無線網路多源稀疏協作編碼研究

《無線網路多源稀疏協作編碼研究》是依託天津大學，由韓昌彩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：無線網路多源稀疏協作編碼研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓昌彩
• 依託單位：天津大學

項目摘要

協作通信可獲得分集、提高速率、擴大覆蓋、節約資源，已被LTE-Advanced、802.16j等標準採納。在兩信源節點協作的基礎上，多源協作可充分利用協作的潛在優勢，引起廣泛關注。但因節點隨機移動、信道衰落引起協作鏈路失效等因素，若不採用合適的協作編碼，多源協作可能會因大量協作鏈路失效而惡化系統性能，因此多源協作編碼的設計面臨很大挑戰。針對該問題，本項目提出多源稀疏協作編碼的框架，通過各節點稀疏協作實現網路整體的有效協作，可避免大量協作鏈路失效惡化性能，且與廣泛研究的全協作編碼相比大大降低節點複雜度。項目擬首先設計稀疏協作的夥伴選擇算法和有向圖表示；然後構造與圖匹配的高效分散式編碼；接著分析移動節點間（M2M）的衰落信道下協作鏈路失效的機率，設計有效對抗鏈路失效的稀疏協作編碼；最後分析協作節點的移動性對稀疏協作編碼方案的影響。通過進一步挖掘協作通信的潛力，推動其在無線網路中的套用。

結題摘要

無線網路的發展對通信可靠性和傳輸速率提出了更高的要求。協作通信技術基於無線通信的廣播特性，若結合分散式編碼，可獲得分集與編碼增益，降低中斷機率，節約網路資源。本項目研究多節點稀疏協作編碼傳輸方案，包括節點協作關係構建和分散式編碼設計，主要工作進展和成果歸納如下。首先，基於節點分布和信道狀況等因素最佳化夥伴選擇算法，構建協作關係。本項目針對兩跳通信，研究了基於可行中繼區域的夥伴選擇，設計了自適應夥伴選擇算法，節省了無線網路的功耗。進一步，針對多跳無線網路設計了夥伴選擇即協作路由算法，提高了網路吞吐量。然後，針對典型協作關係設計了匹配的分散式編碼，獲得顯著的性能增益。我們首先針對兩源兩中繼協作網路設計了低複雜度的分散式非二進制編碼，顯著降低系統誤比特率；進一步針對多源多中繼協作網路，提出了基於分散式交織和分組編碼的協作方案，與直接傳輸相比可獲得近30 dB的性能增益；為了提高數據傳輸速率，研究了兩路徑連續中繼協定，設計了干擾消除和檢測算法。其次，分析節點的移動等動態變化對協作編碼的影響，設計了相應的協作方案。我們分析了節點移動造成的中繼失效機率，仿真了節點移動對協作路由協定的影響；進一步，考慮到節點移動等因素對同步和信道估計造成困難，設計了分散式空時編碼的非相干檢測算法，並研究了協作網路中的非同步方案，設計了非同步分散式差分空時碼的碼間干擾估計和消除算法，適應協作網路的動態變化。最後，搭建了基於軟體無線電的硬體測試平台，在室內環境下測試了編碼協作方案的性能。本項目採用通用軟體無線電外設（USRP）和GNU Radio作為開發環境，在點對點通信的基礎上，實現了多個節點的分散式時間同步和時分多址機制，構建了協作通信測試平台，實測了單中繼和兩中繼網路中基於Turbo碼的協作方案性能。綜上所述，本項目圍繞協作關係建立和分散式編碼設計問題，研究過程中綜合考慮了實際網路的節點移動等因素，並通過搭建硬體測試平台實測了協作方案的性能，結果真實可信。項目研究擴展了傳統編碼設計理論，也可為新一代無線網路中協作方案選擇提供參考，具有一定的理論意義和套用價值。