OFDM中继系统的资源分配算法研究

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中继技术可以扩大基站的覆盖范围,提高边缘用户速率,已经成为移动通信的关键技术之一;OFDM技术可以有效降低宽带无线通信系统在多径衰落信道下的符号间干扰,已在宽带无线通信中得到广泛应用。为了有效利用中继和OFDM技术的特点,基于中继的OFDM系统相关技术的研究已经受到人们的广泛关注。本文主要对基于中继的OFDM系统自适应资源分配算法进行了深入的研究。介绍了OFDM调制方案下的两跳AF中继链路算法,针对系统的能量效率问题,重点研究了三种不同效用函数下的资源分配问题:(1)针对多中继OFDM系统下的改进译码转发(DF)协作通信网络,在系统速率受限条件下,以最小化系统功率为效用函数,提出了一种子载波配对、中继选择和功率分配联合优化算法。为了降低系统复杂度,该算法将最优化模型转化为凸规划问题,并采用对偶分解的方法将该问题转化为三个子问题:首先假定载波配对变量和中继决定因子给定的情况下,采用注水定理,求出基站和中继的功率分配;然后假定载波配对变量给定情况下,求出中继决定因子;最后利用匈牙利算法求出载波配对变量。(2)研究了单中继多用户OFDM系统中的能量效率问题,提出了一种单中继多用户OFDM网络中在联合功率约束下的最大化系统能量效率的资源分配算法。该算法以最大化系统每焦耳发送的比特数为效用函数,同时兼顾用户的公平性,采用分式规划的方法将优化模型转化为凸规划模型,将子载波配对、子载波-用户分配的三维分配问题经连续缩放之后采用拉格朗日对偶方法求得最优解。仿真结果表明,当系统发射功率超出一定限值时,系统的能量效率值能够保持不变。(3)考虑多中继和多用户的OFDM中继网络,以最大化系统时间平均下每焦耳传输的比特数为效用函数,提出了一种低复杂度的以最大化用户系统能量效率的子载波-功率分配和中继选择算法。该算法首先将最大化用户时间平均下每焦耳传输的比特数转化为最大化用户时间平均下每瓦传输的比特速率,然后,通过转化将该能量效率问题直接转化为中继选择、子载波分配和求解各链路容量的问题。仿真结果表明,该算法能够以较低的复杂度达到和穷举法相似的性能。
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