基于能效的協(xié)作通信系統(tǒng)研究.pdf

1、無線通信的發(fā)展一直強調(diào)為用戶提供3A服務(Anytime，Anywhere，Anymedia)，即在任何時間、任何地點用戶通過任何介質(zhì)都可以獲得優(yōu)質(zhì)的通信服務。隨著通信事業(yè)飛速發(fā)展以及移動終端的廣泛應用，基站數(shù)量、數(shù)據(jù)中心等通信設備的投入在不斷增加，通信業(yè)對電力等能源的要求也越來越高，其所消耗的能源占社會總能源消耗的比重越來越大。未來無線通信技術(shù)正面向綠色通信的方向發(fā)展，旨在為用戶提供3R服務(Righttime，Rightplace，

2、Rightservice)，即在需要的時候需要的地點為用戶提供最適當?shù)姆?，根?jù)用戶的不同需求，提供滿足用戶需求的服務，以提高整個通信系統(tǒng)的能量效率[1]。許多標準化組織和運營商都開始關(guān)注下一代無線通信中能量效率問題，諸多旨在提高無線通信網(wǎng)絡能量的效率進而降低通信的運營成本的相關(guān)研究正在開展。隨著我國資源節(jié)約型社會建設的不斷推進，可以預見未來對無線通信網(wǎng)絡以及設備能耗的要求會越來越嚴格。
　　多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)通過在通信

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。但由于無線終端設備受尺寸或硬件復雜度等的限制，使得終端設備或無線節(jié)點安裝多個天線難以實現(xiàn)，因而MIMO技術(shù)的應用受到了阻礙。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環(huán)境下，利用無線信道的廣播特性，使單天線終端在多用戶場

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)性能和擴展無線通信的覆蓋范圍。本論文重點研究了在全面考慮能效問題的情況下，協(xié)作通信技術(shù)中繼選擇和功率分配策略，論文工作有較強的理論意義和應用前景。
　　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)作通信研究的熱點問題。然后提出了一種基于能效的單中繼節(jié)點協(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，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，并分析了單個中繼節(jié)點位置對系統(tǒng)能效狀況的影響。
　　其次，在基于能效的多中繼節(jié)點協(xié)作系統(tǒng)中，假定中繼節(jié)點是獨立同分布的情況下，首先對傳輸模式進行選擇，選擇能效最優(yōu)的傳輸方式進行傳輸。以最優(yōu)化系統(tǒng)的能效指標為目標，結(jié)合數(shù)學知識分別求得了在不同傳輸模式下，系統(tǒng)最優(yōu)的傳輸功率。同時在協(xié)作模式傳輸下，給出了功率在