自适应和选择式中继协议分析

本章主要介绍了若干重要的再生物理层协议，这些协议促进了再生协同中继系统的应用。再生中继协议要求中继接收、处理并转发信号，其本质是中继改变了信号波形、信息表征和/或数字域上的信息内容。

针对再生中继系统，我们首先总结了再生中继协议，然后介绍了新提出的再生中继协议。之后介绍了分布式空时结构，其中中继用一种可控的方式转发信息，在这种可控的方式下可自适应地应用已有的空时处理机制。最后介绍了协同网络编码。上述三部分内容总结如下：

●再生中继协议。首先介绍DF协议，此时中继系统可以等效为单跳通信系统。然后介绍了CF协议，并设计了基于Wyner-Ziv和Slepian-Wolf编码的CF协议。随后介绍了基于软信息转发的中继协议，其本质是对AF与DF的折中，从而获得最优的系统性能。紧接着介绍了自适应中继协议，即中继根据信道条件自适应地选择最佳的中继技术，最终大部分情况下选择AF或DF协议。最后简单介绍了选择式DF协议，即仅有那些能够对接收信号正确译码的中继才能转发信息。上述中继协议中，自适应中继协议具有最佳的性能，而选择式中继协议的实现复杂度最低。

●分布式空时编码。对于分布式空时分组码，首先推导其在一般衰落信道下错误率的闭式表达式，然后在任意的中继拓扑结构中将分布式空时分组码与EF协议相结合。对于上述系统，随后介绍了非常重要、但经常被忽视的部分——资源分配，即如何分配功率、帧长、调制阶数等，使得端到端吞吐量最大化。接下来介绍了分布式空时网格码，并着重分析了DF和EF协议下分布式空时网格码的设计及其性能。由分析结果可见，有针对性的合理设计能显著提升系统性能。最后介绍了分布式Turbo码，它是香农意义上的最优码。针对不同的中继协议设计了相应的分布式Turbo码，例如针对DF协议和软信息转发协议的Turbo码设计。最后通过归纳Turbo设计得到分布式Turbo码的一类超集。(www.xing528.com)

●分布式网络编码。首先针对单个源节点经由特定中继网络与单个目的节点通信的场景，介绍了若干基于分布式网络信道编码的新方案，详细分析了其基本原理，并拓展至自适应方案。随后归纳了分布式网络信道的实质，并推广至多个源节点与多个目的节点通过公共的中继网通信的场景，设计了称之为网络码分复用的协议，并验证了其性能与优越性。由于该协议刚刚提出，还存在若干有待解决的问题。

本章中的分析没有考虑时钟和定时的异步以及宽带和阴影效应等因素的影响，这些因素对于当前无线通信系统具有很重要的影响，并将影响再生中继系统的各方面的性能。在第6章我们将讨论本章涉及的技术在上述非理想因素影响下产生的问题。

在写本书的时候，对于再生中继协议已有深入的研究，但是还存在许多问题有待解决——主要是关于分布式空时编码和优化的问题。例如，目前大多数令人振奋的分布式编码方案都是基于传统信道编码方案，并且大部分的分布式编码方案依赖于一些理想前提条件，如中继不存在译码误差等。针对解调与转发中产生的误差的建模的研究现已开始，并且应用到诸如分布式空时网格码设计之中。中继检测错误对于构造实际的分布式编码方案有一定的影响，但仍缺少对译码误差进行精确的数学建模。因此，DF协议下当中继存在译码误差时，精确的分布式编码设计准则至今仍是一个有待解决的问题。在第6章我们还会讨论更多有待解决的开放性问题。