許晶晶,楊 維,張琳園

(北京交通大學電子信息工程學院,北京 100044)

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礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配

許晶晶,楊 維,張琳園

(北京交通大學電子信息工程學院,北京 100044)

摘 要:礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸當目標用戶與協(xié)作伙伴的發(fā)送功率之和為定值時,因目標用戶、協(xié)作伙伴與基站間的信道增益會隨用戶位置變化而變化,在目標用戶和協(xié)作伙伴間采用等功率分配方案會造成功率資源的浪費。為充分利用有限的功率,保證目標用戶的無線通信性能,在目標用戶、協(xié)作伙伴和基站處設置接收信噪比門限,目標用戶功率對總功率的功率分配比例ρ需滿足目標用戶、協(xié)作伙伴和基站接收的信噪比高于該接收信噪比門限。推導出了礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA功率分配比例范圍,并取分配比例范圍的中間值作為目標用戶與協(xié)作伙伴之間的功率分配比例。推導結果顯示,功率分配比例隨總功率和平均信道增益變化而變化,從而在用戶位置改變或總功率變化時能動態(tài)地為目標用戶和協(xié)作伙伴分配功率,實現(xiàn)了功率的自適應分配。仿真結果表明,與等功率分配方案相比,無論是目標用戶位置變化還是總功率變化,采用所提出的自適應功率分配方案顯著地減小了礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA目標用戶誤比特率性能。

關鍵詞:礦井巷道;編碼協(xié)作;多載波碼分多址;自適應功率分配

責任編輯:許書閣

許晶晶,楊 維,張琳園.礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配[J].煤炭學報,2015,40(8):1969-1976.doi:10.13225/ j.cnki.jccs.2014.1391

礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC -CDMA(Multiple Carrier-Code Division Multiple Access,多載波碼分多址)無線傳輸可充分利用礦井巷道中開放的空時頻資源來提高用戶抗多徑衰落能力,通過時頻編碼協(xié)作同時獲取空間分集增益和編碼增益,減小了基站與用戶無線傳輸對信道狀況變化的敏感度,從而有效地提高了礦井無線通信系統(tǒng)的魯棒性[1-4]。

礦井巷道時刻受到瓦斯等易燃易爆有害氣體的威脅,礦井巷道中的無線通信系統(tǒng)必然為功率受限系統(tǒng),提高礦井巷道中無線傳輸設備的功率效率,可進一步降低無線設備的發(fā)射功率,避免無線設備可能引起的易燃易爆等有害氣體爆炸,杜絕事故的發(fā)生。對于功率受限系統(tǒng),目標用戶和協(xié)作伙伴的功率分配會影響無線系統(tǒng)的誤比特率及中斷概率等[5-6]。如文獻[7]提出了在瑞利衰落信道下,每個時間周期目標用戶和協(xié)作伙伴的總功率為定值,第1時隙按固定比例為目標用戶分配功率,第2時隙目標用戶及其協(xié)作伙伴平分剩余功率的功率分配策略,實現(xiàn)了中斷概率的最小化。

礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配是在目標用戶和協(xié)作伙伴總功率為定值時或目標用戶在礦井巷道中的位置變化時基站動態(tài)地為目標用戶和協(xié)作伙伴分配功率來保證信道狀況較差的目標用戶的無線通信性能。為使目標用戶解碼后的誤比特率性能滿足一定的要求,提出在目標用戶、協(xié)作伙伴及基站處設置接收信噪比門限,當目標用戶和協(xié)作伙伴各自分得的功率使對方接收到信號的信噪比高于該信噪比門限時,目標用戶和協(xié)作伙伴可相互正確解碼實現(xiàn)相互協(xié)作[8]?；驹诤喜⒌?時隙目標用戶和第2時隙協(xié)作伙伴兩個獨立衰落信道傳輸信號后的信噪比高于該門限時可正確解碼目標用戶的信息[9]?；谶@一策略,推導出了在礦井巷道信道下目標用戶功率/總功率的功率分配比例ρ的范圍,選取功率分配比例范圍兩邊界的中間值作為目標用戶與協(xié)作伙伴之間的功率分配比例,實現(xiàn)了基站根據目標用戶在礦井巷道中的位置或目標用戶和協(xié)作伙伴總功率的變化自適應地為目標用戶和協(xié)作伙伴分配功率。與等功率分配方案相比,采用所提出的自適應功率分配方案進一步改善了礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA系統(tǒng)無線傳輸性能,提高了系統(tǒng)的功率效率,也為進一步降低系統(tǒng)的功率創(chuàng)造了條件。

