發(fā)布時(shí)間：2020-05-30 16:54

【摘要】：采用正交頻分復(fù)用的多載波中繼(Multicarrier Relay,MR)協(xié)作技術(shù),可以提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率、擴(kuò)大通信范圍及減少長(zhǎng)距離通信過程中出現(xiàn)的信號(hào)衰減等問題。同時(shí),在時(shí)延敏感的無線通信環(huán)境下,時(shí)延服務(wù)質(zhì)量(Quality-of-Service,QoS)是衡量無線通信系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。另一方面,能量收集無線通信系統(tǒng)可以降低對(duì)外界供電設(shè)備的依賴,依靠自身收集能量進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)通信的可持續(xù)性和穩(wěn)定性。因此,在具有能量收集節(jié)點(diǎn)的多載波中繼(Energy Harvesting MR,EHMR)通信系統(tǒng)中,考慮時(shí)延QoS要求,如何合理分配系統(tǒng)頻譜、功率等資源,提高整個(gè)系統(tǒng)的通信性能,是資源分配研究的核心。論文針對(duì)基于時(shí)延QoS的EHMR通信系統(tǒng),分別在確定信道和不確定信道信息場(chǎng)景下,采用凸優(yōu)化方法和魯棒性優(yōu)化方法,對(duì)通信系統(tǒng)的子載波和功率分配進(jìn)行研究,規(guī)劃問題、求解,并進(jìn)行仿真驗(yàn)證和分析。論文的研究工作包括:(l)簡(jiǎn)述了基于時(shí)延QoS要求的EHMR系統(tǒng)研究的相關(guān)背景,如多載波中繼通信技術(shù)的發(fā)展和研究、能量收集通信系統(tǒng)的研究概況、滿足時(shí)延QoS要求的通信系統(tǒng)的資源分配研究以及非確定信道下的魯棒性資源分配研究等。進(jìn)一步,論文介紹了相關(guān)數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ),如凸優(yōu)化理論、Taylor近似法、魯棒性優(yōu)化方法等。(2)在信道狀態(tài)信息確定的情形下,研究EHMR系統(tǒng)的資源分配問題。以實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的有效容量最大化為目標(biāo),滿足系統(tǒng)時(shí)延服務(wù)質(zhì)量QoS的要求,建立系統(tǒng)模型并規(guī)劃優(yōu)化問題。同時(shí),利用Taylor近似和凸優(yōu)化理論對(duì)對(duì)優(yōu)化問題求解,并采用子梯度迭代法進(jìn)行數(shù)值求解,得到系統(tǒng)的最優(yōu)資源分配方案。為降低計(jì)算復(fù)雜度,論文提出一種次優(yōu)化的資源分配方案,根據(jù)信道狀態(tài)信息對(duì)子載波進(jìn)行分配,確定子載波分配方案后,重新規(guī)劃問題,求解得到信號(hào)發(fā)送功率的分配方案。在以上基礎(chǔ)上,利用蒙特卡羅仿真方法對(duì)提出的最優(yōu)資源分配方案和次優(yōu)資源分配方案進(jìn)行驗(yàn)證和分析。通過幾種資源分配方案的對(duì)比結(jié)果表明,在相同條件下,采用提出的最優(yōu)資源分配方案,在保證時(shí)延QoS條件下,可以獲得最大的有效容量,通信性能最優(yōu)。(3)考慮在非確定信道狀態(tài)信息的情形下,研究EHMR系統(tǒng)在滿足時(shí)延QoS要求的魯棒性資源分配方案。采用Worstcase方法,將非確定信道下的信道功率增益值表示為估計(jì)值和誤差值兩部分之和,且利用一般范數(shù)模型可以將誤差值表示成一個(gè)不確定集并且為該不確定區(qū)域設(shè)置一個(gè)上界。在滿足能量約束和時(shí)延要求的條件下,規(guī)劃魯棒性優(yōu)化問題,然后利用拉格朗日對(duì)偶方法對(duì)該問題進(jìn)行求解,獲得魯棒性資源分配問題的最優(yōu)解。該最優(yōu)解中信道功率增益值含有不確定的參數(shù):不確區(qū)域的上界和在該不確定區(qū)域中功率增益取各種值的取值概率。在以上基礎(chǔ)上,論文進(jìn)行仿真分析,研究了信道功率增益值、不確定區(qū)域上界和取值概率之間的關(guān)系,進(jìn)一步,分析了魯棒性資源分配方案中時(shí)延QoS參數(shù)、各時(shí)隙收集的能量、不確定區(qū)域上界和取值概率等參數(shù)對(duì)通信系統(tǒng)有效容量的影響。結(jié)果表明,在非確定信道狀態(tài)信息下,提出的魯棒性資源分配方案能夠?qū)崿F(xiàn)有效容量和系統(tǒng)穩(wěn)健性的折衷。
【圖文】：

