基于能效的協(xié)作通信系統(tǒng)研究.pdf

1、無(wú)線通信的發(fā)展一直強(qiáng)調(diào)為用戶(hù)提供3A服務(wù)(Anytime，Anywhere，Anymedia)，即在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)用戶(hù)通過(guò)任何介質(zhì)都可以獲得優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。隨著通信事業(yè)飛速發(fā)展以及移動(dòng)終端的廣泛應(yīng)用，基站數(shù)量、數(shù)據(jù)中心等通信設(shè)備的投入在不斷增加，通信業(yè)對(duì)電力等能源的要求也越來(lái)越高，其所消耗的能源占社會(huì)總能源消耗的比重越來(lái)越大。未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)正面向綠色通信的方向發(fā)展，旨在為用戶(hù)提供3R服務(wù)(Righttime，Rightplace，

2、Rightservice)，即在需要的時(shí)候需要的地點(diǎn)為用戶(hù)提供最適當(dāng)?shù)姆?wù)，根據(jù)用戶(hù)的不同需求，提供滿足用戶(hù)需求的服務(wù)，以提高整個(gè)通信系統(tǒng)的能量效率[1]。許多標(biāo)準(zhǔn)化組織和運(yùn)營(yíng)商都開(kāi)始關(guān)注下一代無(wú)線通信中能量效率問(wèn)題，諸多旨在提高無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)能量的效率進(jìn)而降低通信的運(yùn)營(yíng)成本的相關(guān)研究正在開(kāi)展。隨著我國(guó)資源節(jié)約型社會(huì)建設(shè)的不斷推進(jìn)，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)備能耗的要求會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格。
　　多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)通過(guò)在通信

3、的發(fā)送端和接收端引入多天線形成多天線分集發(fā)送和多天線分集接收的系統(tǒng)，在不增加系統(tǒng)帶寬以及發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量。但由于無(wú)線終端設(shè)備受尺寸或硬件復(fù)雜度等的限制，使得終端設(shè)備或無(wú)線節(jié)點(diǎn)安裝多個(gè)天線難以實(shí)現(xiàn)，因而MIMO技術(shù)的應(yīng)用受到了阻礙。作為MIMO技術(shù)的延伸，A.Sendonaris等人在2002年提出協(xié)作通信技術(shù)[2][3]，其基本思想是在多用戶(hù)環(huán)境下，利用無(wú)線信道的廣播特性，使單天線終端在多用戶(hù)場(chǎng)

4、景下共享彼此的天線，可以在不需要額外增加投資的情況下，形成一個(gè)虛擬的多天線收發(fā)系統(tǒng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)空間分集，提高系統(tǒng)性能和擴(kuò)展無(wú)線通信的覆蓋范圍。本論文重點(diǎn)研究了在全面考慮能效問(wèn)題的情況下，協(xié)作通信技術(shù)中繼選擇和功率分配策略，論文工作有較強(qiáng)的理論意義和應(yīng)用前景。
　　本文從協(xié)作通信的基本概念和原理出發(fā)，分析了協(xié)作通信中常用的協(xié)作通信協(xié)議，介紹了有關(guān)協(xié)作通信研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。然后提出了一種基于能效的單中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)作通信系統(tǒng)。將系統(tǒng)的傳輸分

5、為直接傳輸模式和協(xié)作傳輸模式，以最大化系統(tǒng)能效為目標(biāo)，選擇最優(yōu)的傳輸模式。仿真分析了基于能效最優(yōu)的方案與基于系統(tǒng)性能方案的不同，并分析了單個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)位置對(duì)系統(tǒng)能效狀況的影響。
　　其次，在基于能效的多中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)作系統(tǒng)中，假定中繼節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立同分布的情況下，首先對(duì)傳輸模式進(jìn)行選擇，選擇能效最優(yōu)的傳輸方式進(jìn)行傳輸。以最優(yōu)化系統(tǒng)的能效指標(biāo)為目標(biāo)，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)分別求得了在不同傳輸模式下，系統(tǒng)最優(yōu)的傳輸功率。同時(shí)在協(xié)作模式傳輸下，給出了功率在