1 礦井MC-CDMA編碼協(xié)作系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)模型

圖1(a)為礦井巷道的信道模型,將礦井巷道等效為寬2a,高2b,長D的長方體,為便于分析,假設基站位于所考慮小區(qū)巷道的中部,以長方體中心為坐標原點建立直角坐標系。假設系統(tǒng)中有N個用戶隨機地分布在礦井巷道中,各用戶之間和各用戶到基站之間的信道相互獨立[9],基站可利用RSSI等定位方法得到目標用戶的位置信息。圖1(b),(c)分別為一個周期的兩個時隙目標用戶和協(xié)作伙伴的傳輸情況。

圖1　系統(tǒng)模型Fig.1 System model

圖2 ( a), ( b)分別是礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配發(fā)射機和接收機,基站和各移動用戶均為單天線,且收發(fā)雙方均已知信道狀態(tài)信息[10]。圖2(a)中V1s和V1p分別為目標用戶和協(xié)作伙伴的原始分組比特流經過BPSK調制、加CRC校驗位和卷積編碼后形成信道編碼幀,分別作為目標用戶與協(xié)作伙伴信道碼的第1部分,用于第1時隙的傳輸;再對第1部分的信道碼和進行時頻編碼形成目標用戶和協(xié)作伙伴信道碼的第2部分和,用于第2時隙的傳輸。信道碼和(t = 1,2) 經MC-CDMA調制后所得信號和經自適應功率分配后由天線進行信號發(fā)射。

在圖2(b)自適應功率分配接收框圖中,目標用戶和協(xié)作伙伴接收時,目標用戶和協(xié)作伙伴對所接收到的信號和進行MC-CDMA解調得到協(xié)作伙伴和目標用戶對應信道編碼幀的估計值和;在基站接收時,基站對第1時隙接收到的信號與第2時隙接收到的信號進行等增益合并所得信號yd進行MC-CDMA解調,得到對應信道編碼幀的估計值和。

圖2　自適應功率分配MC-CDMA發(fā)射機和接收機Fig.2 Transmitter and receiver of MC-CDMA system with adaptive power allocation

1.2 信道模型

礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA系統(tǒng)自適應功率分配需基于目標用戶、協(xié)作伙伴和基站間的信道增益,而信道增益取決于礦井巷道中電磁波傳播特性。礦井巷道信道模型可采用由幾何光學(geometrical optical,GO)模型和波導(Waveguide)模型組成的混合模型[12],所以礦井巷道信道模型相當于具有多個模式的波導模型。利用邊界條件解波導的麥克斯韋方程,可以得到電磁場分布的多個解,每個解對應于一個傳播模式(m,n),m和n為模式階數(shù),分別表示電磁波經巷道垂直墻壁和水平墻壁反射的次數(shù),m,n越大傳播模式的階數(shù)越高。每種傳播模式的場強分布、衰減系數(shù)及相移系數(shù)分別[11]為

式中,m為偶數(shù)時,φx= 0;m為奇數(shù)時,φx= p/2;n為偶數(shù)時,φy=p/2;n為奇數(shù)時,φy=0;和分別為巷道水平和垂直墻壁的電參數(shù);k為巷道電磁波數(shù)。

式中,εa,εh,εv分別為巷道中空氣、水平墻壁和垂直墻壁的相對介電常數(shù);σa,σh,σv分別為它們的電導率;ε0為真空介電常數(shù);μ0為巷道中空氣、水平墻壁和垂直墻壁的磁導率;f為電磁波載波頻率,對于礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA系統(tǒng)f分別對應第nc個子載波的中心頻率fnc。

對于礦井巷道中電磁波的多模傳輸,把不同傳播模式對應的不同電磁波強度作為模式強度,那么每個傳播模式(m,n)的模式強度Cmn為

用hi,j表示礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA系統(tǒng)任意的發(fā)送端i(x0,y0,z0)和接收端j(x,y,z)之間的信道增益,如圖1(a)礦井巷道模型所示。由于每個子載波的信道增益可由m+n<10即較強的前50個模式的場強之和得到[12],則礦井巷道內點i與點j之間第nc個子載波對應的信道增益可表示為

