无线协作通信网络中分布式空时频编码及关键技术的研究

本项目以无线协作通信网络为研究对象，深入剖析循环延迟分集、预编码、正交频分复用以及资源分配等关键技术的内在机理和有机融合点。在对无线协作通信网络传输模型综合分析的基础上，针对相干检测情况，通过对源节点和中继节点编码结构的合理设计，建立能够综合利用多种技术优势的编码传输模型，并在此基础上提出具有低检测复杂度且能够实现高速率传输的分布式空时频编码方案。在非相干检测情况下，提出能够实现高速率传输的分布式差分空时频编码方案，研究快衰落时变信道下对应的差分检测算法；结合功率、频谱资源分配等技术，探索能够进一步降低节点功耗、提高系统生命周期及整体误码性能的自适应编码传输方法，有效解决分布式空时频编码方案中传输速率、误码性能和检测复杂度之间的矛盾，为无线协作通信技术的实际应用提供理论支持和实现手段。该项研究对于未来高可靠性、高速率无线协作通信网络的建设，具有较大的理论意义和应用前景。

随着物联网的迅猛发展，低功耗且具有自组网能力的分布式无线通信技术受到了普遍关注。其中，如何在物理层实现简单、高效的编码与传输更是值得深入探讨的课题。在国家自然科学基金（批准号：60972040）的支持下，安徽大学李晓辉教授及其团队基于对分布式无线协作通信网络内传输节点位置特征及信道衰落特性的分析，结合循环延迟分集、线性复数域编码、矩量母函数的简化原理等技术与方法的优势，对能够实现高速率传输、获得全分集增益且具有低检测复杂度的分布式空时频编码方案进行了综合研究。主要研究成果如下。. （1）针对多种经典的协作中继网络结构，如利用直达路由的两阶段协作中继、双路径协作中继、多跳协作中继、双向协作中继等，在中继与源、宿节点之间的通信过程中设计合理的循环延迟转发及联合编码方式，进而简化分布式系统的传输模型，显著降低接收端的检测复杂度。在提出的协作中继方案中，编码及检测模型不随中继节点数目的增加而变化，适用于复杂的网络结构。. （2）针对多天线通信系统，设计了能在差分传输过程中交替传输高、低速率两种类型消息矩阵的速率嵌入式差分模型，突破了消息矩阵须满足酉矩阵要求的传统限制，能够在提高通信速率的同时降低无线系统的整体误码率。嵌入式差分模型与循环延迟分集技术的进一步融合，拓展了无线协作中继网络中差分传输方法的研究思路。. （3）针对采用放大转发（AF）和解码转发（DF）方式的单中继协作通信系统，通过对渐进紧逼近误码率公式的研究，构建了相应的中继定位分析模型。提出了适用于几种经典网络拓扑结构的最佳中继定位方案。并在此基础上，进一步研究了中继节点采用正交编码结构转发信息的全分集、全速率无线协作传输方案。结合调和均值的矩量母函数简化方法，推导出结构简单的系统误码率紧逼近公式。仿真结果证实该公式在高信噪比条件下能够很好地对系统误码率性能进行精确描述。在总功率一定的条件下，以最小化误码率紧逼近公式为目标，提出了最佳功率分配方案和最佳中继定位方案。.　　项目执行期间，共发表学术论文17篇（其中EI检索9篇），申报国家发明专利2项，获批国家实用新型专利1项，登记软件著作权1项，通过省级科技成果鉴定1项。项目组结合理论研究成果设计的多用途远程测控平台已在分布式无线粮情测控领域推广应用，产生了一定的社会效益和经济价值。