在許多情況下,信道可能是時變的或處于不同的狀態(tài),發(fā)送節(jié)點或接收節(jié)點可以獲取關于信道狀態(tài)的信息,從而提高信道的容量。這種具有信道狀態(tài)信息的信道模型可以表示多個通信問題,例如,在認知無線通信系統(tǒng)中,隨機信道狀態(tài)可以表示主用戶的發(fā)送信號,而具有信道狀態(tài)信息的節(jié)點可視為具有認知能力的次級用戶,次級用戶節(jié)點如何設計相應的編譯碼技術消除或降低主用戶間通信對次級用戶造成的干擾以提高次級用戶間通信的信息碼率對提高頻譜利用率有著重要的作用,因此,對發(fā)送節(jié)點具有信道狀態(tài)信息的信道容量的研究具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。此外,無線信道的廣播特性給節(jié)點間的協(xié)作提供了條件,如何設計具有較低復雜度的高性能的協(xié)作策略也是當前研究的熱點內容之一。本文主要研究了具有信道狀態(tài)信息的中繼信道的容量,主要從中繼協(xié)作策略和編譯碼方案角度進行研究,對本文的研究工作總結如下:對于高斯多跳線性中繼信道,中繼節(jié)點每一時隙的發(fā)送信號是其當前時隙及之前所有時隙接收信號的線性組合,得到了這類高斯多跳線性中繼信道的容量,并證明了在一定的條件下高斯多跳線性中繼信道的容量可以等效為一個“單字母”表示的優(yōu)化問題,而該優(yōu)化問題的解與分時放大轉發(fā)(Time-Sharing Amplify-and-Forward,TSAF)中繼策略的可達碼率的形式相同。針對此“單字母”優(yōu)化問題,本文給出了迭代算法對TSAF的可達碼率進行計算,數(shù)值仿真的結果表明當多跳中繼信道每一跳的信道增益變化較大時,TSAF的可達碼率與信道容量接近。對于多跳中繼信道而言,雖然采用譯碼前傳(Decode-and-Forward,DF)中繼策略能夠達到信道的容量,但TSAF不需要中繼節(jié)點進行復雜的編譯碼運算,它的復雜度與傳統(tǒng)的放大轉發(fā)(Amplify-and-Forward,AF)中繼策略復雜度相當,遠低于DF的復雜度。因此,TSAF中繼策略對無線傳感器網絡這一類節(jié)點處理能力有限、傳輸功率受限、節(jié)點一般通過多跳鏈路通信、每一跳的信道增益變化較大的無線網絡能很好實現(xiàn)可達碼率與復雜度的折中。對于一類具有信道狀態(tài)信息的離散無記憶正交中繼信道,源節(jié)點到中繼節(jié)點間的信道與源節(jié)點、中繼節(jié)點到目的節(jié)點間的信道相互正交,且分別依賴于獨立的隨機信道狀態(tài),設源節(jié)點和中繼節(jié)點已知信道狀態(tài)信息,本文分別研究了源節(jié)點和中繼節(jié)點非因果已知信道狀態(tài)信息和因果已知信道狀態(tài)信息兩種情況下信道的容量。當源節(jié)點和中繼節(jié)點非因果已知信道狀態(tài)信息時,采用部分譯碼前傳(Partial-Decode-and-Forward,PDF)中繼策略和協(xié)作的GP(Gel’fand-Pinsker)編碼得到了該信道的容量下界,并證明了對于一類半確定的正交中繼信道,所得到的容量下界是緊的,即,得到了這一類具有信道狀態(tài)信息的半確定正交中繼信道容量的確切表示。當源節(jié)點和中繼節(jié)點因果已知信道狀態(tài)信息時,基于PDF中繼策略和Shannon策略得到了信道容量的下界。對于受到加性干擾的高斯正交中繼信道,本文將離散無記憶正交中繼信道所得到的容量結果擴展到了高斯信道,信道狀態(tài)表示了節(jié)點所受到的加性干擾。分別針對源節(jié)點和中繼節(jié)點非因果已知信道狀態(tài)信息和因果已知信道狀態(tài)信息兩種情況研究了信道的容量。當源節(jié)點和中繼節(jié)點非因果已知信道狀態(tài)信息時,采用協(xié)作的臟紙編碼和PDF中繼策略,得到了信道容量的表達式,并且所得到的信道容量與不受額外干擾的正交中繼信道的容量相同,信道所受到的加性干擾被完全消除。當源節(jié)點和中繼節(jié)點因果已知信道狀態(tài)信息時,基于廣義的臟紙編碼和PDF中繼策略僅得到了信道容量的下界。然而,當中繼節(jié)點的平均發(fā)送功率足夠大且滿足一定的條件時,本文得到了信道容量的確切表示。當源節(jié)點和中繼節(jié)點因果已知信道狀態(tài)信息時,本文還通過信道可達碼率的數(shù)值仿真說明了中繼節(jié)點在消除干擾和信息協(xié)作傳輸中所起到的作用。本文最后研究了具有信道狀態(tài)信息的雙向中繼信道的容量。雙向中繼信道受到兩個獨立的加性干擾,信道狀態(tài)表示了節(jié)點所受到的加性干擾,信道中的部分節(jié)點分別已知了部分的信道狀態(tài)信息。根據(jù)各節(jié)點已知信道狀態(tài)信息的不同,本文考慮了三種情況:(1)兩個用戶節(jié)點分別已知其中一個干擾的信息;(2)其中一個用戶節(jié)點和中繼節(jié)點分別已知其中的一個干擾的信息;(3)中繼節(jié)點已知了全部的干擾信息。在以上三種情況下,已知信道狀態(tài)信息的節(jié)點可利用已知的信道狀態(tài)信息消除部分的干擾,從而實現(xiàn)對干擾的“預消除”。采用嵌套的晶格碼和計算轉發(fā)中繼策略,分別得到了這三種情況下信道容量區(qū)域的Qg界:(1)當兩個用戶節(jié)點分別已知其中一個干擾時,容量區(qū)域Qg界與割集外界的間隙小于1比特;(2)當用戶節(jié)點1和中繼節(jié)點分別已知其中一個干擾時,用戶節(jié)點1消息的碼率R1與容量上界的間隙小于1比特,而用戶節(jié)點2消息的碼率R2與容量上界的間隙小于1/2比特;(3)當中繼節(jié)點已知全部的干擾時,容量區(qū)域Qg界與割集外界的間隙小于1/2比特。
【學位單位】：南京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TN911.2
【部分圖文】：