其中,Gt,Gr分別為發(fā)射天線和接收天線的增益; Nmode為50個模式的集合。式(1)各模式的場強分布顯示各模式場強取決于接收端的橫坐標x和縱坐標y,各模式的模式強度計算式(7)顯示各模式強度取決于發(fā)送端橫坐標x0和縱坐標y0。因此,從式(8)子載波信道增益公式可以看出,當收發(fā)天線增益確定后,礦井巷道中用戶的每個子載波信道增益取決于其坐標即用戶的位置。當用戶間的距離變化即用戶的坐標變化時,由于式(8)中的負指數(shù)函數(shù)是關于|z-z0|單調遞減的,所以在用戶間的距離變大時,用戶間的信道增益在整體上是呈衰減趨勢的,但由于各模式場強關于x,y為非單調函數(shù),所以當用戶間的距離變大時在某些位置信道增益會出現(xiàn)增大的波動現(xiàn)象。

2 自適應功率分配

礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA系統(tǒng)自適應功率分配是在目標用戶和協(xié)作伙伴的總功率或目標用戶位置發(fā)生變化時自適應調節(jié)目標用戶和協(xié)伙伴戶間的功率分配比例,保證協(xié)作伙伴與目標用戶能相互正確譯碼從而實現(xiàn)全分集增益[13],改善目標用戶的通信性能。

假設圖1(a)礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA系統(tǒng)每個用戶一個周期的平均發(fā)送功率為P,每個用戶同一周期的2個時隙平分該周期的功率,2P為目標用戶和協(xié)作伙伴一個周期的總功率。設基站為目標用戶和協(xié)作伙伴分配的功率分別為P1和P2,則圖2(a)自適應功率分配環(huán)節(jié)后,目標用戶和協(xié)作伙伴每個時隙的發(fā)送功率分別為0.5P1和0.5P2。

如圖1(b),(c)所示,當?shù)V井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA系統(tǒng)中目標用戶和協(xié)作伙伴相互解碼正確,實現(xiàn)全分集增益時:

(1)在第1時隙即t =1,目標用戶以功率0.5P1廣播信號,協(xié)作伙伴以功率0.5P2廣播信號。目標用戶接收到協(xié)作伙伴的信號為,協(xié)作伙伴接收到目標用戶的信號為,基站在第1時隙接收到的信號為。

其中,hs,p,hs,d,hp,s和hp,d分別為圖1(a)中目標用戶到協(xié)作伙伴、目標用戶到基站、協(xié)作伙伴到目標用戶和協(xié)作伙伴到基站的信道增益,它們均是Nc維列向量,包含Nc個子載波信道增益,每個子載波的信道增益可由子載波信道增益公式即式(8)得到。np,s,ns,p和n0為礦井巷道中的信道噪聲,不失一般性可假設是均值為0,方差為σ2的高斯白噪聲。目標用戶和協(xié)作伙伴對接收到的信號和按圖2(b)礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA解調過程分別得協(xié)作伙伴和目標用戶信道編碼幀的估計值和并對和進行CRC檢驗,基站將第1時隙接收到來自目標用戶和協(xié)作伙伴的信號后進行緩存,等待與第2時隙的信號合并。

(2)在第2時隙即t=2,協(xié)作伙伴相互合作,目標用戶試圖用自己的信道傳輸協(xié)作伙伴信道碼的第2部分,協(xié)作伙伴試圖在自己的信道上傳輸目標用戶信道碼的第2部分。如果在第1時隙雙方CRC校驗無誤,則目標用戶以功率0.5P1發(fā)送協(xié)作伙伴信號,協(xié)作伙伴以功率0.5P2發(fā)送目標用戶信號?；驹诘?時隙收到的信號為

將合并后的信號yd按圖2(b)礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA解調過程解調,得目標用戶和協(xié)作伙伴信道編碼幀的估計值和。

礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配系統(tǒng)中,定義功率分配比例ρ(0≤ρ≤1)[14]為

