Selective decode-and-forward bidirectional multi-relay networks with regularized weighted decision feedback differential coherent receivers

Relay-based cooperative communication provides tremendous benefits for next generation wireless networks. In this work, we propose a selective decode-and-forward (DF) multi-relay one-way and two-way network implementing regularized Weighted Decision Feedback Differential Coherent (WDFDC) receivers. The non-regularized WDFDC receivers have been employed in One-Way Relay Network (OWRN) and achieve significant performance gains over conventional differential detection (CDD). However, as shown in our work, non-regularized WDFDC receivers produce a BER increase phenomenon at high SNR due to decision feedback error propagation and intermittent transmissions between relay nodes and destination. To address this problem, a WDFDC receiver based on a regularized linear predictor (RLP) is proposed for a single link transmission and applied to relay-destination channels in OWRN and Two-Way Relay Network (TWRN). Analytical performance bounds are derived for systems with both non-regularized and regularized receivers. Extensive simulation results demonstrate that the use of regularized WDFDC receivers yields significant performance gains over non-regularized receivers at high SNR without noticeable performance degradation at low SNR. In addition, we propose a General (G)-TWRN model with various transmission protocols. For each protocol, optimum threshold is derived and applied to destinations. Analytical performance bounds are also derived for all protocols. Finally, realistic relays with phase-only, magnitude-only and combined phase-magnitude erasure regions are proposed for G-TWRN. We observe that the combined phase-magnitude method achieves the highest diversity and lowest performance loss with respect to ideal relays in the mid-low SNR region. The performance difference between three methods becomes smaller as the SNR increases.La communication coopérative basée sur des relais offre d'énormes avantages pour les réseaux sans fil de prochaine génération. Dans cette thèse, nous proposons un réseau unidirectionnel et bidirectionnel de relais à décodage et retransmission (DF) sélectif en utilisant des récepteurs cohérents différentiels régularisés avec des feed-backs de décision pondérée (WDFDC). Les récepteurs WDFDC non régularisés ont été utilisés dans le réseau de relais unidirectionnel (OWRN) et ont atteint des résultats de performances significatives par rapport à la détection différentielle conventionnelle (CDD). Cependant, à la suite de notre travail, nous avons constaté que les récepteurs WDFDC non régularisés produisent un effet d'augmentation de BER quand le rapport de signal sur bruit (RSB) est élevé en raison de la propagation des erreurs de décision feed-back et de la transmission intermittente entre les relais et le destinateur. Pour résoudre ce problème, un récepteur WDFDC basé sur un prédicateur linéaire régularisé (RLP) est proposé pour une transmission de liaison unique et appliqué aux canaux de relais-destinateur dans OWRN et réseau de relais bidirectionnel (TWRN). Les limites de performance analytique sont développées pour les systèmes avec des récepteurs non régularisés et régularisés. Des résultats de simulation intensive démontrent que l'utilisation de récepteurs WDFDC régularisés produit de meilleures performances par rapport aux récepteurs non régularisés à haute RSB avec aucune dégradation notable de performance à un bas RSB. En outre, nous proposons aussi un modèle général (G)-TWRN avec différents protocoles de transmission. Pour chaque protocole, un seuil optimal est dérivé et appliqué aux destinateurs. Les limites de performance analytique sont également développées pour tous les protocoles. Enfin, des relais réalistes avec des régions d'effacement de phase-seule, de magnitude-seule et de phase-magnitude combinée sont proposés pour G-TWRN. Nous observons que la méthode phase-magnitude combinée atteint la plus grande diversité et la plus faible perte de performance par rapport aux relais idéaux dans la région de RSB moyenne basse. La différence de performance entre trois méthodes devient plus petite lorsque le RSB augmente