无线双向中继通信单元的性能极限分析及其新型编码与调制技术研究

双向中继是结合了网络编码的无线协作通信基本单元。其基本思想是在两数据节点经中继协助相互传递信息时，由中继将两路数据合并，然后同时广播给接收端。相对于传统中继技术，双向中继具有更高频谱利用率，因而受到高度关注，是当前一个新兴研究热点。然而，中继策略的多样性、双向信息长度的不等性以及信道质量的不对称性等因素，使得相关研究极富挑战性。本项目首先通过分析可达速率域和信息中断概率，探索这一基本通信单元在无线单/多天线信道下的性能极限,揭示系统参数间的内在联系。在此基础上，研究适合该通信单元的新型编码与调制技术、及此类技术在中继有多天线时的推广。具体包括：同时优化两路信息编码增益的双向纠错码技术；同时优化两路数据传输速率的双向调制技术；仅需中继部分译码的联合多用户检测与网络编码技术。相关成果不仅对提高无线双向甚至多向通信效率具有重要意义，也对广义上的网络编码与协作通信的结合产生深刻影响。

本项目取得的重要进展和成果包括：1)通过分析双向中继策略的可达速率域、分集复用折中、有效容量等性能指标，深入剖析了信道对称性、中继节点位置、天线个数、业务统计时延需求等参数影响这一基本通信单元性能的一般规律；2) 系统研究了针对双向中继通信单元的物理层网络编码、信道-网络联合编译码、以及空时预编码，提出了一套较全面的高谱效、高可靠性的双向中继通信方案; 3) 还研究了由双向中继单元构成的多用户信息交互网络，提出了一系列协作预编码方案及资源优化算法，充分挖掘了双向中继在实际复杂环境下的高频谱效率潜能。发表标准本项目资助的国际学术论文总计27篇，其中顶级IEEE期刊论文14篇，顶级国际会议论文13篇，在国际双向中继通信研究领域产生了重要影响。申请了3项发明专利，其中1项已获授权，形成了自主知识产权。培养了4名博士研究生和2名硕士研究生。本项目组已超额完成了任务书设定的各项主要指标。