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《北京邮电大学》 2009年
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协作通信系统中资源分配算法研究

沈振惠  
【摘要】: 协作通信是一种新型的空间分集技术,在蜂窝移动通信系统、ad hoc、无线传感器网络和无线局域网等通信网络中具有广阔的应用前景。不同于传统的单跳网络,协作通信系统中一个传输过程需要由信源和中继共同完成,因而协作通信系统的资源必须根据信源、中继和目标各个节点间的信道状态在信源和中继之间进行合理分配。在协作通信系统中除了需要对功率和带宽进行分配外,还需要考虑中继选择问题。另外,在协作通信系统中引入OFDM技术使资源分配问题更加重要和更具有挑战性。在基于OFDM技术的协作系统中,一方面系统需要在信源和中继之间以及各个子载波上进行功率分配,还要在信源和中继之间分配子载波,同时基于OFDM的协作系统的中继选择也更加复杂。本论文就协作通信系统中的功率、中继、载波等资源分配问题开展研究,提出了多种针对窄带协作通信系统和宽带协作OFDM系统的资源分配算法。 研究窄带编码协作系统的功率分配问题。针对频分半双工编码协作系统分别提出了最小化系统功率消耗和最大化系统频谱效率两种功率分配方法,在此基础上通过仿真确定最佳协作比。仿真结果表明,采用最佳协作比的功率分配算法能显著减少系统功率消耗和提高系统频谱效率。 研究协作OFDM系统的功率分配和子载波配对,并分析系统的中断性能。在信源和中继功率独立受限条件下分别针对AF和DF协作OFDM系统提出了联合注水功率分配算法。当信源功率和中继功率相等时,系统采用联合注水功率分配算法的频谱效率性能明显优于平均功率分配算法。如果将联合注水功率分配算法与功率配置方法相结合能进一步提高系统性能。推导得到了信源离目标很远和信源离中继很近两种特殊情况的最佳子载波配对算法,即顺序配对和逆序配对。分析了两个子载波情况下系统采用子载波配对的中断性能,分析结果表明,子载波配对虽然不能提高系统的分集增益,但能有效降低系统的中断概率。 研究机会协作OFDM系统和多中继选择协作OFDM系统的中继选择问题。推导了它们的中断概率,推导结果表明这两种多中继协作系统都能获得满分集增益,而多中继选择协作OFDM系统的中断性能优于机会协作OFDM系统。针对机会协作OFDM系统提出了基于中继上“最好”和“最坏”子载波数目的中继选择算法,仿真结果表明该算法在子载波数目较大和中继数目较少的情况下具有与穷尽算法近似的频谱效率性能。针对多中继选择协作OFDM系统提出了基于子载波配对的多中继选择算法,该算法通过为中继分配合适的子载波能进一步提高系统的频谱效率性能。 最后将正交频分多址(OFDMA)技术引进协作系统,研究信源和中继之间的子载波分配问题。提出了分别适合两个相互协作的用户中只有一个用户有数据传输和两个用户都有数据传输两种情况的协作OFDMA系统的帧结构,并分析了系统的频谱效率和中断性能。针对重传协作和编码协作两种协作OFDMA系统分别提出了基于轮询算法和贪婪算法的子载波分配算法。仿真结果表明,通过在信源和中继之间合理分配子载波,协作OFDMA系统可以显著提高系统的频谱效率。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN919.3

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