基于Turbo码的协作中继通信技术研究

【摘要】：多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术是下一代无线通信系统的关键技术之一,但由于它对天线间距离的苛刻要求使得其无法在目前的移动终端上使用。协作通信是利用空间距离较大的单天线终端之间相互协作来实现MIMO技术的分集功能,为MIMO技术走向实用开辟了新的途径。Turbo码作为一种在低信噪比下具有接近Shannon限优异性能的信道编码技术,自提出起便引起学者们的广泛关注。将Turbo码与协作通信相结合,不仅可以利用协作通信的分集增益,还能利用Turbo码的编码增益,因而具有巨大的应用前景和实用价值。 本文首先介绍了协作分集系统模型,包括放大转发、译码转发、编码协作三种协作模式及其中断概率的理论推导和数值仿真,然后分析了Turbo码的编译码理论及多种因素对其误码率性能的影响;最后,将Turbo码技术与协作分集技术相结合,建立了协作Turbo码系统并对其误码率性能进行了数值仿真,讨论了协作节点位置对系统性能的影响。结果表明当协作节点距离用户越近时,系统的误码率越低,这为协作伙伴的选取提供了相应的策略。 针对放大转发(Amplify and Forward,AF)协作下中继节点不能提供信道编码增益和译码转发(Decode and Forward,DF)协作下中继没有信号软信息的缺点,本文提出了结合AF和DF两者优点的译码放大转发(Decode and Amplify Forward,DAF)协作Turbo码方案,并对该方案进行了系统仿真。结果表明:相比AF方式,该方案的误码率性能得到了较大的提升,且在低信噪比条件下比DF方式的误码率要低。在DAF的基础之上,进一步将其与编码协作(Coded Cooperation,CC)相结合,提出了混合DAF和CC的协作Turbo码方案,仿真结果表明该方案的性能要优于上述所有协作Turbo码方案,同时,随着用户间信道状况的不断改善,协作节点处的译码成功率将得到大程度提升,因而系统的误码率迅速下降。