全双工通信系统功率分配研究

作     者：叶恒东 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾云健

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：全双工通信 功率分配 和速率 能量效率 

摘      要：随着通信技术的不断发展,网络中的设备数量井喷式增长,网络承载的数据量也不断增加,各种业务需求也推陈出新。涌现了大批新兴通信场景及业务,比如远程医疗、工业自动化、智慧交通、智慧城市等。随着新的应用场景不断产生,网络系统为了适应新场景和新业务超高数据吞吐量、海量终端连接、超高可靠低时延和超高速移动等一系列严苛的指标,需要对有限的频谱和设备资源进行有效合理分配来保证所有用户的良好体验。这些新兴的通信场景和业务需求对网络的承载能力提出了更高的挑战,需要在有限的频谱资源下需要实现更高的通信速率,同时还要保证设备具有优秀的能量效率。全双工传输在提高无线通信系统的总通信速率方面有很大的潜力得到了广泛的共识。通过全双工技术可以实现在发送和接收方同时同频的传输数据,可以有效的提升系统的通信速率,理论上来说可以使系统的频谱效率翻倍。然而,由于全双工同时发送和接收的特性,全双工发射器引入的自干扰给提高能量效率带来了巨大挑战。本文研究了在正交频分复用信道上的全双工双向通信(Full-duplex two-way,FDTW)系统的功率分配问题,力求系统整体通信速率和能量效率最大时寻求最佳功率分配策略。本文首先分析了在单载波FDTW系统中实现最大通信速率和能量效率的最佳功率分配策略。对于最大通信速率提出了最佳的功率选择方案,分析了系统信道增益,自干扰系数等参数对发送策略的影响,进一步利用分数规划来求解能量效率最佳下的最佳发送功率。然后,本论文将单载波情况下得到的结论应用于多载波FDTW通信系统。进一步研究了多载波FDTW系统中的通信速率和能源效率最佳时的功率分配问题。特别是,使用所提出的合作迭代算法,用连续迭代优化找到系统的次优解,以此逼近系统的理论最大值。针对多载波FDTW系统的能量优化问题,结合连续迭代方案和分数规划,进一步最大化了多子载波系统的能量效率,并得到系统最佳的发送功率。