非對(duì)稱中繼協(xié)作的中斷容量與資源分配.pdf

1、隨著無(wú)線業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。同時(shí)，隨著集成電路的發(fā)展，盡管用戶終端的功能越來(lái)越豐富，但是其小型化程度卻越來(lái)越高，這影響多天線等提高網(wǎng)絡(luò)容量的技術(shù)的應(yīng)用。中繼協(xié)作通信被認(rèn)為是解決高速率要求和用戶終端的小型化這對(duì)矛盾的重要技術(shù)。2001年以來(lái)，中繼協(xié)作通信的協(xié)作策略、容量、節(jié)點(diǎn)選撣、資源分配，以及與其他物理層技術(shù)的結(jié)合成為通信領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)，并取得了許多突出的理論成果。另一方面，未來(lái)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)集

2、通信、娛樂(lè)、家居控制于一體，涵蓋無(wú)線個(gè)域網(wǎng)到無(wú)線蜂窩網(wǎng)，移動(dòng)通信網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)的混合網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端多種多樣，其位置、環(huán)境、天線資源、能量資源以及業(yè)務(wù)類型也各不相同。因此這種網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端之間的協(xié)作要充分考慮到網(wǎng)絡(luò)本身的非對(duì)稱性。 本文著眼于分析非對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置、鏈路環(huán)境、天線資源、能量資源等因素對(duì)協(xié)作系統(tǒng)性能的影響，并探討了如何充分利用這些因素。本文的主要貢獻(xiàn)有： 1.分析了非對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)中，Nakagam

3、i-m信道下中繼協(xié)作的中斷概率。 作者分析了解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作下，不同中繼位置、中繼節(jié)點(diǎn)環(huán)境、中繼天線數(shù)以及目的節(jié)點(diǎn)的合并方式對(duì)中斷概率的影響。結(jié)果表明，相對(duì)于合并方式而言，節(jié)點(diǎn)位置和環(huán)境對(duì)系統(tǒng)中斷性能影響更大。其中節(jié)點(diǎn)位置是至關(guān)重要的因素，而中斷概率隨節(jié)點(diǎn)環(huán)境的變化是非均勻的，良好的中繼-目的鏈路是降低中斷概率的前提。在惡劣環(huán)境中，增加中繼天線數(shù)可以有效的提高系統(tǒng)容量。@2 2.提出了一種節(jié)點(diǎn)位置非對(duì)稱下的資源分配方法。 作

4、者提出一種部分信息中繼的協(xié)作策略，這種協(xié)作下，中繼節(jié)點(diǎn)只轉(zhuǎn)發(fā)保護(hù)程度弱的信息。同時(shí)，根據(jù)不同的中繼節(jié)點(diǎn)位置，優(yōu)化分級(jí)調(diào)制的星座圖和源與中繼節(jié)點(diǎn)之間的功率分配比例因子。結(jié)果表明，這種利用中繼節(jié)點(diǎn)的位置優(yōu)勢(shì)來(lái)平衡不對(duì)稱保護(hù)的方法，既可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，又可以減小中繼占用的資源。 3.提出了兩種在混合終端網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)資源非對(duì)稱下的資源分配方法。 作者首先在發(fā)送端未知信道狀態(tài)信息時(shí)，以最小化中斷概率為目標(biāo)，利用源節(jié)點(diǎn)和中繼

5、節(jié)點(diǎn)不同的最大功率限制，通過(guò)迭代的方法來(lái)尋找最優(yōu)功率分配。結(jié)果表明，在非對(duì)稱環(huán)境下，最優(yōu)功率分配比平均功率分配有1～2dB的增益。然后，作者研究了存節(jié)點(diǎn)本身能量資源不等時(shí)的資源分配。根據(jù)發(fā)射能量在總能量中所占的比例，以加權(quán)的方式來(lái)最小化能量代價(jià)函數(shù)。仿真結(jié)果表明，中繼節(jié)點(diǎn)持續(xù)時(shí)間只降低10％，就可將源節(jié)點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間增加3倍。同時(shí)，在相同中斷概率的條件下，加權(quán)能量代價(jià)函數(shù)最小化比總能量最小化的頻譜效率要高0.25bit/Hz。最后，分別給