協(xié)作超寬帶系統(tǒng)資源優(yōu)化分配算法研究.pdf

1、協(xié)作（Cooperative）分集技術(shù)是近幾年發(fā)展十分迅猛的通信技術(shù)，它是基于中繼傳輸原理，通過(guò)用戶之間的協(xié)作傳輸實(shí)現(xiàn)空間分集增益?？捎行?duì)抗無(wú)線衰落、提高通信的可靠性，是未來(lái)無(wú)線通信領(lǐng)域廣泛采用的重要傳輸技術(shù)之一。
　　 UWB（Ultra-WideBand，超寬帶）通信技術(shù)以其巨大的帶寬資源、高速率、低功耗等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)成為無(wú)線個(gè)域網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而如何在發(fā)射功率受限的情況下有效提高系統(tǒng)性能是超寬帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)中面臨的挑戰(zhàn)。UW

2、B設(shè)備在無(wú)線個(gè)域網(wǎng)中多出現(xiàn)在家庭及辦公室環(huán)境中，通常只有很少的設(shè)備處于同時(shí)工作的狀態(tài)，使得在UWB系統(tǒng)中引入?yún)f(xié)作分集技術(shù)成為一種非常好的解決方案。
　　 本論文首先綜述了國(guó)內(nèi)外協(xié)作通信技術(shù)、超寬帶技術(shù)的研究熱點(diǎn)及進(jìn)展。研究了再生和非再生協(xié)作無(wú)線通信系統(tǒng)的性能，并重點(diǎn)對(duì)多用戶協(xié)作超寬帶系統(tǒng)的資源優(yōu)化分配算法展開(kāi)深入的研究和探討。具體研究工作包括以下兩方面：
　　 一方面是關(guān)于協(xié)作無(wú)線通信系統(tǒng)性能分析的研究工作，主要包括：<

3、br>　　 在Rayleigh衰落環(huán)境和基于DF再生中繼并行協(xié)作框架下，研究了多點(diǎn)再生協(xié)作通信系統(tǒng)性能。針對(duì)最大比合并（MRC）接收與選擇合并（SC）接收處理技術(shù)，采用平均分配功率（EPA）方法和近似最優(yōu)功率分配（A-OPA）方法給出了多點(diǎn)再生協(xié)作通信系統(tǒng)誤符號(hào)率SER的漸近表達(dá)式和功率分配。
　　 在Rayleigh衰落環(huán)境和基于AF非再生中繼并行協(xié)作框架下，研究了多點(diǎn)非再生協(xié)作通信系統(tǒng)性能。基于一種有效的數(shù)值計(jì)算方法-調(diào)和

4、平均數(shù)方法推導(dǎo)其累計(jì)分布函數(shù)CDF、概率密度函數(shù)PDF、中斷概率函數(shù)OP和誤符號(hào)率SER近似表達(dá)式。這些數(shù)學(xué)表達(dá)式對(duì)于性能分析及研究參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響都具有一定的實(shí)用價(jià)值。
　　 另一方面是關(guān)于協(xié)作超寬帶系統(tǒng)資源優(yōu)化分配算法的研究工作，主要包括：
　　 針對(duì)非再生協(xié)作多頻帶超寬帶系統(tǒng)，在推導(dǎo)其誤符號(hào)率SER表達(dá)式的基礎(chǔ)上，分別在發(fā)送功率最小化和覆蓋范圍最大化的優(yōu)化目標(biāo)下，提出了關(guān)于子頻帶、功率及中繼位置的資源優(yōu)化分配算

5、法，該算法將拉格朗日乘子法及求解一元三次方程的方法應(yīng)用到數(shù)學(xué)推導(dǎo)中。仿真結(jié)果證明該算法可使系統(tǒng)總功率消耗有效減少，誤符號(hào)率性能和覆蓋范圍顯著改善。
　　 針對(duì)分簇多頻帶超寬帶系統(tǒng)，引入?yún)f(xié)作分集技術(shù)，提出改進(jìn)的TFC模型，基于凸優(yōu)化理論提出了簇分配算法和二維功率分配遞歸算法。為降低算法復(fù)雜度，進(jìn)一步提出了以用戶對(duì)簇的相對(duì)需求度為判斷的快速跨層資源優(yōu)化分配算法。該算法可在滿足用戶服務(wù)質(zhì)量QoS的前提下最大化系統(tǒng)容量。
　　

6、將博弈論引入到協(xié)作超寬帶系統(tǒng)的資源優(yōu)化分配算法中，提出了基于合作博弈論的納什議價(jià)解方法，以最大化系統(tǒng)凈效用為目標(biāo)、以用戶QoS需求作為公平性指標(biāo)的協(xié)作伙伴選擇算法和自適應(yīng)功率分配算法。仿真中與最大化系統(tǒng)速率（max-rate）和最大化最小用戶速率（max-min）公平性算法比較，證明該算法在系統(tǒng)速率和用戶QoS公平性兩方面有很好的折衷。
　　 將機(jī)會(huì)中繼方式引入到協(xié)作超寬帶系統(tǒng)中，提出一個(gè)新的系統(tǒng)“機(jī)會(huì)中繼協(xié)作超寬帶系統(tǒng)”，推導(dǎo)