图8.8所提第三级联合优化算法的频谱效率与信噪比增加变化图图8.9所提第三级联合优化算法的频谱效率随单元个数Nr变化图接下来，将对所提的多级抗阻塞算法进行联合分析。图8.10本文所提多级抗阻塞算法与部分抗阻塞算法的频谱效率比较图8.11所示为在整个迭代过程中，不同SE阈值下各等级算法执行次数随着传输功率的变化占总迭代次数比值的比较。......
2023-08-23
高速铁路车地间多跳协作通信技术数值分析结果
【摘要】：为了验证提出的离散中继混合预编码算法的有效性，本节通过使用MATLAB对毫米波中继系统的频谱效率进行仿真分析。图5.12为信息流数与RF链个数相同时，中继接收端与中继发送端单独进行量化时频谱效率随SNR变化曲线。图5.14不同量化精度下频谱效率随天线数变化曲线图5.15为不同量化精度下中继混合预编码的能量效率随信噪比的变化曲线。随着频谱效率不断增加，能量效率将达到峰值；但当再小幅度增加频谱效率时，能量效率将大幅度下降。
为了验证提出的离散中继混合预编码算法的有效性，本节通过使用MATLAB对毫米波中继系统的频谱效率进行仿真分析。信道设置参数设置如表5.2所示。
表5.2 系统参数设置
图5.11为在输入不同信噪比的情况下，不同数据流中不同量化精度的中继混合预编码的频谱效率变化曲线，其中中继节点发送端与接收端采用同一量化精度。由图可知，当信息流数一定时，随着量化精度的提高，系统的频谱效率也越来越高，但当量化精度增大到4 bit时频谱效率将不会大幅度增长。同时，增加信息流数能够明显提升系统的频谱效率。因此得益于量化预编码算法通过每次迭代对量化所造成的性能损耗进行了补偿，混合预编码器能够采用较低量化精度移相器就能够达到最大化的量化频谱效率。由于中继节点混合预编码器需要同时对中继的接收端和发送端进行量化处理，因此量化后的混合预编码器与不进行量化的混合预编码器的效果有一定差距。
图5.12为信息流数与RF链个数相同时，中继接收端与中继发送端单独进行量化时频谱效率随SNR变化曲线。如图所示，当采用同样量化精度时，量化后的接收端比量化后的发送端对频谱效率影响更大。同时，从单独量化的发送端来看，当量化精度为1bit时，其频谱效率与无限精度的混合预编码器具有一定差距；当量化精度为4bit时，已经较为接近无限精度的混合预编码器。当对中继节点的混合预编码器进行求解时，需要先对接收端进行量化求解，而发送端是根据量化后的接收端所进行的优化，并且通过迭代求解将量化损耗降为更低，因此后进行量化求解的发送端具有较少的量化损耗。
图5.11 不同数据流下频谱效率随SNR变化曲线
图5.12 分部量化下的频谱效率随SNR变化曲线
图5.13所示为在不同量化精度下，使用不同RF链的情况下对系统的频谱效率的影响。其中，系统信噪比为0dB[35]，数据流LS=2，中继接收端与发送端采用同样个数的RF链。如图所示，当RF链的数量小于5时，不同量化精度的离散化中继预编码的频谱效率都随着RF链的增加而增加。同时，当RF链的个数由2增加到3时，系统频谱效率显著增加。此外，当RF链增加到一定数量以后，系统的性能逐渐稳定，添加更多的RF链不会提高系统的性能，而同时功耗却会增多。
图5.13 不同量化精度下频谱效率随RF链数变化曲线
图5.14所示为在不同量化精度下，使用不同天线数的情况对系统的频谱效率的影响。其中数据流LS=8，中继发送端与中继接收端采用同样个数的RF链与天线。如图所示，当天线的数量小于50时，不同量化精度下离散化中继混合预编码的频谱效率都随着天线的增加而快速增长；当天线增加到一定数量以后，系统的性能逐渐稳定。同时，量化精度达到4bit时中继混合预编码的频谱效率接近于使用高量化精度的频谱效率，继续提高量化精度不能显著增加系统频谱效率。因此，当系统无法通过增加量化精度提高性能增益时，可以增加天线数量来对系统性能进行提高。
图5.14 不同量化精度下频谱效率随天线数变化曲线
图5.15为不同量化精度下中继混合预编码的能量效率随信噪比的变化曲线。由图可知，具有低量化精度的中继混合预编码具有较高的能量效率，但是随着量化精度的增加，系统能量效率逐渐减小。同时，当信噪比接近10dB时，该系统具有能量效率峰值。
图5.15 不同量化精度下能量效率随SNR变化曲线
图5.16为在输入不同信噪比条件下，不同量化精度的中继混合预编码的能量效率与频谱效率均衡变化曲线。如图所示，不同量化精度下混合预编码的能量效率与频谱效率变化趋势相同，量化精度越低的混合预编码具有更高的能量效率，但其频谱效率相对较低。随着频谱效率不断增加，能量效率将达到峰值；但当再小幅度增加频谱效率时，能量效率将大幅度下降。当系统频谱效率增加至11bit/s/Hz时，量化精度为4bit时的中继混合预编码的能量效率接近全精度量化的峰值能量效率；同时其频谱效率也较为接近全精度量化时的频谱效率。因此，当采用较低量化精度移相器时，以牺牲频谱效率的前提下能够获得较大的能量效率。综合考虑中继混合预编码的频谱效率与能量效率，采用较低量化精度的移相器能够使中继混合预编码在具有最大能量效率的同时获得相对较大的频谱效率。
图5.16 不同量化精度下频谱效率与能量效率均衡变化曲线
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2023-08-23
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