戶間存在鏈路時，接收用戶可以通過它們間的對于存在接收用戶協(xié)作的廣播信道，Dabora[1播信道的容量區(qū)域，該容量區(qū)域嚴格大于沒有協(xié)的存在雙向協(xié)作的廣播信道而言，Dabora 得到路的一般性廣播信道的容量區(qū)域的Qg界要比 （即，所有的接收用戶均需譯碼的消息），當僅切的容量表達式，而當存在雙向的協(xié)商鏈路時ao 等[21]研究了多輸入多輸出（Multiple-Input M問題，在 MIMO 廣播信道中，通過接收用戶間多用戶協(xié)作具有多個輸入，僅有一個輸出的多用戶信道，

21C 。對于存在接收用戶協(xié)作的廣播信道，Dabor化廣播信道的容量區(qū)域，該容量區(qū)域嚴格大于沒有一般的存在雙向協(xié)作的廣播信道而言，Dabora 得作鏈路的一般性廣播信道的容量區(qū)域的Qg界要比消息（即，所有的接收用戶均需譯碼的消息），當了確切的容量表達式，而當存在雙向的協(xié)商鏈路和 Mao 等[21]研究了多輸入多輸出（Multiple-Input協(xié)作問題，在 MIMO 廣播信道中，通過接收用戶中的多用戶協(xié)作常指具有多個輸入，僅有一個輸出的多用戶信道接入信道作為基本模型。多址接入信道的基本模1nX

格包含了 Cover 在文獻[29]中所得到的可達區(qū)域。然是未知的，但可以肯定的是，反饋協(xié)作可以增用戶協(xié)作，當多個用戶使用同一頻段同時發(fā)送信號時，來干擾。傳統(tǒng)的解決干擾的方法包括：采用正交的復用等；或將干擾信號當做噪聲處理。顯然，這的關聯(lián)，因此，均非最優(yōu)。在對干擾信道的研究究中，得到了很多關于干擾信道容量的結果，也出了相互干擾的用戶間通過協(xié)作提高信道容量的如何最佳利用無線頻譜資源提供了思路。干擾信1nX1nY

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本文編號：2811741