国之重器出版工程多中继无线协作传输理论与技术

包建荣（1978— ），男，博士，杭州电子科技大学信息工程学院教授、博士生导师，IEEE会员，中国电子学会、中国通信学会高级会员，浙江省中青年学科带头人，浙江省151第三层次培养人员。曾主持3项***科研项目及5项省部级科研项目，发表论文80余篇，申请专利20余项，获得浙江省信息经济联合会科学技术进步奖1项，主要研究方向为空间无线协作通信等。

目 录

第1章　协作通信技术概述　001

1．1　无线协作通信研究意义　002

1．2　无线协作通信研究现状　004

1．3　无线协作通信的典型应用　007

1．3．1　蜂窝移动通信网络应用　007

1．3．2　无线局域网应用　008

1．3．3　无线传感器网络应用　008

1．4　无线通信分集技术　008

1．4．1　分集技术　009

1．4．2　分集合并技术　010

1．4．3　3种合并技术的性能对比　013

1．5　协作通信系统的基本模型　013

1．6　协作通信的多中继协作　015

1．6．1　固定中继协作　016

1．6．2　选择DF中继协作　019

1．6．3　增量中继协作　020

1．6．4　其他中继协作　021

1．6．5　各中继协作的比较　022

1．7　协作通信的中继选择　023

1．7．1　基于不同准则的中继选择　023

1．7．2　不同中继选择的比较　025

1．8　本章小结　025

参考文献　026

第2章　增强选择的混合译码放大转发及优化功率分配　031

2．1　混合译码转发模型及ISHDAF协作原理　034

2．1．1　混合译码转发系统模型　034

2．1．2　ISHDAF协作原理　036

2．2　ISHDAF协作分析及仿真　039

2．2．1　ISHDAF协作的误码率分析　039

2．2．2　ISHDAF协作的中断概率分析　040

2．2．3　ISHDAF协作的频谱效率分析　041

2．2．4　ISHDAF协作的数值仿真及分析　042

2．3　协作网络下的单及多中继系统模型　046

2．3．1　单中继系统模型与互信息量　046

2．3．2　多中继系统模型及中继选择分析　048

2．4　基于中断概率优化的中继功率分配　050

2．4．1　中继系统的中断概率分析　051

2．4．2　中继系统的功率分配优化　053

2．4．3　中继系统的最优中继位置　054

2．4．4　中继系统的中继分集增益　055

2．4．5　中继系统的功率分配仿真及分析　056

2．5　ISHDAF功率分配与误符号率优化　060

2．5．1　ISHDAF协作系统分析　060

2．5．2　误符号率优化的目标函数　061

2．5．3　功率分配因子的改进遗传算法优化　063

2．5．4　ISHDAF功率分配与符号率优化仿真　065

2．6　本章小结　069

参考文献　070

第3章　协作通信下的最优中继选择　073

3．1　最优中继选择的协作系统模型　075

3．2　机会中继选择策略　077

3．2．1　AF机会中继选择策略　078

3．2．2　DF机会中继选择策略　078

3．3　混合译码放大转发协作下的最优中继选择策略　079

3．3．1　最优中继选择算法描述　080

3．3．2　最优中继选择性能分析　082

3．3．3　最优中继选择对比仿真　083

3．4　基于门限决策的SDF中继选择策略性能分析　086

3．4．1　SDF中继选择策略描述　086

3．4．2　SDF中继选择策略理论分析　089

3．4．3　SDF中继选择策略仿真及分析　092

3．5　本章小结　095

参考文献　096

第4章　协作多中继选择的删除改进及功率优化分配　099

4．1　单源多中继AF网络中的基本中继选择　101

4．1．1　单源多中继AF协议模型　101

4．1．2　单源多中继AF协议的基本中继选择策略　103

4．2　多中继选择策略的删除改进及其次优功率分配策略　105

4．2．1　系统模型　105

4．2．2　多中继选择策略的删除改进　108

4．2．3　基于删除改进的次优功率分配　109

4．3　实验仿真与结果分析　111

4．3．1　仿真实验1　111

4．3．2　仿真实验2　112

4．3．3　仿真实验3　113

4．4　本章小结　114

参考文献　114

第5章　双向协作系统的中继选择和功率分配优化　117

5．1　多中继选择策略的删除改进及其次优功率分配策略　119

5．2　现有中继选择算法和凸优化功率分配　121

5．2．1　Max-Min算法模型　121

5．2．2　双向中继　122

5．2．3　凸优化功率分配　122

5．3　门限信噪比乘积算法及其最优功率分配　124

5．3．1　双向中继选择策略的门限信噪比乘积算法　124

5．3．2　最优功率分配　125

5．4　实验仿真与结果分析　127

5．4．1　仿真实验1　127

5．4．2　仿真实验2　128

5．4．3　仿真实验3　129

5．4．4　仿真实验4　130

5．5　本章小结　131

参考文献　131

第6章　改进的链路自适应再生（LAR）转发协作机制研究　133