故有

為提高信道增益可能較差的目標用戶的性能,目標用戶與協(xié)作伙伴各自分得的功率應保證目標用戶和協(xié)作伙伴間能夠相互協(xié)作實現(xiàn)全分集增益,從而使目標用戶的通信性能得到改善。因為信號到達接收端時的信噪比越高,解碼成功的概率就越高,為保證目標用戶的誤比特率性能,即解碼后誤比特率滿足一定要求,在目標用戶和協(xié)作伙伴處設置接收信噪比門限η,當目標用戶和協(xié)作伙伴間接收到對方的信噪比高于門限η時可相互成功解碼,實現(xiàn)相互協(xié)作。為使基站最終能夠正確解碼目標用戶的信息,基站處也設置接收信噪比門限η,只要第1時隙目標用戶傳送和第2時隙協(xié)作伙伴傳送的兩路獨立信號合并后的信號信噪比高于該門限就可正確解碼目標用戶信息。綜上,分配給目標用戶和協(xié)作伙伴的功率應滿足

式(17)~(19)左邊分別為協(xié)作伙伴接收到目標用戶的信號、目標用戶接收到協(xié)作伙伴的信號和基站最終得到目標用戶信號的信噪比。表示發(fā)送端i到接收端j共Nc個子載波的平均信道增益

聯(lián)立式(15)~(16)以及式(17)~(19)可得功率分配比例ρ的范圍:

其中

取分配比例范圍邊界值的中間值為具體的功率分配比例ρ,則

因為ρ1+ρ3=1,如果式(22)的右邊界取ρ2,ρ3中的較小者滿足式(17)~(19),但得出功率分配比例總是小于等于0.5,這使得目標用戶分得的功率不超過P,加之目標用戶信道狀況可能較差,可能會導致目標用戶的性能得不到提升反而會下降,使功率分配失去了意義。取ρ2,ρ3中的較大值,目標用戶就會分配到較多的功率,從而避免了這一情況的發(fā)生。

由式(22)~(25)功率分配比例的計算式可得當噪聲功率和接收信噪比門限一定時,功率分配比例取決于總的發(fā)送功率及目標用戶到協(xié)作伙伴、目標用戶到基站、協(xié)作伙伴到目標用戶和協(xié)作伙伴到基站的平均信道增益,和。由子載波信道增益式(8)和平均信道增益式(20)可知礦井巷道中用戶的平均信道增益取決于用戶所處的位置,則功率分配比例直接與目標用戶的位置相關,而采用等功率分配方案時由于沒有考慮用戶位置變化及目標用戶與協(xié)作伙伴總功率的變化,就會導致功率浪費,降低了功率效率。因此,當目標用戶位置變化或目標用戶和協(xié)作伙伴總功率變化時,采用所提出的自適應功率分配方案,基站能夠根據目標用戶位置和總功率自適應分配功率,這樣就提高了功率效率,使目標用戶和協(xié)作伙伴能夠相互協(xié)作,實現(xiàn)全分集增益,提高了基站解碼目標用戶和協(xié)作伙伴信息的正確率,改善了巷道中位置較差目標用戶的通信性能。

當基站檢測到目標用戶移動或總功率變化時,基站按一定規(guī)則重新為目標用戶選定協(xié)作伙伴[8],并根據所提的礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配算法為目標用戶和協(xié)作伙伴分配功率?；痉峙涔β实木唧w步驟為

①根據目標用戶和協(xié)作伙伴在巷道中的位置即坐標,依據子載波信道增益式(8)和平均信道增益式(20)計算出目標用戶到協(xié)作伙伴、目標用戶到基站、協(xié)作伙伴到目標用戶和協(xié)作伙伴到基站的平均信道增益,和;

②根據所得到的平均信道增益及目標用戶與協(xié)作伙伴的總功率計算出式(22)~(24)的功率分配比例的邊界值,進而計算出式(25)的功率分配比例ρ;

③基站按比例為目標用戶分配2ρP的功率,為協(xié)作伙伴分配2(ρ-1)P的功率。

3 仿真結果

為評估所提礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配算法的性能,采用Matlab對用戶誤比特率性能進行了蒙特卡洛仿真。假設圖1所示的礦井巷道,寬2a=10 m,高2b=6 m,長D=1 200 m,不失一般性,以長方體中心為坐標原點建立直角坐標系,基站的坐標為(2.5,-1.5,0),礦井巷道中用戶坐標為(2.5,1.5,d),d為用戶在z軸上的坐標,0

圖3(a)給出了依據子載波信道增益式(8)和平均信道增益式(20)計算出的礦井巷道中用戶到基站的平均信道增益隨用戶到基站距離變化的情況。圖3(a)顯示距離基站150 m左右的用戶到基站的信道增益較大,距離基站350 m左右的用戶到基站的信道增益較小,不妨假設目標用戶距離基站350 m,協(xié)作伙伴距離基站150 m。

