基于LDPC的Relay系统译码和信号星座协作理论与技术研究

Research work on relay system includes multi-user information theory,cooperative communication and coded modulation theory,et al. Coding/decoding as well as cooperative diversity design are of vital importance for relay system due to the significant performance improvement. So far, most of the coding/decoding schemes for relay system focus on capacity-approaching design, having the best performance but suffering very high complexity. In contrast to the most commonly used coding and signal processing for cooperative design, very little work is found for diversity design with cooperative constellation. For these reasons,research work involved in this proposal mainly includes:1) Semi-Markov-chain based multi-window decoding scheme. We would focus on the decoding techniques with well-defined signal window, which can make efficient trade-off between complexity and performance; 2)Correlated-sources based joint iterative decoding for relay system. From a new point of view, we are going to design the decoding scheme using correlated-fram signals. This can further reduce the decoding complexity; 3)Cooperative constellation diversity design. We are going to design cooperaitve diversity using cooperative constellation among relay nodes, which can enhance the diversity gain; 4)Error propagation. We will focus on those techniques that can reduce/remove the error propagations in relay system, under multi-constraints. The expected results in this reseach work will give helpful technical supports as well as some valuable references to relay system.

Relay系统的研究涉及多用户信息论，协作通信，编码调制理论等，其中一个重要方向是设计编译码方案并通过协作提高系统性能。目前针对Relay系统的编译码侧重于容量逼近设计，以较高复杂度换取码性能的最优化。在协作通信设计上，一般采用编码和信号处理方法，很少涉及星座间的联合协作。基于此，本项目拟开展的研究包括：1）准马尔科夫链式多窗口译码机制：通过自主定义的译码窗口，研究适用于Relay系统、能灵活折中性能和复杂度的实用编译码方案；2）基于相关信源的联合迭代译码机制：利用帧信号的相关性，从新的角度并以更低的复杂度完成译码；3）星座协作分集：利用信号星座分布特性，研究联合星座协作方案，提高系统增益；4）差错传播：结合译码/星座协作方案，研究多约束条件下减缓/克服Relay系统中差错传播的方法。项目的研究成果将为Relay系统在现实中的应用提供技术支持，为Relay系统的相关理论和技术提供重要参考。

Relay系统由于其独有的特性和优势，得到了来自信息论与编码、无线通信理论等相关学术领域研究者们的极大关注。特别地，受益于近年迅猛发展的多用户信息理论（多天线/MIMO系统）、协作分集 (或用户分集)理论以及先进的信道编码/调制技术等，Relay系统的研究也被注入了新的生命力。特别地，将现代编译码技术（例如LDPC码）与Relay系统相结合后，可使得整个系统的性能得到显著的提升。. 与传统的单用户系统相比，Relay系统至少在以下几个方面具有独特的优势：1）与MIMO系统相类似，Relay系统的应用可极大地提高信道容量，迎合未来通信在高速率、大容量方面的需求；2）利用Relay系统内在的虚拟多天线阵列，可在不增加系统发射功率、发射频带前提下，获得一类新的空间分集方案，即近年发展起来的协作分集或用户分集技术；也可跟其它分集/编码/调制技术相结合，获得更高的系统增益； 3）利用Relay系统地理上独立分布的通信节点，可很自然地应用Turbo交织编译码、分布式LDPC多层编译码等先进的信道编码和调制技术，降低能耗，提高系统可靠性；4）作为基本的多节点通信模型，Relay系统可以很方便推广到诸如无线ad hoc，无线cellular等常见的网络系统中。. 在研究期内，本项目按照既定的研究计划，主要研究了Relay系统的协作通信机制以及基于LDPC的编码和译码理论和方法等，较好地完成了计划书中所拟定的主要研究内容，主要包括：准马尔科夫链式多窗口译码机制的设计，提出了适用于Relay系统、能灵活折中性能和复杂度的实用编译码方案；基于相关信源的联合迭代译码机制；LDPC编码和译码理论和方法，提出了几种能兼顾复杂度和性能的编译码算法。项目在理论成果、人才培养、知识产权、学术交流等方面都取得了一定的成效。项目的研究成果为Relay系统在现实中的应用提供重要的技术支持，为Relay系统的相关理论和技术提供了重要的参考。