基于无速率联合编码调制的无缝链路自适应技术

In order to achieve optimal transmission efficiency, the transmission rate need to match with channel codition via link adaptation. The traditional link adaptation depends on accurate and timely feedback, which is hard to be guaranteed in practical system. Furthermore, the limited number of combination of modulation and coding rate makes spectrum efficiency appear staircases.. This project proposed a seamless link adaptative technique based on rateless joint coded modulation to solve the above problems. We investigate the optimal construction of rateless joint coded modulation via EXIT chart and minimum distance measure techniques; Taking the source redundancy into consideration, we explore the joint design of compression and coded modulation; We design a nested lattice coding scheme to improve power efficiency of rateless coded modulation; With the support relay node, we study coordinated rateless joint coded modulation; Furthermore, we design rateless coded modulation based on identity matrix shift which is convenient for hardware implementation.. The objective of this project is to develop a capacity-approaching, seamlessly adaptive, and complexity controllable link adaptative technique based on rateless joint coded modulation, which can be used in 5G wireless communication systems.

链路自适应技术使通信传输速率与信道条件匹配，从而取得最佳传输效率。传统的链路自适应技术依赖于准确及时的信道反馈来调整功率、码率和调制方式，在实际系统中很难保证信道估计的精确度和信道反馈的及时性；其次，在发送端采用有限的调制方案和编码速率形成的的组合个数有限，表现为谱效率呈现台阶状。. 本项目针对基于无速率联合编码调制的无缝链路自适应技术这一新的研究方向，研究无速率编码调制的最优设计问题，通过外部互信息传递图和距离谱来研究码的构造问题；研究信源压缩与无速率编码调制的联合优化，以及无速率编码调制的成形(Shaping) 问题，并扩展到Relay支持下的协同无速率自适应编码调制；进一步研究适合硬件实现的基于循环移位单位矩阵的码构造问题。我们力争通过本项目发展出一套理论上逼近信道容量、机制上实现无缝自适应、复杂度上可控的面向下一代无线通信的链路自适应技术。

链路自适应技术使通信传输速率与信道条件匹配，从而取得最佳传输效率。传统的链路自适应技术依赖于准确及时的信道反馈来调整功率、码率和调制方式，在实际系统中很难保证信道估计的精确度和信道反馈的及时性；其次，在发送端采用有限的调制方案和编码速率形成的的组合个数有限，表现为谱效率呈现台阶状。.本项目从无速率编码调制分析设计、无速率编码调制技术方法、面向硬件实现的无速率编码调制构造三个方面进行了研究并取得了成果。在无速率编码调制分析与设计方面：提出了对调制符号进行模拟混沌编码的链路自适应技术，开创了一种新的不同于数字编码技术的链路自适应方法；提出了可以同时达到信源压缩和信道保护作用的S-Spinal编码方案，逼近香农容量限；设计了一种能自动适配信道质量的系统Raptor码，先发送具有较大的度的码字，后发送具有较小的度的码字，能达到更好的链路自适应效果。在无速率编码调制技术方法方面：研究了Relay节点支持下的协同无速率编码调制技术，并设计了优化的联合译码器；提出一种融合信源压缩、信道纠错保护的无缝码率自适应技术，可在时变的无线信道中获得稳定的视频质量。在面向硬件实现的无速率编码调制构造方面：设计了基于多层循环移位单位矩阵的无速率编码调制生成矩阵，该生成矩阵能达到很高的译码并行度；设计并实现了一个基于无速率编码调制和软件无线电的全景视频传输系统；设计并实现了基于无速率编码调制的实时全景拼接及人脸检测系统；设计实现了一种伪模拟无线视频传输系统的硬件系统，并进行了优化。.我们通过本项目发展出了一套理论上逼近信道容量、机制上实现无缝自适应、复杂度上可控的面向下一代无线通信的链路自适应技术。相关成果获得了国际会议最佳论文奖，并包含在2017年教育部技术发明一等奖以及2018年上海市技术发明一等奖成果中。