无线网络多源稀疏协作编码研究

协作通信可获得分集、提高速率、扩大覆盖、节约资源，已被LTE-Advanced、802.16j等标准采纳。在两信源节点协作的基础上，多源协作可充分利用协作的潜在优势，引起广泛关注。但因节点随机移动、信道衰落引起协作链路失效等因素，若不采用合适的协作编码，多源协作可能会因大量协作链路失效而恶化系统性能，因此多源协作编码的设计面临很大挑战。针对该问题，本项目提出多源稀疏协作编码的框架，通过各节点稀疏协作实现网络整体的有效协作，可避免大量协作链路失效恶化性能，且与广泛研究的全协作编码相比大大降低节点复杂度。项目拟首先设计稀疏协作的伙伴选择算法和有向图表示；然后构造与图匹配的高效分布式编码；接着分析移动节点间（M2M）的衰落信道下协作链路失效的概率，设计有效对抗链路失效的稀疏协作编码；最后分析协作节点的移动性对稀疏协作编码方案的影响。通过进一步挖掘协作通信的潜力，推动其在无线网络中的应用。

无线网络的发展对通信可靠性和传输速率提出了更高的要求。协作通信技术基于无线通信的广播特性，若结合分布式编码，可获得分集与编码增益，降低中断概率，节约网络资源。本项目研究多节点稀疏协作编码传输方案，包括节点协作关系构建和分布式编码设计，主要工作进展和成果归纳如下。. 首先，基于节点分布和信道状况等因素优化伙伴选择算法，构建协作关系。本项目针对两跳通信，研究了基于可行中继区域的伙伴选择，设计了自适应伙伴选择算法，节省了无线网络的功耗。进一步，针对多跳无线网络设计了伙伴选择即协作路由算法，提高了网络吞吐量。. 然后，针对典型协作关系设计了匹配的分布式编码，获得显著的性能增益。我们首先针对两源两中继协作网络设计了低复杂度的分布式非二进制编码，显著降低系统误比特率；进一步针对多源多中继协作网络，提出了基于分布式交织和分组编码的协作方案，与直接传输相比可获得近30 dB的性能增益；为了提高数据传输速率，研究了两路径连续中继协议，设计了干扰消除和检测算法。. 其次，分析节点的移动等动态变化对协作编码的影响，设计了相应的协作方案。我们分析了节点移动造成的中继失效概率，仿真了节点移动对协作路由协议的影响；进一步，考虑到节点移动等因素对同步和信道估计造成困难，设计了分布式空时编码的非相干检测算法，并研究了协作网络中的非同步方案，设计了非同步分布式差分空时码的码间干扰估计和消除算法，适应协作网络的动态变化。. 最后，搭建了基于软件无线电的硬件测试平台，在室内环境下测试了编码协作方案的性能。本项目采用通用软件无线电外设（USRP）和GNU Radio作为开发环境，在点对点通信的基础上，实现了多个节点的分布式时间同步和时分多址机制，构建了协作通信测试平台，实测了单中继和两中继网络中基于Turbo码的协作方案性能。. 综上所述，本项目围绕协作关系建立和分布式编码设计问题，研究过程中综合考虑了实际网络的节点移动等因素，并通过搭建硬件测试平台实测了协作方案的性能，结果真实可信。项目研究扩展了传统编码设计理论，也可为新一代无线网络中协作方案选择提供参考，具有一定的理论意义和应用价值。