全双工中继网络基于干扰自编码的双向协作空时码研究

Asynchronous distributed space-time coding can effectively modify full-duplex relay networks to achieve better reliability and transmission efficiency. This project studies design methods of two-way asynchronous distributed space-time coding (TW-ADSTC) for different scenarios in full-duplex two-way relay networks.. Unlike the conventional design method of existing distributed space-time codes, this project discovers the ‘self-coding property’ of loop interference signals and proposes a novel idea of constructing the generator matrices of TW-ADSTCs by using loop interference signals effectively. According to this idea, we propose new ways to design TW-ADSTCs achieving full cooperative diversity for full-duplex two-way relay networks. Based on the elaborate analysis of the interference mechanism in three different scenarios such as single SISO relaying, single MIMO relaying, and double SISO relaying of full-duplex two-way relay networks, this project mainly explores: 1) the design of TW-ADSTCs achieving two-way full cooperative diversity with perfect loop channel state information; 2) the design of robust TW-ADSTCs by combining power control with imperfect loop channel state information.. The research results can provide feasible solutions for full-duplex techniques to be adopted in two-way relay networks and afford a theoretical fundament for wireless communication networks with large capacity and broad coverage of the next generation.

分布式协作空时编码是全双工中继网络提高可靠性和传输效率的有效途径。本课题面向全双工双向中继网络不同场景，研究分布式双向协作空时码（TW-ADSTC）设计方法。. 与常规协作空时码设计方法不同，本课题从环路干扰有效利用的角度出发，发现了环路干扰的“自编码特征”并以此构造生成矩阵，提出了适用于全双工双向中继网络的满协作分集TW-ADSTC设计新思路。在深入理解全双工双向中继网络干扰机理的基础上，本课题针对单SISO中继、单MIMO中继、双SISO中继3种不同场景重点开展：1）理想环路信道状态信息下可达到双向满协作分集的TW-ADSTC设计方法研究；2）非理想环路信道状态信息下具有鲁棒性的功率控制与TW-ADSTC联合设计方法研究。. 本课题的研究成果将为全双工技术在双向中继网络的应用提供可行性方案，为下一代大容量、广覆盖的无线通信网构建提供必要的理论支撑。

课题旨在为全双工双向中继网络提供低复杂度、满协作分集的TW-ADSTC设计方案，以解决由全双工节点复杂环路干扰所带来的传输性能受限问题。具体来说：在深入研究全双工双向中继网络不同场景干扰机理（包括自干扰和互干扰）的基础上，通过合理利用环路干扰的“自编码特征”，为双向协作传输链路构建共同的空时码生成矩阵，实现低复杂度、满协作分集的TW-ADSTC设计；在此基础上，通过自适应功率控制实现非理想中继环路信道状态信息条件下TW-ADSTC的鲁棒性设计，来抑制环路信道信息误差带来的干扰，提升非理想环路信道信息条件下的系统性能。..遵循科学的研究路线，经过四年的研究工作，项目设定的研究目标都已完成。课题组首先深入研究了中继环路干扰机理（包括自干扰和互干扰），建立了通用的全双工通信干扰抑制的数学模型。在此模型的基础上，完成了单SISO双向中继场景，单MIMO中继场景下的TW-ADSTC设计，经过理论分析和仿真验证可以验证我们设计的TW-ADSTC可以利用环路干扰信号的“自编码特征”，能使系统获得满分集增益。最后，在此研究基础上，通过对中继环路信道信息误差建模并评估中继环路信道误差对TW-ADSTC 性能影响，完成了自适应功率控制与TW-ADSTC 的联合设计。..本项目研究发现并有效验证了环路干扰的自编码特征，利用该自编码特征构建的分布式协作空时码可以在异步中继网络中达到满协作分集增益，此外，为卷积空时码所设计的自适应功率控制方案能够显著提升网络性能，获得对环路信道信息误差的鲁棒性。该思路得到了本领域同行的关注，单篇SCI他引高达21次。项目的研究思路和结果为同时同频全双工中继网络干扰机理的认识和干扰处理提供了新的观点，为后续开展全双工中继网络系统性研究工作夯实了基础。