第30卷第11期电子与信息学报Vol.30No.112008年11月JournalofElectronicsInformationTechnologyNov..2008基于两跳载波配对策略的非再生OFDM中继系统性能优化吴彤①王莹①②束超①张平①②①北京100876)(北京邮电大学无线新技术研究所②(北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室北京100876)摘要：该文针对非再生中继方式，分析了基于正交频分复用(OFDM)的两跳中继系统的容量，并推广到发送端具有两根天线采用空时块码(STBC)的情形。以最大化端到端的信息速率为优化准则，提出了非再生两跳载波配对定理，并结合注水定理分别在频域、空域，以及空频二维进行了资源联合优化。仿真结果表明，资源联合优化与传统的平均资源分配相比，显著提高系统容量，且STBC-OFDM能获得更高性能增益。通过子载波配对方案能进一步增强系统性能。关键词：正交频分复用；非再生中继；两跳载波配对；联合优化：TN929.5文献标识码：A：1009-5896(2008)11-2547-05ThePerformanceOptimizationforNon-regenerativeOFDMRelayingSystemBasedonTwo-hopSubcarrierPairingStrategyWuTong①①②ShuChao①①②WangYingZhangPing①,Bei激ngUniversityofPostsandTelecommunications,(WirelessTechnologyInnovationInstitutesBei激ng100876,China)②,MinistryofEducation,Bei激ngUniversityof(KeyLaboratoryofUbiquitousWirelessCommunicationPostsandTelecommunications,Bei激ng100876,China)Abstract:Basedonthenon-regenerativerelayingmode,thecapacityofthetwo-hoprelayingsystemisanalyzedbasedonOrthogonalFrequencyDivisionMultiplex(OFDM),andtheanalysisisextendedtothescenariowithtwoantennasintransmitterusingSpaceTimeBlockCoding(STBC).Takingthemaximumend-to-enddatarateastheoptimizationcriterion,thetwo-hopsubcarrierpairingtheoremisproposed,andthejointoptimizationisinvestigatedacrossfrequencydomain,spacedomainaswellasspace-frequencyplanardomainrespectivelycombinedwiththewater-fillingtheory.Thesimulationresultsshowthattheproposedjointoptimizationschemecanimprovethesystemcapacityobviouslycomparedwiththeuniformresourceallocationscheme,andSTBC-OFDMschemecanachieveperformancegain.Theproposedtwo-hopsubcarrierpairingstrategycanenhancethesystemperformancefurther.Keywords:OFDM;Non-regenerativerelaying;Two-hopsubcarrierpairing;Jointoptimization1引言未来移动通信系统需要支持在高移动性下的高速传输，且具有更广业务覆盖[1]。正交频分复用(OFDM)是下一代无线通信系统的关键技术[2]，在移动、多径、衰落环境下，OFDM有很大的技术优势[3,4]，它能满足更快传输速率、更好传输质量、更高频谱效率要求[5]。协同中继网络是近年来的研究热点，它通过中继节点的协作传输和资源优化分配能获得空间分集增益，提高系统容量，增强系统性能[6]。因此，综合以上两种技术的OFDM中继系统应运而生。在单天线单中继系统中，文献[7，8]分别研究了在再生2007-05-15收到，2007-09-27改回国家自然科学基金(60496312)和爱立信公司资助课题和非再生中继方式下单载波中继网络的最优功率分配方案。文献[9]基于Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件研究了非再生中继方式下的两跳功率联合优化。在OFDM中继系统中，文献[10]忽略不同中继方式的影响，提出了不同于匈牙利算法的子信道配对策略，以达到系统的性能优化。但目前对于两跳子载波配对的准则以及结合空频二维联合优化的研究不多，还需要更深一步的探讨。针对上述情况，本文根据非再生中继方式，在无分集瑞利衰落信道的条件下，分析了两跳OFDM中继系统的容量，并作了发送端采用空时块码(STBC)的推广。还提出了非再生中继下的两跳子载波配对定理，给出了相应的数学证明。并结合注水定理分别在频域、空域，以及空频二维进行了资源联合优化，以达到最大化系统容量目的。2548电子与信息学报第30卷2系统模型图1示出两跳OFDM中继系统的模型。假设系统子载波总数为K，第1跳各子载波的状态为h1,k(k=1,2,",′K)，第2跳各子载波的状态为h2,k′(k=1,2,"...