协作通信系统中继节点的能耗控制和优化技术研究

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1、4．2能耗分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．294．2．1直接传输⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一294．2．2协作传输⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。304．3仿真结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．314．3．1不同中断概率协作增益⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3l4．3．2等功率分配功耗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．324．3．3最佳功率分配功耗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．334．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯345基于次优贪婪算法的能耗优化方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯355

2、．1系统模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯355．1．1直接传输⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。355．1．2协作传输⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．365．2系统优化方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．385．2．1两节点网络⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。395．2．2次优贪婪算法的能耗优化方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．425．3仿真结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯435．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯456结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯466．1全

3、文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯466．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．46参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48作者简历⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51独创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52学位论文数据集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯531引言1．1研究背景随着科学技术的发展，尤其是物理学和材料学这两门学科的发展，移动通信技术被迅速地应用到了人们生活领域中的各个方面。20世界80年代，产生了以频分多址、模拟语音调制技术为核心的第

4、一代移动通信系统。作为新兴技术，它为人们的生活提供了巨大的便利，但是受到科学技术发展的限制，第一代移动通信系统被传输带宽的问题所制约着，因而导致了通信质量低、保密性差、容量小等缺点。然而，科学技术的发展是飞速的，以数字技术为核心的第二代移动通信系统很好地解决了或缓解了上述问题。码分多址和时分多址的数字技术具有比模拟技术十分明显的优点，因此第二代移动通信系统的通信质量较高、保密性增强、容量也变大了。此外，第二代移动通信系统还提供了数字业务的功能，但是此时的数据业务的低速率尚不能满足人们生活的要求。作为兼具第二代移动通信系统优点的第三代移动通信系统提高了数据业务的传输速率，不同标准的3G技

5、术——WCDMA、CDMA2000、TD．SCDMA在实际生活中被人们使用的频率越来越高。21世纪，一个信息高速发展的时代，它对移动通信技术提出了更高的要求，同时，3G系统中标准的多样性因其标准的差异性产生了兼容性的问题，这些因素促进了第四代移动通信系统，即下一代移动通信系统的研发，而协作通信技术作为下一代移动通信系统中的关键技术受到了人们越来越多的关注和研究。无线通信技术充斥人们生活的各个角落即意味着人们对移动通信系统的需求越来越大；然而，无线通信有着不可忽视的无线信道的多径传播、信道衰落问题，这些使得本就有限的无线频谱资源的利用率变得更低。为了解决这些问题，MIMO技术诞生了。最早

6、提出该技术的是Telatar和Foschini，此后学者们的大量研究发现该技术能够联合优化多径信号，可以在不增加发送功率和系统带宽的基础上成倍地提高系统容量【1】【2】和频谱利用掣3】【4】。但是，虽然MIMO技术是对抗信道衰落的最优技术，可它所需要的多天线使得通信终端设备的体积庞大，制造成本高昂，该技术在生活、生产中的应用和实现都比较困难，此时虚拟MIMO技术的思想被提了出来，即协作通信技术的研究、开发、应用从无到有了。协作通信技术利用相邻节点的单天线组成一个虚拟的多天线环境来解决实际中一个节点安装多个天线困难的问题，通过该法产生了分集增益，实现了MIMO技术的核心价值。MIMO通信

7、技术能够对抗多径衰落，提高系统容量，带来巨大的空间分集增益。而空间分集是分集技术的重要组成部分。分集技术利用多条传输相同信息、且具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径，并在接收端对这些信号进行适当的合并(Combining)，以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。通常可以从七个方面进行分集：空间、角度、极化、场分量、频率、多径和时间。空间分集是通过使用多个发送或接收天线来实现的。天线问的间隔必须选取恰当，使得每个分集