多中继协作OFDM系统子载波选择与功率分配算法研究

【摘要】在未来移动通信系统中，多输入多输出（MIMO）技术是在无线衰落环境中实现高数据传输速率和提高系统容量的重要途径之一。但是，由于受到节点尺寸和发射功率的限制，造成MIMO技术实现困难。协作通信技术可以充分利用无线电波的广播特性，使无线网络中的节点通过相互协作形成虚拟的天线阵列获得传统MIMO技术的空间分集增益。因此，协作通信作为一种新型的通信模式受到人们越来越多的关注。在协作通信系统中，中继节点的选取以及功率分配一直是研究的热点。当某些信道状态恶劣的中继节点参与协作时，将会导致这些节点依然占用宝贵的系统资源，而对系统性能的提高几乎没有贡献。中继选择就是从潜在的中继节点中选择最合适的参与协作通信的过程，最大限度地获得系统协作分集增益。由于协作通信系统中各个节点间的信道链路状态各不相同，如果对各链路进行平均功率分配，就会造成某些信道状态较差的链路在消耗系统功率的同时几乎没有对系统性能做出贡献。因此将有限的功率分配到各个子载波上的功率控制算法有着重要的现实意义。现有的多中继协作OFDM系统资源分配算法大多数对子载波选择和功率分配进行联合优化。一些联合优化方法可以提供功率的最优分配，但是系统的复杂度较高。而现有次优算法采用先子载波分配后功率分配的算法，没有考虑功率对子载波分配的影响。在中继选择方面，仅根据信道条件来选择中继节点，而没有考虑中继节点的位置及转发子载波的数目对系统性能的影响。本文提出一个更可行有效的多中继系统资源分配方案，而不是一个复杂的联合优化问题。为了简化分析，把优化问题分解两个子问题：子载波选择与功率分配，研究将每个子问题都以最优的方式解决。首先分析研究单中继系统，根据子载波转发是否能带来增益来进行子载波选择性中继，并与所有子载波中继方案进行对比。然后研究多中继系统的转发策略，根据转发带来的增益及信道条件来选择合适的中继节点。在功率分配方面，以独立功率受限为约束条件，以最大化系统容量为优化目标，通过KKT条件得到最优的功率分配方案。考虑到中继节点的位置对系统性能的影响，进一步提出了改进算法。中继节点距离源节点较近时，可以获得较大的系统增益，而较远时，获得的增益较小。在各个中继节点功率独立受限的条件下，中继节点转发子载波的数目较多时，每个子载波所能分配到的功率较少，将此中继节点转发的部分子载波转由空闲的中继转发，可以获得更大的功率增益。因此，在中继节点距离源节点较近时，充分利用空闲中继节点功率，提高系统容量，在中继节点距离源节点较远时，削减中继节点数目，降低系统复杂度。仿真结果表明，本文的算法可以有效解决多中继协作OFDM系统子载波选择与功率分配问题。选择性子载波中继方案比所有子载波中继方案可以获得更大的系统容量。改进算法可以根据中继节点的位置来调整子载波选择方案，在中继节点距离源节点较近时获得更大的系统容量，在中继节点距离源节点较远时，降低系统复杂度，使其更易于实现，同时保持系统容量基本不变。
【作者】金晓光；
【导师】赵晓晖；
【作者基本信息】吉林大学，信号与信息处理，2014，硕士
【关键词】协作通信；多中继OFDM系统；子载波选择；功率分配；

【参考文献】
[1]张萍.土壤管理对农田温室气体排放的效应研究[D].扬州大学,生态学,2012,硕士.
[2]徐帅侠.基于.NET平台网络文献档案管理系统[D].南京邮电大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[3]李园园.RNA恒温扩增实时检测技术鉴定常见致病非结核分枝杆菌研究[D].苏州大学,微生物学,2014,硕士.
[4]郭丽媛.徐渭在明代书史的定位问题考察[D].首都师范大学,美术,2014,硕士.
[5]方中茂.提高河茂线运输能力的探讨[D].西南交通大学,交通运输工程,2012,硕士.
[6]韩雨.毛冬青甲素对脑缺血后Notch通路的调控作用与神经元再生[D].福建医科大学,老年医学,2014,硕士.
[7]王建.大型工程GPS变形监测数据处理关键技术研究[D].西南交通大学,大地测量学与测量工程,2012,硕士.
[8]薛昭,董良国,单联瑜.Radon变换去噪方法的保幅性理论分析[J].石油地球物理勘探,2012,06:858-867+1024+837.
[9]窦玲玲.纳/微米多级结构TiO_2光催化剂的制备研究[D].河北师范大学,无机化学,2012,硕士.
[10]王敏.具有拒识功能的人脸识别算法研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[11]徐家赵.对山东省普通高校公共体育课教学改革的思考[D].北京体育大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[12]陈慧轩.台北市民族器乐大赛中的竹笛交流[D].中央音乐学院,竹笛演奏,2012,硕士.
