雙向中繼系統(tǒng)中跨層功率分配方案研究.pdf

1、作為協(xié)作中繼技術之一的雙向中繼由于可以顯著地提高無線通信網絡中的頻譜效率而得到極大的關注，但現有的大部分研究都集中在雙向中繼的物理層，且部分基于統(tǒng)計時延保障的跨層功率分配僅考慮單向中繼信道。目前涉及雙向中繼的跨層優(yōu)化研究較少，雙向中繼傳輸對于上層帶來的影響也未被充分挖掘。本文針對上述問題，利用可以在數據鏈路層和物理層間交換信息的QoS(Quality of Service)指數來表征統(tǒng)計時延需求，在保障數據鏈路層統(tǒng)計時延需求的前提下，優(yōu)

2、化功率的分配使得雙向中繼系統(tǒng)的性能最優(yōu)。
　　論文首先概述了雙向中繼通信系統(tǒng)的基本模型和物理層網絡編碼的基本概念，簡述中繼傳輸協(xié)議中應用最為廣泛的兩類:放大轉發(fā)協(xié)議(Amplify-and-Forward)和譯碼轉發(fā)協(xié)議(Decode-and-Forward)。然后利用有效容量理論得到一種基于時延QoS保障的跨層雙向中繼系統(tǒng)模型，建立了上層數據鏈路層與物理層之間的聯(lián)系，把尋找最優(yōu)化傳輸方案問題建模為求解系統(tǒng)有效容量加權和最大值的問

3、題。并且可以證明該問題是一個凸優(yōu)化問題，存在唯一的最優(yōu)解。
　　論文接著對基于AF協(xié)議的雙向中繼系統(tǒng)進行最優(yōu)跨層功率分配的求解。首先分別求得不同時隙下雙向中繼的可達速度域，再將不同速率代入有效容量加權和最大化問題中，通過拉格朗日乘子法針對不同的場景（例如兩時隙的固定增益或放大增益雙向中繼系統(tǒng)、三時隙的固定增益或放大增益雙向中繼系統(tǒng)）下的不同最大化問題進行求解，給出最優(yōu)功率分配因子的算法，最終得到最優(yōu)的功率分配方案。仿真結果表明對于

4、放大轉發(fā)雙向中繼系統(tǒng)，論文給出的最優(yōu)功率分配方案與等功率分配方案、直接傳輸方案相比能顯著地提高系統(tǒng)性能。
　　論文最后對基于DF協(xié)議的雙向中繼系統(tǒng)最優(yōu)跨層功率分配進行了分析討論。由于在兩時隙雙向中繼中存在誰先譯碼用戶節(jié)點信息的問題，所以在基于等時隙分配的情況下，給出了兩時隙協(xié)議中MAC階段連續(xù)譯碼的最優(yōu)信道狀態(tài)區(qū)域劃分準則，并以此準則確定用戶節(jié)點譯碼的先后順序和不同劃分區(qū)域下的最大速率表達式。利用次梯度法更新λ至最優(yōu)值和拉格朗日乘