6．1　协作通信系统模型　135

6．1．1　两跳单中继系统模型　135

6．1．2　两跳多中继系统模型　135

6．2　最大比合并概述及分析　136

6．3　协作通信的中继传输协作　137

6．3．1　放大转发协作　138

6．3．2　译码转发协作　139

6．3．3　编码协作　140

6．3．4　压缩转发协作　141

6．3．5　各中继传输协作的对比　142

6．4　改进的LAR转发协作方案　142

6．4．1　中继选择方案　145

6．4．2　改进的LAR中继系统的性能分析　145

6．4．3　改进的LAR中继系统性能仿真及分析　147

6．5　本章小结　149

参考文献　149

第7章　低复杂度最大比合并量化转发　151

7．1　多中继协作转发系统模型　153

7．2　改进的低复杂度量化转发方案　155

7．2．1　中继节点标量量化　157

7．2．2　目的节点联合译码　158

7．3　中继量化转发的优化功率分配　160

7．4　改进的量化转发方案仿真及分析　162

7．5　本章小结　168

参考文献　168

第8章　高效QC-LDPC预编码Raptor编码协作　171

8．1　Raptor编译码原理　173

8．1．1　Raptor编码　174

8．1．2　Raptor译码　175

8．2　LDPC预编码Raptor编码协作原理　177

8．3　LDPC预编码Raptor编码协作分析　179

8．3．1　误比特率分析　180

8．3．2　中断概率分析　182

8．4　LDPC预编码Raptor编码协作仿真及分析　184

8．5　本章小结　188

参考文献　189

第9章　多中继LDPC译码软信息转发协作　191

9．1　多中继LDPC译码软信息转发协作概述　192

9．2　协作传输系统模型　195

9．3　LDPC编译码原理　196

9．4　LDPC码的扩展原模图构造　197

9．4．1　QC-LDPC码的扩展原模图构造　198

9．4．2　循环偏移量的QC-IACE优化搜索　201

9．4．3　所构造编码的性能仿真与分析　204

9．4．4　所构造编码的复杂度分析　206

9．5　LDPC译码软信息转发协作　207

9．5．1　中继节点软信息测量　208

9．5．2　目的节点联合译码　210

9．5．3　LDPC译码软信息转发仿真与分析　214

9．6　本章小结　216

参考文献　217

第10章　多中继极化选择译码转发协作　219

10．1　Polar码及其选择译码转发协作概述　220

10．2　缩短Polar码构造的删除图样选择　223

10．2．1　Polar码及其删除改进结构　223

10．2．2　Polar码的反馈代价删除　225

10．2．3　信道极化效果及误块率上限分析　227

10．2．4　实验仿真及分析　228

10．3　分段CRC辅助的删除Polar译码　231

10．3．1　Polar码的BP译码　231

10．3．2　分段CRC辅助的Polar码删除译码　233

10．3．3　实验仿真及分析　236

10．4　多中继协作传输系统模型　241

10．4．1　多中继协作系统模型　241

10．4．2　联合极化译码转发协作模型　242

10．5　改进的极化选择译码转发协作　243

10．5．1　基于衰落信道的极化码构造　243

10．5．2　预选及再选择极化译码转发　245

10．5．3　极化选择译码转发协作分析　247

10．5．4　实验仿真及分析　249

10．6　本章小结　253

参考文献　2542100433B

本书系统论述了多中继无线协作传输理论与技术，基本覆盖了多中继无线协作传输理论的多中继优化选择和资源分配的内容。内容主要包括：协作通信技术概述、增强选择的混合译码放大转发及优化功率分配、协作通信下的*优中继选择、协作多中继选择的删除改进及功率优化分配、双向协作系统的中继选择和功率分配优化、改进的链路自适应再生（LAR）转发协作机制、低复杂度*大比合并量化转发、高效QC-LDPC预编码Raptor编码协作、多中继LDPC译码软信息转发协作、多中继极化选择译码转发协作等内容。该书能较好地涵盖*新发展的多中继协作传输理论与技术的诸多内容，有助于推动5G等新一代无线协作通信技术的发展。

本书适合作为普通高等院校电子信息类专业高年级本科生、研究生的教材，也可作为从事多中继无线协作传输及其信号处理等各领域工作的科技工作者的参考书。

基带数字信号在传输过程中，由于信道本身的特性及噪声干扰使得数字信号波形产生失真。为了消除这种波形失真，每隔一定的距离需加一再生中继器，由此构成再生中继系统。再生中继系统的特点是无噪声积累，但有误码率的累积。

再生中继器主要由均衡放大电路、定时提取电路、判决及码形成电路等3个部分组成。均衡放大电路的作用是对接收到的失真波形进行放大和均衡；定时提取电路的作用是在收到的信码流中提取定时时钟，以得到与发端相同的主时钟脉冲，做到收发同步；判决及码形成电路则是对已被放大和均衡的信号波形进行抽样、判决，并根据判决结果形成新的、与发送端相同的脉冲。