中继协同MIMO-OFDM系统功率分配方案的研究

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无线协同通信是目前研究的热点问题,它利用虚拟天线阵列的相互协作来获得用户分集和空间分集增益,能为系统提供较高的数据传输速率,使系统的覆盖范围增大等。MIMO(Multiple Input Multiple Output)系统在接收端和发射端配置多个天线,利用信号传输过程中产生的多径效应,抑制信道衰落,能在不增加带宽的情况下,成倍地提高系统的容量和频谱效率,成功解决了系统带宽问题。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术,通过将宽带信道转化成若干个相互正交的窄带子信道,当这些子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽时,信道上的频率选择性衰落可以被有效地抑制。  MIMO-OFDM系统集合了 MIMO和OFDM两大技术优势,可以有效的对抗多径效应、频率选择性衰落,提高系统的可靠性、数据传输速率和频谱利用率。加入协同技术的 MIMO-OFDM系统无疑具有更佳的性能表现。对于无线协同系统,合理的资源分配、有效的功率分配方案不仅能节约资源,更能大大的提高系统性能。本文主要从两个方面,研究了基于信道容量最大化的中继协同MIMO-OFDM系统功率分配问题。  首先,对于多中继放大转发协同分集系统下的功率分配问题,在约束系统总功率的条件下,通过系统建模和运用二分搜索算法,得出了最大化信道容量下的最优功率分配算法的解。理论分析和仿真验证了在随机瑞利信道下,提出的算法较等功率分配方案下的性能有较大的提高。同时仿真验证了系统信道容量分别与系统总功率,中继位置及个数的关系。实验表明,只要对系统进行合理的资源分配,总是存在最优的中继位置、中继个数和最优的功率分配方案使得系统性能最优。  接着,对于译码转发中继协同传输的两跳式 MIMO-OFDM系统的信道容量最大化下的功率分配问题,在源节点和中继节点发射功率分别受限的条件下,首先提出了一种基于改进的差分进化的智能功率分配算法。然后将非线性优化问题转化为较易处理的线性优化问题,通过构造 Lagrange函数并借助 KKT条件、二分搜索算法,又提出另一种最优功率分配方案,定义其为基于二分法的 Lagrange功率分配算法。  通过仿真验证,本文提出的两种功率分配算法相较于等功率分配算法均有很大的性能提升。
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