離散有記憶信道下的協作中繼選擇和信息理論的研究

《離散有記憶信道下的協作中繼選擇和信息理論的研究》是依託香港理工大學深圳研究院，由劉重明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：離散有記憶信道下的協作中繼選擇和信息理論的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉重明
• 依託單位：香港理工大學深圳研究院

項目摘要

協作通信技術將點到點香農經典信息理論拓展到了一點到多點，多點到一點和多點到多點的網路信息理論。協作通信技術引入了用戶信道之間的干擾與協作機制，包含了協作選擇機制，網路信息容量限理論，協作編碼方式。傳統協作通信理論的分析集中在離散無記憶信道和時不變信道環境。然而，離散有記憶的時變信道被認為是更接近實際無線通信環境的信道模型。因此，本項目主要研究和解決離散有記憶信道下協作通信的幾個關鍵技術問題- - 協作中繼選擇、中繼信道容量和信道編碼問題。本項目採用有限狀態馬爾科夫模型作為離散有記憶信道的基本模型，通過將基本的衰落信道模型等效為有限狀態馬爾科夫模型，分析在有限狀態馬爾科夫模型下的四種中繼模型的協作中繼選擇問題；提出不同信道狀態信息反饋時延和異構網路下的中繼信道容量的計算方法；研究LDPC碼的碼結構設計規則和解碼算法，並探索Lattice碼的信息速率。

結題摘要

協作通信技術將點到點香農經典信息理論拓展到了一點到多點，多點到一點和多點到多點的網路信息理論。協作通信技術引入了用戶信道之間的干擾與協作機制以提高系統的總體吞吐量。此外，在協作系統中還可以加入網路編碼、信道編碼和全雙工傳輸等其他特性，以進一步提高吞吐量和性能。 我們首先研究具有多箇中繼的雙向中繼網路, 設計一種配對中繼選擇（PRS）方案。方案中，一對“最佳”中繼向其他節點（源或中繼）播送網路編碼信息。我們提出兩個選擇算法，在PRS方案中選擇“最佳”中繼對，並且描述節點如何在一個由四個時隙組成的幀中交換信息。分析和仿真結果都表明，與僅使用一個中繼節點相比，使用兩個中繼節點可以提供較低的中斷。 另外，我們聯合考慮了協作OFDMA系統中的三種不同傳輸模式，即直接傳輸（DT）模式、半雙工（HD）中繼協作傳輸（HDRCT）模式以及全雙工（FD）中繼傳輸（FDRT ）模式，並研究了傳輸模式選擇、子載波分配，中繼選擇、子載波配對以及功率分配（PA）的聯合最佳化問題。本文將二元指派問題轉化為最大加權雙向匹配問題，使其可以用傳統的匈牙利法求解。再基於對偶方法，以疊代法解決PA和二元賦值的聯合問題。仿真結果表明，與以往的工作相比，所提出的算法可以顯著提高系統的整體吞吐量。 我們也研究了中繼信道下的信道編碼。我們設計全分集碼率兼容的根-原模圖（RCRP）碼，並利用新原模圖的外部信息轉移（PEXIT）算法，分析了RCRP碼的漸近誤字率（WER）和誤比特率（BER）。此外，還得出中斷機率的表達式以表征RCRP碼的誤碼性能。理論和仿真結果都表明，對於RCRP碼，不僅其誤碼性能在0至1/2碼率範圍內優於傳統的規則碼率兼容原模圖（RCP）碼，而且其中斷性能接近極限。 研究的其他領域包括準循環LDPC碼、極性碼以及具有全雙工節點的其他系統。結果非常令人鼓舞。