無線通信系統(tǒng)中的雙向中繼和跨層優(yōu)化技術研究.pdf

1、基于網(wǎng)絡編碼技術的雙向中繼傳輸協(xié)議可以有效提高無線通信系統(tǒng)的傳輸性能，其中提高系統(tǒng)吞吐量性能的關鍵考量之一是提高中繼傳輸時的并發(fā)傳輸指數(shù)。在本文中我們提出一種名為IC-TWR的新雙向中繼傳輸協(xié)議，它綜合了網(wǎng)絡編碼、空間分集和干擾消除的技術，達到了一個較高的并發(fā)傳輸指數(shù)。與此同時，和基于放大轉發(fā)(AF)的雙向中繼傳輸機制相比，IC-TWR協(xié)議對信道狀態(tài)信息(CSI)的需求大幅降低了。仿真結果表明，與傳統(tǒng)的基于解碼轉發(fā)(DF)的雙向中繼傳輸

2、協(xié)議相比，IC-TWR協(xié)議在系統(tǒng)吞吐量和端到端時延上均有更好的表現(xiàn)。本文還對所提出的IC-TWR協(xié)議的拓展性進行了討論，其中繼節(jié)點數(shù)量可以為任意大于等于2的正整數(shù)，因此在實際應用中可以根據(jù)具體場景靈活組網(wǎng)。
　　我們注意到，為了研究上的方便，現(xiàn)有的關于雙向中繼傳輸協(xié)議領域的研究都是基于下述兩點假設展開的:①信源節(jié)點都有無限長的隊列緩存;②只要中繼節(jié)點發(fā)出傳輸請求，信源節(jié)點就總能有數(shù)據(jù)包發(fā)送到中繼節(jié)點。然而在實際的應用場景中，節(jié)點的

3、緩存大小總是有限的，當考慮到排隊效應（queuing effects）時，上述兩點假設均不成立，且有可能發(fā)生丟包現(xiàn)象。在本文中我們以DF-TWR為例，綜合考慮了雙向中繼傳輸機制和有限長緩存的排隊效應，在數(shù)學上對此建模為一個二維的有限狀態(tài)馬爾科夫鏈(FSMC)。并從理論上嚴格證明了此二維馬氏鏈是齊次的，非周期的，不可約的且正常返的，因此具有穩(wěn)定的極限概率分布。在此基礎上，我們分別對端到端吞吐量和系統(tǒng)丟包率進行了解析推導，并得到了閉式解。理

4、論計算結果和計算機MonteCarlo數(shù)值仿真結果精確吻合，從而驗證了對這套新框架數(shù)學建模和分析推導工作的正確性。仿真結果還揭示了在不同場景下緩存長度對系統(tǒng)性能影響的一些規(guī)律。這部分研究工作從定量的角度對通信系統(tǒng)設計師綜合考量評估節(jié)點緩存和雙向中繼傳輸系統(tǒng)性能之間的關系提供一定的參考價值。
　　在無線傳感網(wǎng)絡里，跨層優(yōu)化設計被認為是可以有助于降低網(wǎng)絡能量開銷的一種手段。由于整數(shù)約束條件的存在，此問題在數(shù)學上可以建模為混合非線性優(yōu)化