圖3　用戶到基站平均信道增益及接收信噪比隨距離的變化Fig.3 Average channel gain and SNR changes with thedistance between user and base station

圖4為距離基站350 m的目標用戶和距離基站150 m的協(xié)作伙伴在等功率分配下的誤比特率性能。由圖4可以得到,當目標用戶的誤比特率為1%時目標用戶的發(fā)射信噪比至少為44 dB。根據基站接收到目標用戶信噪比式(19)得對應的接收信噪比為25 dB。不失一般性,為使目標用戶誤比特率低于1%,式(17)~(19)中對應的協(xié)作伙伴、目標用戶和基站處的接收信噪比門限η都設為25 dB。

圖4　目標用戶和協(xié)作伙伴的誤比特率性能Fig.4 BER performance of target user and cooperative partner

礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA系統(tǒng)中把到基站的信噪比高于門限η的用戶作為協(xié)作伙伴備選組,例如圖1系統(tǒng)模型中橢圓內的用戶,目標用戶在協(xié)作伙伴備選組中選取到目標用戶信道增益最大的用戶作為協(xié)作伙伴。圖3(b)為目標用戶與協(xié)作伙伴總功率與噪聲功率之比2P/σ2為55 dB且目標用戶位于基站的右側并向遠離基站的方向移動時,到達基站的接收信噪比情況,“0”表示接收信噪比高于25 dB,不需要其他用戶協(xié)作;“1”表示接收信噪比低于25 dB,需要選取協(xié)作伙伴。

由于礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配系統(tǒng)目標用戶和協(xié)作伙伴的功率分配比例取決于目標用戶的位置和目標用戶與協(xié)作伙伴的總功率2P,因此仿真分別討論了目標用戶位置和目標用戶與協(xié)作伙伴總功率對功率分配比例的影響,進而討論它們對用戶誤比特率的影響,并用分配比例P1/ 2P=0.5和P1/2P = 0.4作對比,從而更好的評估礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配方案的效果。

當目標用戶與協(xié)作伙伴的總功率保持不變時,目標用戶與協(xié)作伙伴間的功率分配比例只取決于目標用戶和所選協(xié)作伙伴的位置。圖3(a)到基站的平均信道增益隨用戶位置變化曲線顯示當目標用戶位于距基站240~400 m和480~600 m時,信道狀況較差,由圖3(b)也可以看出,目標用戶移動到距基站240~400 m和480~600 m時,到基站的接收信噪比低于門限25 dB,需要通過協(xié)作伙伴的協(xié)作來提高目標用戶的誤比特率性能。不妨假設目標用戶從距離基站右側240 m處開始向遠離基站方向移動到400 m,表1為目標用戶與協(xié)作伙伴的總功率與噪聲功率之比2P/σ2為55 dB時,目標用戶與協(xié)作伙伴間功率分配比例ρ隨目標用戶到基站距離的變化情況。由表1可以看出,目標用戶到基站信道增益越小,功率分配比例越大,但分配比例隨目標用戶到基站的距離呈非線性變化,這與圖3(a)信道增益隨距離的變化情況基本一致。

表1　分配比例隨距離的變化Table 1 Distribution ratio changes with distance

圖5給出了目標用戶和協(xié)作伙伴總功率不變時,按照上表中的比例進行礦井巷道時頻編碼協(xié)作MCCDMA自適應功率分配與等功率分配及分配比例小于0.5時目標用戶與協(xié)作伙伴的誤比特率隨距離變化的對比情況。由圖5可以看出,目標用戶在所提的自適應功率分配方案下的誤比特率最低,除個別位置外如距離基站380 m左右的位置,目標用戶的誤比特率均保持在0.02以下。當分配比例取0.4時,由于目標用戶分得的功率太少而導致其誤比特率性能大大下降,如目標用戶位于距基站380 m時,采用自適應功率分配的誤比特率比分配比例為0.4時的誤比特率降低了0.08,所以式(21)功率分配比例ρ的右邊界應取ρ2,ρ3中的較大者,從而避免了功率分配比例低于0.5的情況。

