并行OFDM中继网络的功率优化

论文摘要

无线通信技术是现阶段迅速发展的通信技术。协作通信技术在无线传感器网络(WSN)、无线Ad Hoc网、无线Mesh网以及蜂窝网等系统中有着广泛的应用前景,并将成为下一代无线通信系统融合多种异构网络的关键技术。而中继协作通信又是当前无线通信领域研究热点之一,它为下一代无线通信网络在高速率、高可靠性方面要求提供了技术支持。为此,论文开展了对中继协作通信关键技术的研究。目前根据中继处理转发信息的方法,将协作通信网络分为直放型(AF)和解码转发型(DF)两种。中断率和误符号率(SER)是无线通信系统最为常用的两种性能度量。为了提高频谱利用率,上世纪70年代,韦斯坦(Weinstein)和艾伯特(Ebert)等人应用离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)研制出了一个完整的多载波传输系统,即正交频分复用技术(OFDM)。由于该技术具有数据传输速率高,数据量大,抗干扰能力强等优点,从而被现在通信广泛的使用。本文针对单源、单宿、多中继直放型OFDM中继网络通信模型进行讨论,考虑两跳并行AF型中继网络在半双工通信系统下各中继节点功率优化分配的问题,其中,信道为频率选择性衰落(FS)。研究的主要目的在于通过优化中继节点的功率分配,从而使整个系统模型的中断概率最小。由于通信环境中,影响系统中断概率大小的因素较多；另外,在功率约束方面,由于包含着各个中继具有独立功率约束、子载波上具有独立总功率约束以及这两种功率约束同时满足这三种情形,使得求解该优化问题的工作具有一定的复杂性。在前人的研究基础上,本文先对单载波通信模型的中断率进行了简化,定义了多载波通信模型的中断率求解方法,得到了一个非线性最优化问题,而后,分别对三种约束情形做了详细的讨论。具体来说,对于仅有总功率约束的问题采用了性能好且复杂度为线性级的次优策略来求解；对于仅有独立功率约束的情形,本文利用目标函数的收敛性,采用了梯度搜索算法收敛到最优功率分配结果；当所有约束均起作用时,本文通过分割中继集,将其分解为仅有独立功率约束情形以及仅有总功率约束情形两部分来进行求解,从而有效地解决了该非线性优化问题。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文工作
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 预备知识
• 2.1 无线通信基本原理
• 2.1.1 单工与双工通信
• 2.1.2 通信信道模型
• 2.1.3 无线网络
• 2.2 无线通信系统的性能参数
• 2.2.1 信噪比
• 2.2.2 中断率
• 2.3 非线性优化
• 2.3.1 凸规划问题
• 2.3.2 拉格朗日乘数法
• 2.3.3 KKT条件
• 第三章 并行OFDM中继网络的功率优化
• 3.1 OFDM通信简介
• 3.1.1 OFDM的基本原理
• 3.1.2 OFDM优点与不足
• 3.1.3 OFDM的应用
• 3.2 并行OFDM中继网络模型建立
• 3.3 中继功率优化问题模型的具体描述
• 3.4 问题的提出
• 第四章 中继功率优化分配问题的求解
• 4.1 情形1：仅总功率约束起作用
• 4.1.1 各子载波上的最优中断功率控制
• 4.1.2 最优子载波功率控制
• 4.2 情形2：仅有独立功率约束条件
• 4.3 情形3：所有约束条件均起作用
• 4.3.1 中继索引集R的分割已知情况下,最优功率分配
• 4.3.2 最优索引集R的分割
• 第五章 结束语
• 5.1 小结
• 5.2 不足
• 5.3 进一步工作
• 参考文献
• 致谢