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1、毕 业 设 计题 目 基于注水算法的蜂窝网络功率 分配算法与仿真系 别信息工程系专业班级通信专业10K1班学生XX董小蕾指导教师李保罡二一四年六月 / 基于注水算法的蜂窝网络功率分配算法与仿真摘 要随着信息大爆炸时代的来临,信息输出的压力日益增大,无线通信行业正经历着窄带、电路交换系统到宽带、基于IP平台的重大变革。在这个向宽带的演化中,一个共同的主题就是OFDM的使用和开放的网络架构及如何在有限的基站输出功率情况下产生最大的效率。本文结合了先进的OFDM ,即正交频分复用技术。OFDM的优点是,可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 、每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽、每个子信道上的可
2、以看成平坦性衰落、消除码间串扰。本文以OFDM为多蜂窝系统功率分配模型,以功率注水算法为依托。提出了改良版的注水算法,即在注水算法前加以价格参量,其目的是在信道状况好的时刻,多分配功率,信道差的时候,少分配功率,从而最大化传输速率。并且在功率分配时特别在蜂窝间同频子载波干扰严重的情况下,相对于完全非合作博弈论的低效和合作博弈论的庞大开销,引入价格参量的注水算法而分配出来的功率应是每个子载波的最优解,从而可以很方便的实现功率效用的最大化。关键词: OFDM；注水算法；价格控制；功率分配ALLOCATION ALGORITHM AND SIMULATION OF CELLULAR NETWORKS
3、 BASED ON WATER POWERAbstractWith the advent of a new era of the information explosion, the pressure of information output is increasing, and thewireless communications industry is experiencing a narrowband,circuits-switched to broadband, major changes in IP-based platform. It has become increasingl
4、y serious about how to generate maximal effectiveness in the limited base stations output. This thesis integrates with the advanced OFDM system,OFDM is the orthogonal frequency division multiplexing. It can reduce the mutual interference between ICI sub-channels. Signal is less than the bandwidth of
5、 each sub-channel coherence bandwidth for the channel; each sub-channel can be regarded as flat fading, which can eliminate inter-symbol interference. This paper takes OFDM as the power allocation of multi-cellular systems model,relying on Water-filling algorithm. Water-filling algorithm is controll
6、ed by the responsiveness of a link adaptation and dynamically updated along with channel condition, the better Channel conditions are, the more power distribution will get.In this paper,a water-filling algorithm that is proposed to dynamically allocate transmit power,which is reflected by the resour
7、ce price fluctuation is adopted to allocate adaptively. The improved multiuser water-filling algorithm with the price is used to determine the power allocation, realizing to the low efficiency of completely Non-cooperative game theory and the huge cost of inefficient cooperative game theory, which i
8、s a significant performance improvement of the power allocation. In the case of an inter-carrier interference between cellular, introduction of Water-filling algorithm based on the price parameters and the power to be dispensed is the optimal solution for each subcarrier, therefore, it can be very c
9、onvenient to maximize the power utility.Key Words: OFDM; Water-filling algorithm; price parameters; power allocation目 录摘要IAbstract1绪论11.1 引言11.2OFDM技术简介11.3 国外研究现状41.4 论文结构安排62 多蜂窝OFDM系统资源分配的方法72.1 OFDM功率分配方法72.2 OFDM系统资源分配基于注水算法的分类82.2.1 速率自适应92.2.2 余量自适应102.3 功率分配最优解112.4博弈论与无线通信资源优化的结合112.5 本章小结1
10、13 注水算法及基于价格的注水算法133.1 迭代注水算法133.2 基于定价机制的注水算法153.3系统模型16 3.4基于定价机制的注水算法描述183.5仿真模型及参数设置193.6结果论证193.7 本章小结20结论21参考文献22致25 1 绪 论1.1 引言 当信息的传递成为衡量一个时代发展快慢的标杆时,信息传递的方式、效用关系、分配情况等,也获得了越来越多的关注。在当今快速发展的时代影响下,蜂窝网络通信已经展现出它的力不从心,随之而来的以OFDM1为技术支持的新型蜂窝通信可以说是对原蜂窝网络的福音。然而正当我们对OFDM翘首以盼时,伴随着OFDM的发展,OFDM自身的问题也是逐一的
11、暴露出来。首先,OFDM系统对频偏和相位噪声比较敏感。OFDM系统对频偏和相位噪声比较敏感。OFDM技术区分各个子信道的方法是利用各个子载波之间严格的正交性。其次,OFDM系统的功率峰值与均值比2PAPR大,导致射频放大器的功率效率较低。与单载波系统相比,由于OFDM信号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的,这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率,也就会带来较大的峰值均值功率比,对于包含N个子信道的OFDM系统来说,当N个子信道时,功率就是均值功率的N倍,高峰均值比会增大对射频放大器的要求,导致射频信号放大器的功率效率降低。最终,OFDM系统的负载算法和自适应调制技术会增加系统复杂
12、度。负载算法和自适应调制技术的使用会增加发射机和接收机的复杂度,增加不必要的开销,况且当终端移动速度每小时高于30公里时,自适应调制技术就不是很适合了。针对OFDM的上述问题,我们要做的就是扬长避短,而本文就是为了找出一个可以均衡的点。1.2 OFDM技术简介移动通信系统主要包括蜂窝系统3、集群系统、Ad Hoc系统4、卫星通信系统、分组无线网、无绳系统和无线电传呼系统等。蜂窝系统是目前采用最多的移动通信系统。蜂窝通信发展经历了：第一代模拟蜂窝网络系统,第二代数字蜂窝网络系统,第三代系统和超3G蜂窝网络系统,以及以OFDM作为核心技术的第四代移动通信体系。在蜂窝网中,将地理区域划分成类似蜂窝,
13、每个蜂窝单元使用一组频段,邻近蜂窝之间使用不同的频率,较远蜂窝之间采用重复的传输频率。如图1-1所示。 蜂窝网络或移动网络Cellular network。其六边形的设计一方面避免了蜂窝之间的强干扰,另一方面又使得频率复用,提高频带资源的利用率,增加了系统的容量。蜂窝系统由移动台、子站和基站构成。移动台的作用是将需要传的信息经过处理发送给基站,同时接收与自身相关的基站发送的信息并还原成用户可识别的用户信息。子站由电源系统、接收机、发射机组成,它在通信中起中继5的作用即负责移动台和基站,基站和基站之间的信息传输。基站的作用是负责对移动台进行监测、管理、控制和服务。第一代模拟移动通信都采用频分多址
14、6接入方式。第二代数字移动通信采用的主要有两种接入方式：以欧洲大多数国家为代表的时分多址7以及以北美为代表的码分多址8,最典型TDMA方式是GSM9体制。第三代移动通信技术标准包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。 图1-1 蜂窝网示意图OFDM 技术是多载波调制10Multi-Carrier Modulation,MCM的一种,是第四代移动通信的关键技术。这种技术是 HPA 联盟11HomePlugPowerlineAlliance工业规的基础,它采用一种不连续的多音调技术,将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号,从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力,因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。它能够支持固定终端12和移动终端13接入无线城域网。能同时分开多个数字信号,而且在干扰的信号周围可以安全运行。正是由于具有了这种特殊的信号穿透能力,使得OFDM技术深受欧洲通信运营商以及手机生产商的喜爱和欢迎。OFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化,因为通信路径传送数据的能力会随时间发生变化,OFDM能动态地与之相适应,并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信。该技术可以自动地检测传输介质下哪一个特定的载波存