圖5　誤比特率性能隨目標用戶位置變化情況Fig.5 Bit error rate varies with the location of target user

圖3(b)的基站接收隨距離的變化顯示,位于距離基站較遠480~600 m用戶的平均信道增益較小,需要選取協(xié)作伙伴。假設目標用戶位于距基站550 m的位置處,功率分配比例ρ的計算式(22)~(25)顯示目標用戶與協(xié)作伙伴之間的功率分配比例與兩者的總功率有關。表2為目標用戶距基站550 m時,按式(25)得到的目標用戶與協(xié)作伙伴間功率分配比例ρ隨總功率與噪聲功率之比2P/σ2的變化情況。表2顯示總體上功率分配比例隨總功率增加而非線性遞減,這主要是由于功率分配比例不僅與總功率有關,還與圖3(a)信道增益隨距離的變化情況有關。

圖6為目標用戶距離基站550 m時,按照表2中的比例進行礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配與采用等功率分配及分配比例小于0.5時相比,目標用戶與協(xié)作伙伴的誤比特率隨2P/σ2變化的對比情況。由圖6可以看出,相比于等功率分配及分配比例小于0.5時的功率分配方案,采用所提出的自適應功率分配方案時目標用戶的誤比特率性能最好,分配比例為0.4時目標用戶的誤比特率性能最差。在目標用戶具有相同誤比特率下,如目標用戶的誤比特率為0.45時,采用所提自適應功率分配方案所對應的總功率與噪聲功率之比2P/σ2比等功率分配少2 dB左右,比分配比例為0.4時少4 dB左右。

表2　分配比例隨2P/σ2的變化Table 2 Distribution ratio changes with 2P/σ2

圖6　誤比特率性能隨2P/σ2變化情況Fig.6 Bit error rate varies with 2P/σ2

4 結 論

針對礦井巷道下用戶間信道增益隨用戶位置變化的特性,提出了礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應功率分配方案。當目標用戶和協(xié)作伙伴的總功率受限時,目標用戶和協(xié)作伙伴的功率分配比例隨目標用戶位置和目標用戶與協(xié)作伙伴發(fā)送總功率變化而變化,從而實現(xiàn)為目標用戶自適應分配功率。蒙特卡洛仿真結果表明,礦井巷道時頻編碼協(xié)作MCCDMA采用所提出的自適應功率分配方案可有效地改善信道條件較差目標用戶的誤比特率性能,進而有效地改善了礦井巷道時頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸?shù)恼w性能,提高了系統(tǒng)的功率效率,也為進一步降低系統(tǒng)的功率創(chuàng)造了條件。

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Adaptive power allocation for time-frequency coded cooperation MC-CDMA system in mine roadway

XU Jing-jing,YANG Wei,ZHANG Lin-yuan

(School of Electronic and Information Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

Abstract:The sum of transmission power of the target user and collaborative partner is a fixed value in the system.As the channel gains among target users,collaborative partner and base station vary with the changes of the location of users,the equal power allocation scheme between target user and collaborative partner for the time-frequency coded cooperation MC-CDMA may result in the waste of power resource.In order to make full use of the limited power and ensure the performance of wireless communication of target users,a SNR (signal-to-noise ratio) threshold at the target user,collaborative partner and base station was set up.It should be guaranteed that the received SNRs at the target user,collaborative partner and base station were larger than the threshold with the power distribution ratio ρ which was the power of target user to that of total power.The range of power distribution ratio for the time-frequency coded cooperation MC-CDMA was deduced,and the median value of the range was taken as the ratio between target user and collaborative partner.Since the power distribution ratio varies with the total power and average channel gain,the power of target user and collaborative partner can be allocated dynamically to achieve the adaptive allocation of power.Simula-book=1970,ebook=265tion results show that,whether the position of target user changes or the total power changes,the BER (bit error rate) performance of target user for the coded cooperation MC-CDMA is improved significantly with the proposed adaptive power allocation scheme compared with the equal power allocation scheme.

Key words:mine tunnels;coded cooperation;multiple carrier-code division multiple access (MC-CDMA);adaptive power allocation

通訊作者:楊 維(1964—), 男,北京人,教授。Tel:010-51682162,E-mail:wyang@ bjtu.edu.cn

作者簡介:許晶晶(1990—),女,河北邢臺人,碩士研究生。Tel:010-51466854,E-mail:13120150@ bjtu.edu.cn。

基金項目:國家“十二五”科技支撐計劃資助項目(2013BAK06B03);國家自然科學基金資助項目(51274018)

收稿日期:2014-10-20

中圖分類號:TD655

文獻標志碼:A

文章編號:0253-9993(2015)08-1969-08