[01349326]认知无线电网络中的跨层自适应传输技术研究

本项目以前期研究工作为基础,致力于多种关键技术的分析与融合,级联先进的信道编码+ MIMO+ CR,以自适应跨层优化为指导思想,实现一个集性能、优化、智能、高效及可靠性的综合系统,形成自主知识产权,研究的成果可为新一代通信系统提供先进的技术方案。 1、 RC-LDPC码的研究。在自适应传输技术中,需要采用码率灵活可变的纠错编码,基本原理是采用一种母码,经过一定的删除或者扩展生成更高码率或更低码率的一组子码。 （1）在本项目中,首先我们利用外信息转移图（EXIT图）优化非规则LDPC码的度数分布,产生性能优异的LDPC母码。具体方法是将LDPC码看作一个重复码与奇偶校验码的串联,因此LDPC码译码器可分解为变量节点译码器与校验节点译码器的串联,将LDPC码的迭代译码看作两个分量译码器之间外部信息的传递,通过将两个译码器的输入输出曲线进行比较来分析LDPC码的译码门限或者进行度数分布的优化。在进行度数分布的优化时,将校验节点的度数与变量节点的度数进行联合优化,构造出的LDPC码更加接近信道容量。 （2）在性能优异的母码基础上,构造便于实际应用的速率兼容LDPC码。在HARQ系统的接收端,可以利用重传得到不同码率的LDPC码以取得可靠性与有效性的折中,对于非规则LDPC码来说,首先以PEG算法为基础构造LDPC母码,变量节点按照度数高低进行排列,然后采用顺序删除方法,可产生任意码率的高速率码进行信息传输,在系统接收端可以根据QOS需求进行重传,并将多次传输得到的高速率码合并得到低速率码字进行译码。 2、 研究LDPC码与不同空时编码相结合的性能。由于本项目的研究目标要针对MIMO信道,空时编码是达到或接近MIMO无线信道容量的一种可行、有效的方法。空时编码种类繁多,应用场合各不相同,本项目主要研究了LDPC编码与空时分组码STBC、差分空时分组码DSTBC、EO-STBC相结合的系统性能。 3、 研究自适应LDPC与不同空时编码相结合的性能。采用自适应LDPC编码调制,与不同的空时编码方案相结合,例如STBC与VBLAST,利用信道输出端得到的信噪比闭合表达式进行分析,并在一定服务质量要求下推导出系统性能。 本研究主要考虑了以下两种情况。 （1）由于MIMO系统中配备多个昂贵的射频链路使得硬件的成本和复杂度都增加很大,因此我们根据系统给定的误码率要求,采用最大化频谱利用率的准则,在所有的天线中选择部分天线来进行信息传输,既发挥MIMO系统的空间分集或复用的优点,又降低其硬件复杂度。 （2）研究了自适应MIMO系统在多用户情况下的性能,考虑一个基站服务多个用户的下行链路情况,基站有NT根发送天线,而每个用户只有一根接收天线,因此基站与单个用户之间的信道可看做是MISO信道,在基站端采用STBC编码方案,单用户接收端信噪比有闭合表达式,由于信道的时变特性,接收端信噪比最高的用户接收基站服务,在此系统框架下,研究了系统的频带利用率与用户数目之间的关系,用户数目越多,系统的频带利用率就越高。 4、 将AMC- MIMO系统与认知无线电系统相结合,进行整体跨层优化设计。 （1） 采用遗传算法研究认知无线电网络中的自适应传输,在动态信道环境中优化相关的传输参数。首先,给出系统可调整的传输参数,不同层建立不同的目标函数,然后根据信道状态以及不同的服务质量要求采用遗传算法来优化相关的参数。可优化的参数选定：信道编码的码率,传输的功率与调制方案。对应的目标函数分别为误码率、功率、吞吐量。然后将多目标优化通过权重因子转化为单目标优化,针对不同的服务质量要求（语音、文本、视频）,采用遗传算法得到各目标函数权重,并通过计算机仿真得到系统的频带利用率。本研究中采用的是速率兼容卷积码。 （2） 研究了基于频谱池概念的认知无线电系统自适应传输方案。频谱池是指将不同频段的频谱收集到一起,形成一个逻辑上的池。在频谱池系统中,共享频谱的用户分为拥有授权频谱的主用户和非授权的次用户,次用户利用主用户的空闲频谱进行信息传输。在此系统框架下,主要研究了在给定目标误码率条件下,次要用户数目与系统频带利用率之间的关系,研究表明,相比较于1个次用户,次用户数目为2时频带利用率大大提高,但是用户数目继续增多则不能继续提高系统频带利用率。空时编码方案分别采用了STBC以及VBLAST,并进一步研究了自动请求重传次数以及天线数目对于系统性能的影响。 （3）研究了MIMO信道下,拥有频谱授权的主用户与非授权的次用户共存时,在保证主用户传输质量的前提下,如何通过调整次用户的发射功率以及编码调制方案来最大化次用户的吞吐量。首先设定目标函数为次用户的MIMO信道容量,然后给出约束条件,为保证主用户传输质量,次用户对主用户接收端造成的干扰必须有一定的限制,此干扰门限由主用户接收端收到的次用户功率来表示,分别为最大功率限制与平均功率限制。这时的优化问题可以利用凸优化的方法来解决,通过KTT条件,推导出次用户的发射功率调整方案。当采用自适应编码调制时,进一步研究了次用户编码调制的调整方案。