【协同通信的单向功率分配方案的仿真分析案例4600字】

--9-协同通信的单向功率分配方案的仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u27975协同通信的单向功率分配方案的仿真分析案例 1109241.1仿真参数设置 155341.2仿真结果对比分析 274471.2.1节点发射功率与源节点和目的节点链路距离分析 2227041.2.2算法对比分析 3284201.2.3目的节点信息传输速率与中继节点位置分析 7212781.2.4目的节点信息传输速率与源节点和目的节点链路距离分析 8271971.2.5协同分集系统的信道容量与信噪比分析 9288111.2.6信道容量与节点发射功率分析 101.1仿真参数设置本文在半双工单中继协同系统中，提出节点功率分配方案：在目的节点信息传输速率达到最大值，得到源节点与中继节点的功率。在节点总功率约束条件下，求解目的节点信息速率最大化的目标函数后，得到源节点与中继节点的功率值，即最优功率值。我们在本章中介绍蒙特卡洛仿真结果，通过非协同方案、等功率分配方案、最优功率分配方案与本文所提功率分配方案对比，以评估所提方案对系统性能的影响。非协同方案[60]中，只存在一条源节点与目的节点链路，无法通过协同中继节点得到增益；等功率方案是设定源节点与中继节点发射功率相等且保持不变，可视为本方案的一种特例；最优功率分配[61]方案能够提升性能，通过与本文算法作对比，证明本论文算法优势。本文使用MATLAB仿真平台测试性能，设定三条链路互不影响，且为均值为1的瑞利衰落链路。设置了源节点与目的节点链路的距离下限为40m，表示噪声方差，源节点与中继节点的最大功率皆为0.1W，系统带宽是1MHz，传输时间为。仿真参数设置如表1.1所示：表1.1仿真参数设置 参数 数值S-D链路距离的最小值40m噪声方差1源节点最大发射功率0.1W中继节点最大发射功率0.1W系统的带宽1MHz传输时间1s1.2仿真结果对比分析1.2.1节点发射功率与源节点和目的节点链路距离分析设定源节点与目的节点链路距离初始值为40m，按20m步长线性逐增加到200m，分析源节点与目的节点链路距离对源节点与中继节点平均发射功率的影响如图1.1所示。图1.1描述了当源节点与目的节点链路距离变化时，源节点与中继节点平均发射功率的变化情况[48]。从图1.1可知整个曲线呈现一个上升的走势，即当源节点与目的节点之间距离增加时，本文提出方案中的源节点与中继节点发射功率明显增加。在源节点与目的节点链路距离相对较短时，源节点与中继节点的功率值很小。而且，源节点与目的节点链路距离逐渐增大时，源节点与中继节点的功率值变大，其原因是增加源节点与中继节点的发射功率来弥补增加距离造成的功率损耗。图1.1节点发射功率与源节点与目的节点链路的距离之间的关系1.2.2算法对比分析(1)目的节点信息传输速率与源节点功率之间的关系设定源节点功率初始值是0.01W，按0.01W步长线性逐增至0.1W，分析不同功率方案源节点发射功率对目的节点信息速率的影响情况如图1.2所示。图1.2描述了当源节点功率变化时，目的节点信息速率变化情况。在相同的条件下对比几种功率分配方案，能够得出当源节点的发射功率较低时，可以很好地提高目的节点的信息传输速率，这表明目的节点的信息传输速率随着源节点的发射功率增加而增加。其次，仿真结果表明将非协同方案、等功率分配方案、最优功率分配方案与本文所提功率分配方案比较，文中所提功率分配方案对应的目的节点信息速率变化更优，最优功率分配方案其次，等功率分配方案较差，非协同方案最差。文中方案能够在约束节点总发射功率的前提条件下，实现目的节点信息速率最大化，有效降低源节点的发射功率。