[13]朱春权.外源氮施加对红树林湿地土壤一氧化氮释放的影响[D].厦门大学,植物学,2014,硕士.
[14]寇晓进.高保真DNA聚合酶分子开关用于TP53基因热点突变的检测[D].苏州大学,药理学,2013,硕士.
[15]庞红艳.磁共振小肠造影检查基础扫描方案的评定及临床应用探讨[D].苏州大学,影像医学与核医学,2013,硕士.
[16]于涛.石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备与性能研究[D].合肥工业大学,应用化学,2013,硕士.
[17]王宁宁.两点细异宿环分支问题[D].山东师范大学,应用数学,2013,硕士.
[18]李生强.扩展青霉脂肪酶基因在酿酒酵母中的表达及分子突变[D].福建师范大学,生物化学与分子生物学,2004,硕士.
[19]张征.基于深度神经网络的汉语语音合成的研究[D].北京理工大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[20]张飞.欠驱动机械手末端执行器的设计与研究[D].浙江理工大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[21]冯页新.二维碳基材料的催化特性和生长：第一性原理计算研究[D].南开大学,2013.
[22]张林.江泽民青年干部思想研究[D].西南大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[23]李巍.翻译目的论关照下的职场励志类畅销书翻译策略[D].北京外国语大学,翻译,2014,硕士.
[24]邢亮.我国商业银行中间业务发展策略研究[D].山东财经大学,金融学,2012,硕士.
[25]于新伟.基于混沌理论的建三江分局水土资源复杂性研究[D].东北农业大学,农业水土工程,2013,硕士.
[26]林章清.高温合成异质结构复合材料及其应用研究[D].苏州大学,2014.
[27]张旭.5d锇金属化合物(YbOs_2Al_（10）和LaOsSi_3)结构及物性研究[D].首都师范大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[28]王成福,梁军,张利,牛远方,贠志皓,韩学山.基于机会约束规划的风电预测功率分级处理[J].电力系统自动化,2011,17:14-19.
[29]阿卜杜杰力力·阿卜杜热合曼.具有变时滞的脉冲Cohen-Grossberg型神经网络的动力学行为分析[D].新疆大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[30]陈勇.节能型矿用空气压缩机组智能监控系统的设计与实现[D].中北大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[31]藏莹慧.我国民营上市公司股权激励有效性研究[D].东北农业大学,会计学,2013,硕士.
[32]张航.Hsa-miR-675-5p在食管鳞癌中的表达及其功能机制研究[D].中南大学,临床医学,2013,博士.
[33]杨振武,季佑仙.层速度—岩性指数剖面的程序实现及应用[J].石油地球物理勘探,1987,02:228-231.
[34]张璐.高校思想政治教育视角下“三生教育”理论与实践[D].东北石油大学,思想政治教育,2013,硕士.
[35]徐凤安,冯仲良,夏春和.电视精密跟踪控制系统的设计和应用[J].自动化学报,1980,03:162-169.
[36]田野.磁性减震橡胶的制备与性能研究[D].中北大学,材料学,2013,硕士.
[37]王华庆,陈琪.导电环内部磨屑运动迁移规律分析[J].电子世界,2014,14:432-433.
[38]吴海英.文化语境与大学英语教学[D].山东师范大学,英语语言文学,2003,硕士.
[39]李文辉.自我无关、相关的肯否句句末情绪词加工的行为与脑电研究[D].辽宁师范大学,基础心理学,2011,硕士.
[40]刘恋.高职大学生学习动机与自我概念、社会支持的关系研究[D].扬州大学,教育学原理,2012,硕士.
[41]夏亮亮.TC4钛合金薄壁框架零件高速铣削加工研究[D].南京理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[42]张倩.我国公益性事业单位工作人员养老保险制度改革研究[D].安徽大学,行政管理,2013,硕士.
[43]郑扬.真诚领导理论研究[D].南京师范大学,教育经济与管理,2012,硕士.
[44]卢立宝.篮球运动对高校校园体育文化影响的研究[D].西南交通大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[45]蒋薇.现代化进程中城市居民消费方式研究——以苏州市为案例的分析[D].苏州大学,社会学,2003,硕士.
[46]王思倩.下沉式日光温室南侧边际效应初步研究[D].河南农业大学,设施栽培,2012,硕士.
[47]黄勇飞.中国证券市场投资者情绪与羊群效应的关联性研究[D].南京财经大学,金融学,2012,硕士.
[48]王燕.苎麻骨植物纤维餐具的制备及降解性能研究[D].武汉纺织大学,环境工程,2014,硕士.
[49]钟敏富.ZigBee测控节点及其路由研发[D].广东工业大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[50]姚星星.当代青年择偶偏好及恋爱资源对等性分析[D].郑州大学,应用心理学,2013,硕士.