中继协作通信系统中功率分配及能量效率研究

发布时间：2017-10-05 09:14

  本文关键词：中继协作通信系统中功率分配及能量效率研究

  更多相关文章： 单向中继 双向中继 功率分配 中继选择 能量效率 中断概率

【摘要】：中继协作通信技术能够有效地扩大无线网络覆盖面积、提升系统性能。在中继协作传输系统中,各节点的功率分配会影响链路性能从而引起系统整体性能的变化,采用不同的功率分配策略可以在保证性能的同时降低功率消耗,也可以在固定功率下提升系统性能。对于节点能量靠电池供给的网络,能量效率关系到整个网络的生命周期。为了针对不同应用场景制定合适的协作策略,必须对协作中继网络的能量效率进行分析和对比。基于上述考虑,本文深入研究了单、双向中继协作通信系统中的功率分配、中继选择以及能量效率问题。本文的主要工作与贡献如下:(1)研究了单向中继传输(OWRT)模式,综合常规多跳信道与多跳分集信道的优缺点,提出了一种基于解码转发协议的多跳中继传输系统,实现了上述两种信道在性能和复杂度上的折中,并推导了该系统的中断概率。针对该系统,在固定总功率和各节点功率上限的条件下,提出了一种最有效降低系统中断概率的功率分配方案。仿真表明:在相同的功率分配策略下,该系统的性能优于常规多跳系统;跳数越多,最优功率分配方案对系统中断性能的改善越显著。(2)研究了双向中继传输模式,针对AF协议与DF协议,分别推导了AF-TWRT与DF-TWRT系统的双向OP。以最小化双向平均OP为目标,以总功率为约束条件,求解了两跳AF-TWRT系统的OPA问题。仿真结果表明:当中继靠近一侧终端时,AF-TWRT的中断性能略逊于DF-TWRT的中断性能;在双向速率不对称的情况下,AF-TWRT系统的中断性能明显优于DF-TWRT系统;OPA策略可以有效提升系统的中断性能,特别是当两跳信道状态的差异较大时,OPA策略的优势更加明显。(3)研究了基于放大转发协议的双向多中继传输(AF-TWRT)模式,分析了AF-TWRT系统的功率分配及中继选择问题。以最小化总发射功率为目标,提出了一种基于瞬时信道状态信息的功率分配及中继选择优化策略,该中继选择策略可以在各中继分布式进行。理论推导了所提中继选择策略的分集复用性能。仿真结果表明,与现有的中继选择策略相比,提出的中继选择策略能够以更低的总功率而获得相同的服务质量,并且可以获得满分集。(4)研究了基于统计信道状态信息的AF-TWRT系统的功率分配及中继选择策略。推导了不对称速率情况下AF-TWRT系统的双向中断概率,以双向中断概率为约束条件,利用几何规划和凸优化方法推导了最低总发射功率,并提出了基于最低总功率的中继选择策略,给出了中继选择与功率分配联合优化的具体实施步骤。仿真结果表明:所提的中继选择算法能显著降低系统的总功率;在总功率固定时,所提的联合优化策略能有效降低系统中断概率。(5)研究了基于解码转发协议的OWRT与TWRT系统的能量效率,综合考虑节点的发射功率和电路功率,分析了在严格的传输时延约束下OWRT与TWRT系统的能量效率。通过对传输时间和发射功率的联合优化实现了能量效率的最大化。利用数值仿真对比了OWRT与TWRT的最佳能量效率,揭示了电路功率、数据帧的长度、时延约束以及中继位置对能量效率的影响。
【关键词】：单向中继 双向中继 功率分配 中继选择 能量效率 中断概率
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 专用术语注释表10-13
• 第一章 绪论13-32
• 1.1 课题研究背景13-21
• 1.1.1 中继协作通信技术背景13-14
• 1.1.2 中继协作通信的相关理论14-21
• 1.2 课题的研究意义21-22
• 1.3 课题的研究现状22-28
• 1.3.1 功率分配研究现状22-27
• 1.3.2 能效分析研究现状27-28
• 1.4 研究目标和主要贡献28-30
• 1.4.1 研究目标28-29
• 1.4.2 本文主要贡献29-30
• 1.5 论文结构和安排30-32
• 第二章 OWRT系统性能分析及功率分配32-49
• 2.1 引言32-33
• 2.2 两跳OWRT系统中断性能及功率分配33-41
• 2.2.1 信道及系统模型33-34
• 2.2.2 相关工作34-35
• 2.2.3 中断性能分析35-37
• 2.2.4 最小化中断概率的功率分配37-39
• 2.2.5 仿真结果及分析39-41
• 2.3 多跳OWRT系统中断性能及功率分配41-48
• 2.3.1 信道及系统模型42-43
• 2.3.2 中断概率分析43-44
• 2.3.3 最小化中断概率的功率分配44-45
• 2.3.4 仿真结果45-48
• 2.4 本章小结48-49
• 第三章 TWRT系统性能分析及功率分配49-63
• 3.1 引言49
• 3.2 信道与系统模型49-51
• 3.3 相关工作51
• 3.4 中断性能分析51-58
• 3.4.1 AF-TWRT系统中断概率52-53
• 3.4.2 DF-TWRT系统中断概率53-56
• 3.4.3 仿真分析56-58
• 3.5 最小化OP的功率分配58-62
• 3.5.1 功率分配策略58-60
• 3.5.2 仿真结果与分析60-62
• 3.6 本章小结62-63
• 第四章 TWRT中基于瞬时CSI的PA及RS联合优化63-76
• 4.1 引言63-64
• 4.2 信道及系统模型64-66
• 4.3 基于瞬时CSI的PA及RS联合优化66-69
• 4.3.1 最小化功耗的功率分配66-68
• 4.3.2 最小化功耗的中继选择68
• 4.3.3 中继选择及功率分配联合优化策略68-69
• 4.4 DMT分析69-71
• 4.5 仿真结果及分析71-75
• 4.6 本章小结75-76
• 第五章 TWRT中基于统计CSI的PA及RS联合优化76-86
• 5.1 引言76-77
• 5.2 系统模型及中断概率分析77-79
• 5.3 基于统计CSI的PA及RS联合优化79-82
• 5.3.1 最小化功耗的功率分配79-81
• 5.3.2 最小化功耗的中继选择81-82
• 5.3.3 功率分配与中继选择的联合优化策略82
• 5.4 仿真结果与分析82-85
• 5.5 本章小结85-86
• 第六章 OWRT与TWRT的能量效率研究86-102
• 6.1 引言86-88
• 6.2 系统及信道模型88
• 6.3 DF-OWRT的能量效率优化88-92
• 6.3.1 DF-OWRT的能耗分析89-90
• 6.3.2 DF-OWRT的能量效率优化90-92
• 6.4 DF-TWRT的能量效率优化92-97
• 6.4.1 DF-TWRT的能耗分析93-94
• 6.4.2 DF-TWRT的能量效率优化94-97
• 6.5 仿真结果与分析97-101
• 6.6 本章小结101-102
• 第七章 总结与展望102-105
• 参考文献105-112
• 附录1 攻读博士学位期间撰写的论文112-113
• 附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目113-114
• 致谢114

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 江若宜;季薇;郑宝玉;;无线传感器网络中协作通信的能耗优化方法研究[J];电子与信息学报;2010年06期

2 吉晓东;郑宝玉;邹丽;;基于网络编码的双向中继系统中断性能分析[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2011年01期

，

本文编号：975959