協(xié)作通信中的優(yōu)化功率分配算法的研究.pdf

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1、TheResearchontheOptimalPowerAllocationintheooperativeCommunicationSystemsThesisSubmittedtoZhejiangNormalUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngineeringbyYongduoYang(PhysicalElectronics)ThesisSupervisor：ProfessorChunjiangDuanmuJune，2012協(xié)作通信中的優(yōu)化功率分配

2、算法的研究摘要多輸入多輸出(使用多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線)技術(shù)己被人們證明在同樣的頻率范圍內(nèi)，可以在很大程度上提高無(wú)線通信系統(tǒng)的容量，因此多輸入多輸出技術(shù)是第四代移動(dòng)通信中的核心技術(shù)之一。但多輸入多輸出技術(shù)要求終端用戶必須設(shè)置多根天線，即增加了終端用戶設(shè)備的尺寸、硬件復(fù)雜度和能量消耗。近年來(lái)，A．Sendonaris等人提出了一種新的空間分集技術(shù)——協(xié)作通信，它在多用戶通信環(huán)境中，用戶終端彼此共享天線和其它資源，構(gòu)成虛擬的多輸入多輸出通信系統(tǒng)以克服無(wú)線信道的多徑衰落和提高系統(tǒng)的性能。協(xié)作通信還可以在不增加基站的發(fā)射功率的情況下，提高基站的覆蓋范圍。并

3、且在無(wú)線通信協(xié)議WiMax中，可以利用Mesh技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)作通信。因此，協(xié)作通信是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一，其中協(xié)作通信系統(tǒng)的功率分配問(wèn)題、中繼節(jié)點(diǎn)選擇問(wèn)題和中斷概率問(wèn)題是協(xié)作通信中的研究難點(diǎn)。本文主要研究在不同協(xié)作方式和不同中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的情況下協(xié)作通信系統(tǒng)的功率分配問(wèn)題。本文的主要內(nèi)容包括：l本文從無(wú)線通信傳輸?shù)幕A(chǔ)出發(fā)，介紹了無(wú)線信道的傳輸特性，主要包括路徑傳輸損耗、多徑衰落效應(yīng)和無(wú)線信道衰落的統(tǒng)計(jì)模型。介紹了協(xié)作通信的基本原理和協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分類。分析了協(xié)作分集技術(shù)和合并技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，比較了幾種合并技術(shù)的性能。2回顧了一種智能演化算法差分

4、演化算法，并對(duì)該算法做了詳細(xì)的介紹。3描述了一個(gè)單天線多中繼節(jié)點(diǎn)的放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)的傳輸性能，逐步推出了該系統(tǒng)的誤符號(hào)率。根據(jù)該系統(tǒng)的總功率恒定的要求，將該系統(tǒng)的誤符號(hào)率作為目標(biāo)函數(shù)，總功率恒定作為約束條件，用差分演化算法分配該系統(tǒng)源節(jié)點(diǎn)和各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的功率。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，將本文提出的功率分配方法與等功率分配方法做仿真比較，仿真結(jié)果表明不管中繼采用4個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)還是6個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，本文提出的功率分配算法比等功率算法有3～5dB的增益，仿真結(jié)果說(shuō)明了本文所提出的功率分配算法的優(yōu)越性。4提出了一種新的協(xié)作通信協(xié)議。首先給出了新的協(xié)作通信的協(xié)

5、作過(guò)程，不同于一般的協(xié)作通信兩個(gè)階段，本文提出的新協(xié)議分為三個(gè)階段。在第二個(gè)階段中給出了一種中繼節(jié)點(diǎn)選擇策略，先從中繼協(xié)作區(qū)域選擇一個(gè)最佳中繼節(jié)點(diǎn)，再選擇一個(gè)離最佳中繼節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)也作為數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)，一共有兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作通信。接著，本文按照新協(xié)議的三個(gè)階段，分析了各階段的信噪比。最后推導(dǎo)出新協(xié)議下協(xié)作通信的誤符號(hào)率。類似上一章的算法，把系統(tǒng)的誤符號(hào)率作為目標(biāo)函數(shù)，總功率恒定作為約束條件，運(yùn)用差分演化算法把總功率合理的分配給源節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，比較了本文算法和等功率分配算法，仿真結(jié)果表明本文所提出的算法優(yōu)于已有的算法。

6、綜上所述，本文對(duì)協(xié)作通信中的功率分配算法做了研究，提出的功率分配算法比等功率算法更能降低系統(tǒng)的誤符號(hào)率，提高協(xié)作通信系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵詞：多輸入多輸出；協(xié)作通信；誤符號(hào)率；中繼選擇；功率分配‘THERESEARCHoNOPTD江AI．POWERALLOCATIONINCOOPERATI、廠ECOMMUNICATIONSYSTEMSABSTRACTThemulti—inputmulti-output(usingmultipletransmissionandreceiverantennasMIMO)techniquehasbeenprovedtobeable

7、togreatlyenhancethechannelcapacityofthewirelesstransmissionsystemsunderthesamefrequencyspectrum．Forthisreason，ithasbeenselectedaSthekeytechniqueinthe4Gwirelesssystems．However，thistechniquerequirestheenduserstoinstallmanyantennasandthusincreasesthesizeoftheenduserequipment，thecom

8、plexityofthehardware，andtheenergyconsumption．A．