与另外三种方案相比，该方案可以明显地提升目的节点的信息传输速率，特别是当较小。图1.2目的节点的信息速率与源节点的功率的关系(2)目的节点信息传输速率与中继节点功率之间的关系设定中继节点功率初始值为0.01W，按0.01W步长线性逐增至0.1W，将本文所提功率分配方案与其他两种方案比较，研究中继节点功率对目的节点信息速率的影响如图1.3所示。图1.3目的节点信息速率与中继节点功率的关系图1.3描述了当中继节点的功率变化时，目的节点信息速率的变化情况。首先，图1.3说明在中继节点发射功率线性逐增的过程中，目的节点信息速率变化呈上升的趋势，这是因为随着中继节点发射功率的增加，用于信息传输的功率变大，从而使得目的节点处的信息传输速率最高。其次，与另外两种方案相比，本文所提方案得到目的节点信息速率更优，其原因是协同分集有助于提高目的节点处的信息传输速率。图1.3可以得出当中继节点功率较低时，这几种功率分配方案均提高了目的节点的信息传输速率。但是与其他两种方案比较，本文提出的方案在中继节点发射功率变化时，具有更高的目的节点信息传输速率，体现出约束节点总功率的情况下，文中提出的功率分配方案能够实现目的节点信息速率最大化。与另外两种方案相比，该方案不仅较好地提高目的节点信息传输速率，并将中继节点的功率消耗降低为最小值。(3)目的节点信息传输速率与节点总功率之间的关系设定了节点总功率的初始值是0.02W，按0.02W步长线性逐增至0.2W，分析四种方案中源节点发射功率对目的节点信息速率的影响如图1.4所示。图1.4目的节点信息速率与节点发射总功率之间的关系图1.4描述当节点总功率变化时，对应目的节点信息速率的变化情况。从图中可以看出，本文所提的方案与其他三种相比有以下两种现象：首先，当节点总功率很小时，目的节点的信息传输速率随之增加而迅速变大；当节点总功率很大时，干扰限制存在使得目的节点信息传输速率趋于一个稳定值。其次，本文所提方案对应的目的节点信息速率变化优于其他三个方案，特别是当节点总功率较小时，该方案性能更优。在图1.4中可以看到在相同条件下，当节点总发射功率较低时，可以较好提升目的节点信息传输速率，这表明目的节点的信息传输速率与节点总发射功率是正比关系。另外，将提出的功率分配方案另外三种方案比较，能够得出该方案性能更优，然后是最优功率分配方案，其次是等功率分配方案，非协同方案性能最差的结论。仿真结果说明文中提出的方案在节点总功率的约束条件下，能够实现目的节点信息速率最大化；与另外三种方案相比，该方案不仅提高目的节点信息传输速率，还降低了节点发射功率。(4)信噪比与中继节点发射功率之间的关系设定源节点功率初始值为0.01W，按0.01W步长线性逐增至0.07W，三种方案所对应源节点发射功率对目的节点信息速率的影响如图1.5所示。图1.5信噪比与中继节点发射功率之间的关系图1.5描述当中继节点功率改变时，对应目的节点信息速率的变化情况，存在如下两种现象：首先，当中继节点功率很小时，信噪比随着中继节点功率增加而迅速增加；当中继节点功率很大时，信噪比增长速度逐渐变慢。在相同条件下，当中继节点发射功率较低时，可以较好提高信噪比，这表明信噪比随着中继节点发射功率的增加而增大。其次，本文提出方案能够较好地提升系统性能。将提出的功率分配方案与其他两种方案作对比，能够看出本文方案性能更优，最优功率分配方案次之，等功率分配方案较差。(5)目的节点信息传输速率与信噪比之间的关系设定源节点功率初始值是0dB，按5dB步长线性逐增至40dB，源节点发射功率对目的节点信息速率的影响如图1.6所示。图1.6描述当信噪比变化时，目的节点信息速率的变化情况。从图中看出：首先，当信噪比很小时，目的节点的信息速率值随之增加而迅速大；当信噪比增加到一定程度时，干扰限制的存在使得了目的节点的信息速率趋于一个稳定值。