１．１所示，按照其功能不同，中繼可以分為以下模式：逡逑１）放大－轉(zhuǎn)發(fā)（Ａｍｐｌｉｆｙ－ａｎｄ－Ｆｏｒｗａｒｄ，ＡＦ）模式逡逑如圖１．１邋（ａ）工作在ＡＦ模式的中繼對(duì)信號(hào)采用模擬處理，即中繼對(duì)從基站或逡逑者用戶那里接收到的信號(hào)不進(jìn)行解調(diào)或解碼，而是放大該信號(hào)并發(fā)送給接收端。逡逑處于ＡＦ模式下的中繼，其工作機(jī)制簡(jiǎn)單且時(shí)延也較短，缺點(diǎn)是中繼會(huì)同時(shí)對(duì)信號(hào)逡逑中的噪聲及干擾進(jìn)行放大，所以對(duì)于一些對(duì)噪聲敏感的通信系統(tǒng)來說，該模式下逡逑的中繼有一定局限性。逡逑ｉ——Ｌ、…逡逑基站邐中繼邐、p哄義洗湫藕佩謂郵諡敵牛掊斡沒у義蠑5大逡逑（ａ）邐ＡＦ中繼逡逑邐４、逡逑基站邐中繼邐、翁逡逑用戶逡逑（＞＾邋解調(diào)／解碼邐調(diào)制／編碼邐功率放大逡逑（ｂ）邐ＤＦ中繼逡逑圖１．１中繼不同的工作模式及工作原理逡逑２）解碼－轉(zhuǎn)發(fā)（Ｄｅｃｏｄｅ－ａｎｄ－Ｆｏｒｗａｒｄ，ＤＦ）模式逡逑解碼轉(zhuǎn)發(fā)也稱為前向譯碼，利用中繼對(duì)接收到的信號(hào)先

ＥＨＭＲ系統(tǒng)的資源分配問題，，通過對(duì)系統(tǒng)中子載波、功率資源的分配，在滿足時(shí)逡逑延約束的條件下，以系統(tǒng)的效容量最大化為目標(biāo)，依次展開研宄。論文的結(jié)構(gòu)框逡逑架如圖１．３所示。逡逑＿邐／邐７邐／邐７逡逑時(shí)邐／確定信道狀況下系統(tǒng)資源分配邐／邐／邐／逡逑ｆ邐／邐／邐／邐／逡逑｜邐／邐？基于時(shí)延ＱｏＳ的最優(yōu)化資源分配／邐非確定信道狀況下系統(tǒng)資源分配逡逑多邐／邐方案邐／邐／逡逑１邐Ｉ邐：0最優(yōu)功率分配方案邐；邐；？基于時(shí)延郵的最優(yōu)化資源分配方，逡逑｜邐＿邐２）最優(yōu)子載波分配方案邐Ｋ邐、逡逑能：一＾＇邋＼邐？基于時(shí)延ＱｏＳ的次優(yōu)資源分配方Ｉ—￣：邋＼邐？邋Ｗｏｒｓｔｃａｓｅ＾ｉｉ逡逑｜邋＇￣＼／邐＾邐￣［／邐１）信道增益的公式推導(dǎo)逡逑

本文編號(hào)：2688429