协同通信系统中功率分配算法研究

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随着无线通信的发展,语音通信不再是人们需要的唯一业务,越来越多的业务要求能够提供更高的数据传输速率和更好的通信质量。针对无线信道衰落、移动终端尺寸的特点,研究者提出了协同通信技术,它是通过引入协同中继,相邻的单天线移动用户可以彼此相互协同转发信息,形成一个虚拟的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系统,从而为解决因移动终端尺寸无法安装多天线,或者由于传播环境限制不能支持MIMO提供了可行方案。协同通信中的信息通过源节点和中继节点协同完成传输,源节点和中继节点之间合理的功率分配方案对协同通信系统的性能有重要的影响和意义。因此本文主要对协同通信功率分配方面进行研究。本文首先对协同通信研究现状和相关技术进行了阐述,分析了中继转发协议中的放大转发(Amplify and Forward,AF)协议和译码转发(Decoded and Forward,DF)协议。然后以系统误符号率(Symbol Error Rate, SER)为准则,在单中继协同通信系统中分别对AF协议和DF协议下的SER性能进行了分析,得到了在M-PSK和M-QAM调制下的SER渐进近似表达式和基于SER最小化的最优功率分配。然后通过对不同中继协议、不同调制以及不同的信道环境下的等功率和最优功率分配方案的MATLAB仿真,结果表明,最优功率分配优于等功率分配;DF协同协议性能不会差于AF协同协议,不同的调制和信道质量对性能优势有影响;AF协同协议的复杂程度比DF协议的复杂度要低。最后,本文给出了多节点协同通信系统的在AF协议下基于SER准则的功率分配,并根据前文的分析结果,提出了一种以SER最小化为目标的中继选择与功率分配的联合优化自适应策略,根据信噪比和信道质量,选择不同的中继协议、中继节点数量以及调制方式。仿真结果表明相比固定采用一种协同协议的方案,提出的优化方案的系统性能有较大提高。
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