無線協(xié)作通信中的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、協(xié)作通信作為一種新型的傳輸技術(shù),是利用無線通信系統(tǒng)中隨機(jī)分布的用戶天線,構(gòu)成虛擬MIMO系統(tǒng)。在不增加硬件復(fù)雜度的前提下可獲得空間分集增益、提高信道容量和無線鏈路的傳輸可靠性,能有效擴(kuò)大無線傳輸?shù)母采w范圍,備受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。因此,本文對(duì)協(xié)作通信中物理層的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 根據(jù)協(xié)作節(jié)點(diǎn)的信號(hào)處理方式,協(xié)作通信協(xié)議可分為三種:放大轉(zhuǎn)發(fā)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)、編碼協(xié)作。將這三種基本協(xié)作機(jī)制應(yīng)用于不同的中繼選擇策略中,又形

2、成了自適應(yīng)(選擇性)協(xié)作和機(jī)會(huì)協(xié)作機(jī)制。本文對(duì)這些協(xié)作機(jī)制的基本原理和容量性能進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,研究了OFDM/OFDMA與協(xié)作通信技術(shù)的中斷概率,分析了二者所獲得的分集增益與協(xié)作節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)之間的關(guān)系。
　　 在無線通信系統(tǒng)中,如何高效、合理地使用有限的功率、頻率等資源是一個(gè)非常重要的問題。根據(jù)不同的優(yōu)化目標(biāo),本文對(duì)無線通信系統(tǒng)的信道和功率分配技術(shù)的研究現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)闡述,對(duì)OFDM系統(tǒng)的無線資源優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行了規(guī)劃

3、,并分析了它們之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。以此為基礎(chǔ),對(duì)OFDM/OFDMA協(xié)作通信系統(tǒng)中的子信道和功率分配技術(shù)進(jìn)行了深入研究。通過引入等效信道增益的概念,以maxmin準(zhǔn)則作為優(yōu)化準(zhǔn)則,提出了一種兼顧用戶的速率公平性和系統(tǒng)容量的子信道和功率聯(lián)合分配算法。理論研究表明,該聯(lián)合算法使得所有用戶獲得相同的傳輸速率的同時(shí),獲得較高的系統(tǒng)容量。為了降低計(jì)算復(fù)雜度,本文還提出了一種次優(yōu)的子信道和功率分配算法.該算法將子信道和功率分配問題分成兩個(gè)子問題,首

4、先假設(shè)總功率在所有的子載波上平均分配,以此為前提在每個(gè)分配周期內(nèi)將最好的子信道分配給速率最小的用戶。在確定子信道分配之后,利用多水平注水算法將總功率在所有的等效中繼信道中進(jìn)行最優(yōu)分配。計(jì)算機(jī)仿真表明,該次優(yōu)算法的性能接近最優(yōu)算法的性能,而計(jì)算復(fù)雜度大大降低。
　　 無線協(xié)作通信系統(tǒng)中的協(xié)作節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)分布的,如何從眾多的備選協(xié)作節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)或多個(gè)合適的節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作伙伴,是用戶之間建立協(xié)作關(guān)系的前提。本文對(duì)協(xié)作通信系統(tǒng)的中繼節(jié)點(diǎn)選

5、擇算法進(jìn)行了深入研究。根據(jù)不同的通信目標(biāo)和優(yōu)化準(zhǔn)則,中繼節(jié)點(diǎn)選擇算法可分為基于信道狀態(tài)信息的中繼選擇算法、基于效用函數(shù)的中繼選擇算法、基于協(xié)作區(qū)域的中繼選擇算法等。與無線資源分配相似,選擇協(xié)作節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)是提高系統(tǒng)容量、降低差錯(cuò)概率以及降低發(fā)射功率。因此,本文將功率分配、子信道分配和中繼節(jié)點(diǎn)選擇進(jìn)行綜合考慮,從最優(yōu)化的角度對(duì)OFDMA協(xié)作中繼系統(tǒng)中的中繼節(jié)點(diǎn)選擇問題進(jìn)行了研究。以用戶之間占用的子信道數(shù)為約束條件、以最大化系統(tǒng)的總吞吐量為目

6、標(biāo),本文提出了一種基于即時(shí)信道增益的機(jī)會(huì)中繼選擇算法。仿真結(jié)果表明,該算法所獲得的吞吐量接近無子載波限制時(shí)的系統(tǒng)吞吐量,同時(shí)用戶占用子信道的公平性最大。因此,該算法對(duì)吞吐量和子載波公平性進(jìn)行了很好的折衷。
　　 在多小p-OFDMA系統(tǒng)中,小區(qū)內(nèi)的子載波是相互正交的,因此小區(qū)內(nèi)的干擾較小,影響系統(tǒng)性能、尤其是小區(qū)邊緣用戶性能的關(guān)鍵因素是小區(qū)間干擾。為了降低小區(qū)間干擾,提高小區(qū)邊緣用戶的傳輸速率,3GPP LTE中提出了很多降低小

7、區(qū)間干擾的技術(shù),如部分頻率復(fù)用、軟頻率復(fù)用、干擾協(xié)調(diào)、干擾隨機(jī)化、干擾刪除等。另一個(gè)備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)是多點(diǎn)協(xié)作技術(shù)。本文以部分頻率復(fù)用為基礎(chǔ),研究了OFDMA系統(tǒng)中的多小區(qū)協(xié)作傳輸技術(shù)。該算法將每個(gè)小區(qū)分成內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)區(qū)域,同時(shí)將外部區(qū)域分成三個(gè)扇區(qū)。內(nèi)部區(qū)域的頻率復(fù)用系數(shù)為1,外部區(qū)域的頻率復(fù)用系數(shù)為3。將相鄰三個(gè)小區(qū)的三個(gè)扇區(qū)組成一個(gè)虛擬小區(qū),以每個(gè)用戶占用的子信道數(shù)量為約束條件,由基站控制器對(duì)三個(gè)扇區(qū)天線進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度,共同對(duì)虛