面向灾后环境的通导一体化信号资源分配方法研究

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我国自然灾害频发。自然灾害发生后通信基站极有可能受到损坏,同时掌握救援人员的实时位置具有重要意义,因此灾后救援存在着迫切的通信定位需求。全球卫星定位系统(Global Position System,GPS)的信号在室内衰减严重,无法满足需求。常见的室内定位技术,如基于信道状态信息(Channel State Information,CSI)、射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)和蓝牙等,需要大量的前期工作,无法适应灾后环境。基于已有的MS-NOMA(Multi-Scale Non-Orthogonal Multiple Access)下行信号,本文研究了面向灾后环境的基于MS-NOMA上行信号的通导一体化技术。为了降低小区内干扰和功率消耗,本文进一步研究了该上行信号的功率分配方法。本文主要做了以下工作:1.本文提出了 MS-NOMA上行行信号体制,以实现对用户位置的主动定位。在MS-NOMA下行信号中全体通信信号被设计为等功率的广播信号,只对定位信号的功率进行分配。而在MS-NOMA上行体制中,通信信号和定位信号的功率都需要进行分配。2.本文推导了 MS-NOMA上行系统中通信用户误比特率(Bit Error Rate,BER)和定位用户定位误差的表达式。然后使用以上表达式,提出了两种功率分配方法。在第一种方法中,上行系统功率分配的目的是在通信用户的QoS(Quality of Service)约束下,同时实现定位用户的定位误差和功率消耗的最小化。基于此,本文提出了原始的最优化问题。由于原始问题直接求解较为困难,原始问题被拆分为两个子问题。第一个子优化问题的目标是在通信用户BER和定位用户定位误差的约束下,最小化功率消耗。第二个子优化问题的目标是在通信用户BER和总功率的约束下,最小化定位误差。基于两个子问题的解,本文提出了联合迭代功率分配算法(Joint Iterative Power Allocation Algorithm,JIPAA),通过不断迭代最终实现对通信信号和定位信号的功率分配。在第二种方法中,本文基于LTE通信系统中上行功率控制原则,提出了 MS-NOMA上行系统的传统功率分配方法,即保证通信信号和定位信号到达基站端都能够保持足够的信噪比(Signal Noise Ratio,SNR),分别对通信信号和定位信号功率进行分配。3.最后,本文将JIPAA算法和传统功率分配方法在BER和定位误差方面进行了对比。仿真结果表明,在保证通信用户QoS的约束下,相较于传统方法JIPAA算法在同样的功率消耗下能够提升约15%的定位性能。
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