在相同的条件下，当信噪比较低时，可以很好地提高目的节点的信息传输速率，这表明了目的节点的信息传输速率随着信噪比的增加而增加。其次，仿真结果表明与其他两个方案相比，本文提出的功率分配方案更优，有利于提升目的节点的信息传输速率，最优功率分配方案次之，等功率分配方案较差。特别是当信噪较小时，该方案的性能优势体现更加明显。此外，从图中可以看出，不同的方案在低信噪比情况下信息传输速率性能很接近；而在高信噪比情况下，由于方案之间较大的差异性，信息传输速率性能差距很大。图1.6目的节点信息速率与信噪比之间的关系1.2.3目的节点信息传输速率与中继节点位置分析 设定中继节点位置的初始值是40m，按10m步长线性逐增至130m，将本文所提的功率分配方案与等功率分配方案作比较，目的节点信息传输速率与中继节点位置之间的关系如图1.7所示。图1.7描述了当中继节点位置变化时，目的节点信息速率的变化情况。从图中可以看出，本文所提方案与等功率分配方案相比，有以下两种现象：首先，当中继节点位置较近时，目的节点的信息速率随其增加而迅速减小；但是当中继节点位置很大时，干扰限制存在使得导致目的节点信息传输速率趋于一个稳定值。整个曲线呈现一个下降的趋势，说明目的节点信息速率与中继节点位置之间成反比关系。可以通过减少中继节点位置，提升系统性能。其次，文中所提方案对应目的节点信息速率变化情况优于等功率分配方案。图1.7目的节点信息速率与中继节点位置之间的关系1.2.4目的节点信息传输速率与源节点和目的节点链路距离分析设定源节点与目的节点链路距离初始值为40m，按20m步长线性逐增至200m。目的节点信息传输速率与S-D链路距离之间的关系如图1.8所示。图1.8描述了当源节点与目的节点链路距离变化时，目的节点信息传输速率的变化情况。从图1.8可以看出，本文所提的方案与其他三种方案相比，存在以下两种现象：首先，源节点与目的节点链路距离较近时，目的节点的信息速率随之增加而迅速降低；源节点与目的节点链路距离较远时，目的节点的信息传输速率下降速度变慢。其次，图中曲线特性表明与其他三个方案相比较，本文提出的功率分配方案较好地提升系统性能。图1.8在相同条件下，源节点与目的节点链路距离越远，四条曲线的信息传输速率越小，表明目的节点的信息传输速率随着源节点和目的节点链路距离的增加而逐渐减少。此外，其他三种方案作对比，文中所提功率分配方案性能更优，最优功率分配方案次之，等功率分配方案较差，非合作方案最差。这是由于两个原因：首先，文中提出的方案认为信道增益包括信道衰减系数。其次，使用等功率分配方案的性能如此接近非合作方案。图1.8目的节点信息速率与源节点与目的节点链路距离之间的关系1.2.5协同分集系统的信道容量与信噪比分析设定信噪比初始值为0dB，按2dB步长线性地逐增至16dB。协同分集系统的信道容量与信噪比之间的关系如图1.9所示。图1.9描述了当中继节点在源节点与目的节点连线上移动时，两跳三节点系统通过不同的信噪比来比较信道容量大小。基于系统模型图3.1和放大转发、译码转发方式及非协同通信方式的信道容量公式，仿真比较三种通信方式下的信道容量。如图1.9所示，仿真结果说明协同通信方式的信道容量优于非协同系统的信道容量，而且DF方式得到的信道容量高于AF方式，其原因是AF方式在放大信号的同时，也放大了噪声，不利于信息的传输，所以对应的信道容量值小于DF方式。图1.9协同分集系统的容量与信噪比之间的关系1.2.6信道容量与节点发射功率分析假设源节点和目的节点之间的的距离为1m，中继位于两点的直线上，总功率为10W。设定节点总功率初始值为0W，按1W步长线性增加至10W。协同分集系统的信道容量与节点发射总功率之间的关系如图1.10所示。图1.10信道容量与节点发射总功率之间的关系图1.10描