turbo码与网络编码联合构设在协作通信之应用研究

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1、Turbo码与网络编码联合构设在协作通信之应用研究第一章B1绪论1.1研究背景近年来，无线通信网络发展得越来越迅猛，已经渗透到生活的各个领域。随着用户数量的增多以及对数据业务要求的提升，人们对未来无线通信技术的需求越来越高。人们不再满足于1G/2G通信网络所支持的以语音为主的单一业务，而越来越多的需要进行大量数据的传输，如视频、图像等文件，因此，人们期待第三代无线通信技术能提供高速率的、多样的多媒体业务。所以，如何利用有限的无线信道资源来扩大无线网络的覆盖、提高无线网络的容量是当今人们普遍关注的问题。而下一代无线通信系统可

2、以采用例如OFDM、MIMO、协作传输等技术来对信道容量进一步扩大，同时还需要不断改善通信质量和提高传输速率。由于无线信道是开发的空间，因此在反射等传播机制的影响下，它是一个多径信道，也就是在接收端会同时收到很多路信号的叠加。而且同一个信号的不同分量经过多径信道的传输，会在接收端产生不等的延时，这直接导致信号的接收不稳定，对传输质量产生巨大影响。因此，为了改善通信质量，消除信道衰落造成的影响成为首要问题。在抵抗信道衰落方面目前已经有很多种方法，如采取有效的编码策略、提高发送功率、采用空间分集技术等，这些都是有效的可以缓解信

3、道衰落影响的方法。采用纠错码或者卷积码等编码策略可以减少信道衰落的影响，但是，纠错码多数据率有损失，而卷积码会有额外的时延产生，因此采用编码策略抵抗衰落效果有限。提高发送功率也是抵抗衰落的一种方法，在一定程度上可以缓解衰落带来的影响，但同时也加剧了网络中其他节点的干扰。分集技术能有效地对抗天线信道的衰落特性，比如空间分集、时间分集和频率分集都能提供显著的性能增益。其中，空间分集可以在收发两端实现，根据实现的位置不同又分为发送分集和接收分集。相比之下，采用空间分集技术来抑制信道衰落是一种较为简单的方法。在无线通信中，传输信号

4、时假若使用多个信道进行传输，这不仅可以降低衰落对信号的影响，相反可以认为经过多个信道传输过来的信号是相互独立的。此时可以将这多个信道传输的信号进行合并处理，则信道容量可以认为是增加了N倍，这种方法就是空间分集技术，可以大大地改善系统性能。空间分集技术是利用场强的变化来实现的，所以空间距离越大，多径传播的差异就越大，接收场强的相关性就越小。但是，发送同一信号的多个副本降低了通信网络的有效性，为了有效降低多径影响并同时利用空间传输的特性，多输入多输出（MIMO）技术[1][2][3][4]便诞生了，它使得多径不再影响信号传输，

5、并且还能提高信道容量。MIMO即MultipleinputMultipleOutput，是指无线信号通过多重天线进行同步收发。在每个节点上部署多根天线虽然可以提高通信的有效性和可靠性。但是，由于尺寸、成本和硬件的限制，使得一个无线系统无法支持多天线发射，导致MIMO技术很难直接在实际通信系统中应用。例如大部分的（尺寸太小的限制）、无线传感器网络（尺寸太小、功率的限制）。由于MIMO技术不方便直接用于移动用户终端，但是面对如何提高系统频谱效率的挑战，产生了一种新的空间分集技术协作分集。运用协作分集技术的通信系统称为协作通信。

6、协作通信中，用户之间共享天线是其基本思想。这种用户间的协作实际上就构成了一个虚拟天线阵列，形成一个虚拟MIMO系统，进而得到相应的分集增益，达到改善系统性能的目的。协作分集[5][6]就是受中继系统的启发而被提出的。具体来讲，协作分集中多个用户组成协作伙伴，通过共享其伙伴节点的天线来传输各自的数据，所以，每个用户不仅发送自己的本地信息，还会发送他们所接收到的来自伙伴节点的信息，这样，各个用户通过与其邻居节点共享天线来实现发射分集。传统的通信网络传输数据的方式是存储转发，也就是除了数据的发送节点和接收节点以外，其他的节点只负

7、责路由，而不对数据的内容做任何处理，这样导致了中间节点只是扮演着转发器的角色。长期以来，人们普遍认为在中间节点对数据进行处理不会有任何收益。然而，2000年，香港中文大学的R.Ahlsdash;Turbo码。详细介绍了Turbo码的编解码原理以及各种译码算法，最后通过matlab仿真分析了LOG-MAP算法的性能。第三：介绍了传统的信道编码与网络编码的联合设计方案，包括基于硬信息的信道编码与网络编码的联合设计方案和基于软信息的信道编码与网络编码的联合设计方案。基于硬信息的方案中在中继进行Turbo译码后直接硬判输出，将硬信

8、息直接进行网络编码，再在接收端进行联合迭代译码；基于软信息的方案中，是在中继进行Turbo译码后直接输出软信息，然后做基于软信息的网络编码，再在接收端进行联合迭代译码。第四：文章在前两种传统的信道编码与网络编码的联合设计的基础上，提出了一种新的信道编码与网络编码的联合设计方案。在这个新的方案中，在中继T