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《北京邮电大学》 2012年
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编码多播中继网的性能分析

Aziz(塔瑞克阿济兹)  
【摘要】:无线通信是当今通信领域发展最活跃的领域之一。在过去的几十年间,移动用户的数量迅猛增长,伴随而来的移动媒体类服务给无线网络领域的研究带来了巨大挑战。这一趋势不单会出现在3G移动通信系统,而且很大程度上还将延续到4G,如LTE和IMT-A系统中。另外,无线通信方式本身的特点也会对高数据传输的实现带来很大的阻碍当信号在从发射端传输到接收端的过程中,还会受到反射、衍射、散射的影响。此外,信号的多径传播还会引起振幅、相位和延迟的急剧波动,这进一步导致了信号接收性能的恶化。 为了提高无线通信的性能,多输入输出系统已经成为了被广泛关注的解决方案。它可以在不增加带宽和功率等无线资源的要求的情况下提供比单天线系统的显著的复用和分集效益。虽然MIMO系统可以在基站中获得巨大的效益,但由于在尺寸小的手机上部署多天线的复杂性,MIMO系统仍面临很多限制。 为了应对MIMO系统的缺点,协作通信的概念已经在研究领域受到了很大的关注。它的核心思想是利用第三终端,即一个或多个中继节点,来形成一个虚置的MIMO天线阵列。协作中继不仅可以延长无线网络的覆盖范围,同时也能协助直接通信,取得分集效益。在接收到信息源的消息后,中继节点对其进行处理然后转发到目的节点。在这篇论文中,我们会讨论解码转发(DF)和放大转发(AF)两种中继方式。利用协作通信,可以以分布式的方式获得MIMO系统可带来的好处。此外,协作通信可以通过中继节点的协助,有效地减弱衰落和阴影的影响。 前向纠错码(FEC)等信道编码技术被用于根据误码率(BER)和其他性能方面的要求来减少信道损坏。例如LDPC, Turbo码和卷积码。在信息理论上,网络编码的概念已经改变了研究重点。在此之前,中继节点的功能仅仅被认为是复制和转发收到的分组数据,网络编码提出在中继节点对数据进行进一步编码来提高编码效率和网络吞吐量。网络编码存在多种编码方法,但是在此篇论文我们重点考虑基于简单的X-OR运算的线性网络编码。然而,采用更先进的网络编码方案的可能性在论文中也会讨论。在这篇论文中,我们介绍了LDPC码的具体内容。在编码选择上,我们采用了卷积码和低密度奇偶校验码(LDPC)的信道编码方案,随后,我们提出了奇偶校验矩阵的简化、修正形式,命名其为亮度矩阵,并分析了它如何来提高网络性能。此外我们在多播中继网络中也使用了混合网络信道编码,并进行了相应的分析。多跳的无线网络,通过网络中的节点自动地建立和维护彼此之间的连接,可以达到动态的自组织和自动配置。多跳网络还具有低成本,易于维护,鲁棒性高,服务覆盖可靠性高等优点。我们在工作中应用了相应的基于中继的网络作为系统模型。在系统模型中,传输基站(BTS)通过中继向两个移动站点M1和M2传输数据。我们使用了解码转发的中继方式,并在应用混合网络信道编码中评估了两跳的多播中继网络。我们通过在事先的设计中考虑多样性和多路复用的方式,研究了两个不同的案例。值得一提的是,我们对多播中继方案进行了吞吐量和误码率的分析,对使用循环信道编码以及基于X-OR的网络编码分别进行分析以解释我们在实验中的发现。实验证明证明,当在中继节点采用X-OR的网络编码方式时,可以在更少的时隙获得更高的吞吐量。最后我们得出,在所有讨论的方案下,LDPC的编码方式都能够获得比卷积码更高的吞吐量和更小的误码率。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN929.5

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