CDMA系统中基于多目标优化的功率控制机制的设计与仿真

论文摘要

随着无线通信的迅速发展及其应用的不断深入,人们对移动通信的需求也日益增长。目前,基于码分多址(Code Division Multiple Access, CDMA)技术的第三代移动通信系统已经被广为应用,但对其关键技术的研究仍有待深入。CDMA系统中存在着“远近效应”、“多址干扰”、“阴影效应”等,严重影响通信质量,导致系统容量降低。作为CDMA系统关键技术之一,功率控制技术能够有效地处理这些问题。功率控制技术的应用,一方面由于功率的补偿,削弱了环境中的衰落影响；另一方面,移动台将使用满足服务质量要求的最低发射功率水平进行通信,既减小了自己的功率消耗,又降低了自身功率对系统中其它终端的干扰,进而提高了系统容量,同时延长了用户电池使用时间。本文对CDMA系统的功率控制机制进行了研究,在总结国内外研究成果的基础上,提出了应用多目标技术和遗传算法解决功率控制问题的构想。文章针对CDMA系统,首先从保证用户服务质量同时最小化系统的功率消耗的角度出发,提出了一种新的多目标功率控制机制,利用多目标技术的优越性以及遗传算法的随机性和灵活性,实现系统用户的最优功率分配。该算法要求系统中所有移动用户根据自身位置、服务质量协调他们的发射功率。接着本文针对实际通信需要,研究了多业务CDMA移动通信系统的功率控制问题,提出了一种联合功率控制算法,同样应用多目标技术和遗传算法完成功率的最优分配。该算法着眼于系统中不同业务用户的数据传输速率要求、最小化系统中断概率以及最小化各用户功率消耗之和的三个彼此矛盾的目标的协调与折中。为了验证算法的有效性和可行性,本文应用Matlab对两种算法进行了仿真模拟实验。仿真结果表明,本文提出的基于多目标技术和遗传算法的功率控制机制,相对于传统算法极大地节省了系统功率消耗,降低了系统中断概率,增加了系统容量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文研究的意义
• 1.3 课题研究现状
• 1.4 课题来源
• 1.5 本文主要研究内容与论文安排
• 第2章 CDMA系统功率控制理论基础
• 2.1 移动通信系统的信道环境
• 2.1.1 自由空间传播
• 2.1.2 慢衰落
• 2.1.3 快衰落
• 2.2 CDMA系统功率控制理论概述
• 2.2.1 CDMA系统性能重要参数
• 2.2.2 CDMA系统功率控制的目的
• 2.2.3 CDMA系统功率控制的方法
• 2.2.4 影响功率控制机制性能的因素
• 2.3 典型功率控制算法研究
• 2.3.1 分布式功率控制算法简介
• 2.3.2 非合作博弈的功率控制算法简介
• 2.4 本章小结
• 第3章 多目标技术与遗传算法理论概述
• 3.1 多目标优化问题的研究
• 3.1.1 多目标优化问题描述
• 3.1.2 多目标优化问题的研究方法和现状
• 3.2 遗传算法理论概述
• 3.2.1 遗传算法的基本原理
• 3.2.2 遗传算法的特点
• 3.2.3 遗传算法的应用
• 3.3 NSGA遗传算法的研究
• 3.3.1 NSGA算法的基本思想及不足
• 3.3.2 NSGA-Ⅱ的基本思想
• 3.3.3 NSGA-Ⅱ运行参数的改进
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于多目标技术与遗传算法的功率控制机制的设计与仿真
• 4.1 多目标功率控制机制的优化模型
• 4.1.1 系统模型
• 4.1.2 优化问题的形成
• 4.1.3 数学函数优化模型
• 4.2 基于NSGA-Ⅱ的功率控制算法设计
• 4.2.1 功率控制的编码解码设计
• 4.2.2 初始化种群
• 4.2.3 功率控制的适应度函数
• 4.2.4 多目标功率控制的选择机制
• 4.2.5 交叉与变异机制的设计
• 4.2.6 终止条件
• 4.2.7 解决方案的选择
• 4.2.8 算法流程
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 仿真初始设置
• 4.3.2 性能评价
• 4.4 本章小结
• 第5章 多业务CDMA系统联合功率控制机制的设计与仿真
• 5.1 多目标联合功率控制机制优化模型设计
• 5.1.1 系统模型及多速率CDMA系统中的基本关系
• 5.1.2 基于多目标技术的联合功率控制机制的提出及数学模型
• 5.2 基于遗传算法的多目标联合功率控制机制的解决方案设计
• 5.2.1 算法关键环节阐述
• 5.2.2 算法流程
• 5.3 仿真分析
• 5.3.1 仿真环境
• 5.3.2 性能评价
• 5.4 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