论文摘要
近年来,超宽带（Ultra-wideband,UWB）技术由于它传输速率高、空间容量大、成本低、功耗小、传输距离短等特点引起了人们的重视,已逐渐成为无线通信,特别是无线个域网（WPAN）领域研究、开发的一个热点。合作分集是近几年发展起来的一项新的分集技术,它基于中继传输的原理,利用用户之间的合作来达到空间分集增益,既可以保证传输可靠性又可以扩大通信覆盖范围,而且可以有效降低发射机的发送功率。本文将合作分集技术引入到多带正交频分复用（MB-OFDM）超宽带系统中,根据MB-OFDM超宽带系统的低功耗、多子带、时频交织等特点,研究合作超宽带系统的关键问题——如何在保证系统性能基础上最优地选取传输子频带和最大程度地降低发送功率,当功率和子带分配无法满足传输要求时如何做速率控制,以及作为独立利益代表的超宽带设备之间的合作策略关系。本文的研究对象为采用解码前向（Decode-and-Forward,DF）合作模式的多带OFDM超宽带系统,根据MB-OFDM超宽带的时频交织特性,不同的信道编码方式和不同的时频交织码为MB-OFDM超宽带系统提供了多种传输速率。由此如何给系统中同时存在通信要求的多个用户设备分配子频带和发射功率,使得这些设备能在各自的子频带上以不同的传输需求来传送各种不同类型的信息（如音频、视频、图像等）是必须要考虑的问题。针对合作系统,如何在源节点和中继节点之间在总功率受限的约束下进行功率优化分配也是必须要考虑的问题。本文首先对采用DF合作模式的MB-OFDM超宽带系统进行信噪比公式的推导和符号错误概率SER的性能分析,得到SER的理论公式和上限,并在此基础上进行资源优化分配问题的研究,提出了一种子频带和功率联合优化分配的方法,给出一种分两步走的次优算法,最后通过计算机仿真表明该算法能有效降低UWB系统的发射功率。在上面的资源优化问题中,有可能出现一种情况:即为了保证用户的传输性能要求使得功率分配超过了FCC对UWB信号的掩模规定,本文采用速率控制技术来解决。在超宽带系统中,通过调整信道编码冗余的多少继而调整编码速率就可以达到速率控制的目的。一种能有效实现此目的的编码策略是对一个母码进行不同位置的打孔而得到一系列速率可调的码,也就是所谓的速率可调打孔码（RateCompatible Punctured Code,RCPC）,其优点是只需要一对编解码器就可实现多种不同码率的编码方案,而且在自动重传请求（Automatic Repeat reQuest,ARQ）中只发送增量冗余信息从而提高传输的吞吐量。本文针对DF合作MB-OFDM超宽带系统,提出了一种用RCP-LDPC码进行速率控制的算法,构造了适合本文研究系统的RCP-LDPC码。计算机仿真结果表明该种编码方案能实现速率控制,而且比MB-OFDM超宽带提案中的编码方案性能更优。在一般的合作通信研究中,总是假设源节点一定能找到合适的中继节点来帮助传输数据,但在实际情况中特别是像WPAN应用中功率受限的超宽带设备,它们会从自身利益出发考虑,即对于这些理性的设备来说,帮助其他用户传输数据总会损失自己的资源（功率、带宽、速率等）从而导致自己的传输质量下降,因此这些设备通常是不愿意拿出一部分资源来帮助其他设备的。本文用博弈论的方法来讨论合作超宽带网络中设备之间的合作策略,建立了一个非对称的合作超宽带三节点模型,引入价格机制,定义了一种新的收益函数,并给出了通过迭代方法找到Nash均衡的博弈过程。仿真结果表明该方法能提高用户和系统的收益。