合作超寬帶系統(tǒng)中的資源優(yōu)化分配和合作策略研究.pdf

1、近年來，超寬帶(Ultra-wideband，UWB)技術(shù)由于它傳輸速率高、空間容量大、成本低、功耗小、傳輸距離短等特點(diǎn)引起了人們的重視，己逐漸成為無線通信，特別是無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)領(lǐng)域研究、開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。 合作分集是近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新的分集技術(shù)，它基于中繼傳輸?shù)脑?，利用用戶之間的合作來達(dá)到空間分集增益，既可以保證傳輸可靠性又可以擴(kuò)大通信覆蓋范圍，而且可以有效降低發(fā)射機(jī)的發(fā)送功率。 本文將合作分集技術(shù)引入到多

2、帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM)超寬帶系統(tǒng)中，根據(jù)MB-OFDM超寬帶系統(tǒng)的低功耗、多子帶、時(shí)頻交織等特點(diǎn)，研究合作超寬帶系統(tǒng)的關(guān)鍵問題--如何在保證系統(tǒng)性能基礎(chǔ)上最優(yōu)地選取傳輸子頻帶和最大程度地降低發(fā)送功率，當(dāng)功率和子帶分配無法滿足傳輸要求時(shí)如何做速率控制，以及作為獨(dú)立利益代表的超寬帶設(shè)備之間的合作策略關(guān)系。 本文的研究對象為采用解碼前向(Decode-and-Forward，DF)合作模式的多帶OFDM超寬帶系統(tǒng)，根據(jù)MB-

3、OFDM超寬帶的時(shí)頻交織特性，不同的信道編碼方式和不同的時(shí)頻交織碼為MB-OFDM超寬帶系統(tǒng)提供了多種傳輸速率。由此如何給系統(tǒng)中同時(shí)存在通信要求的多個(gè)用戶設(shè)備分配子頻帶和發(fā)射功率，使得這些設(shè)備能在各自的子頻帶上以不同的傳輸需求來傳送各種不同類型的信息(如音頻、視頻、圖像等)是必須要考慮的問題。針對合作系統(tǒng)，如何在源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間在總功率受限的約束下進(jìn)行功率優(yōu)化分配也是必須要考慮的問題。本文首先對采用DF合作模式的MB-OFDM超寬帶

4、系統(tǒng)進(jìn)行信噪比公式的推導(dǎo)和符號錯(cuò)誤概率SER的性能分析，得到SER的理論公式和上限，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行資源優(yōu)化分配問題的研究，提出了一種子頻帶和功率聯(lián)合優(yōu)化分配的方法，給出一種分兩步走的次優(yōu)算法，最后通過計(jì)算機(jī)仿真表明該算法能有效降低UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率。 在上面的資源優(yōu)化問題中，有可能出現(xiàn)一種情況：即為了保證用戶的傳輸性能要求使得功率分配超過了FCC對UWB信號的掩模規(guī)定，本文采用速率控制技術(shù)來解決。在超寬帶系統(tǒng)中，通過調(diào)整信道

5、編碼冗余的多少繼而調(diào)整編碼速率就可以達(dá)到速率控制的目的。一種能有效實(shí)現(xiàn)此目的的編碼策略是對一個(gè)母碼進(jìn)行不同位置的打孔而得到一系列速率可調(diào)的碼，也就是所謂的速率可調(diào)打孔碼(RateCompatible Punctured Code，RCPC)，其優(yōu)點(diǎn)是只需要一對編解碼器就可實(shí)現(xiàn)多種不同碼率的編碼方案，而且在自動重傳請求(Automatic Repeat reQuest，ARQ)中只發(fā)送增量冗余信息從而提高傳輸?shù)耐掏铝?。本文針對DF合作MB

6、-OFDM超寬帶系統(tǒng)，提出了一種用RCP-LDPC碼進(jìn)行速率控制的算法，構(gòu)造了適合本文研究系統(tǒng)的RCP-LDPC碼。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明該種編碼方案能實(shí)現(xiàn)速率控制，而且比MB-OFDM超寬帶提案中的編碼方案性能更優(yōu)。 在一般的合作通信研究中，總是假設(shè)源節(jié)點(diǎn)一定能找到合適的中繼節(jié)點(diǎn)來幫助傳輸數(shù)據(jù)，但在實(shí)際情況中特別是像WPAN應(yīng)用中功率受限的超寬帶設(shè)備，它們會從自身利益出發(fā)考慮，即對于這些理性的設(shè)備來說，幫助其他用戶傳輸數(shù)據(jù)總會損失