集，也结合了由多跳方式所带来的节省功耗　

的优点　Ｊ。编码协同（ｃｏｄｅｄ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ）方案是这样的一种协同通信技术，即把无线终端之间的协同