基于有限信道信息的分布式中繼選擇算法研究.pdf

1、高頻譜效率、高可靠性以及低功耗是無線通信發(fā)展的趨勢(shì)。協(xié)作通信技術(shù)利用地理位置上分散的中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的虛擬天線陣列來實(shí)現(xiàn)空間分集，不僅克服了終端由于尺寸的限制而無法安裝多根天線的困難，同時(shí)能夠有效地抵抗無線信道衰落的影響，是提高無線通信系統(tǒng)穩(wěn)定性的一種有效方法。在協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點(diǎn)選擇是協(xié)作通信領(lǐng)域中一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　 本文針對(duì)無線協(xié)作系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)選擇問題在現(xiàn)有研究中的不足之處，基于有限的信道狀態(tài)信息，圍繞著系統(tǒng)能量效率、中斷性

2、能以及反饋開銷等方面，開展了中繼節(jié)點(diǎn)選擇算法的研究。
　　 在能量受限網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的能量消耗對(duì)于網(wǎng)絡(luò)生命期具有至關(guān)重要的影響。本文提出了放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作系統(tǒng)中能量有效的分布式中繼選擇算法，利用統(tǒng)計(jì)信道信息以避免瞬時(shí)信道信息帶來的反饋開銷，在保證系統(tǒng)目標(biāo)中斷概率的前提下，使得系統(tǒng)有較高的能量效率。采用閾值匯報(bào)機(jī)制，通過對(duì)系統(tǒng)的能量消耗和中斷概率進(jìn)行折中，以最小化源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的平均消耗總功率為目標(biāo)確定中繼匯報(bào)閾值，各中繼節(jié)點(diǎn)僅根據(jù)與

3、自己相關(guān)的鏈路信息獨(dú)立地決定是否向源節(jié)點(diǎn)匯報(bào)。這是一種分布式的實(shí)現(xiàn)方式，無需中繼節(jié)點(diǎn)間的信息交互，由源節(jié)點(diǎn)從匯報(bào)中繼集合中按照一定準(zhǔn)則選擇一個(gè)合適的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。理論和實(shí)驗(yàn)證明了提出的算法能有效地提高系統(tǒng)的能量效率。
　　 瞬時(shí)信道信息的實(shí)時(shí)反饋開銷會(huì)占用較多系統(tǒng)資源，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，基于此，本文研究了基于有限信道信息的全反饋式中繼選擇算法，并分析了算法的中斷性能。我們提出了兩種節(jié)點(diǎn)選擇策略：在最大化統(tǒng)計(jì)平均信噪比的算

4、法中，選擇第一跳鏈路的瞬時(shí)信噪比與第二跳鏈路的平均信噪比乘積最大的中繼節(jié)點(diǎn)；而在最小化后驗(yàn)中斷概率的算法中，直接從系統(tǒng)中斷概率的角度考慮，選擇具有最小后驗(yàn)中斷概率的中繼節(jié)點(diǎn)。分別考慮己知中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路的統(tǒng)計(jì)信道信息和量化信道信息兩種情況，應(yīng)用以上兩種節(jié)點(diǎn)選擇策略，得到具體的中繼選擇算法，理論分析了各算法的中斷概率。仿真結(jié)果指出利用越多的信道信息，算法獲得的中斷性能越好，基于后驗(yàn)中斷概率的算法比基于統(tǒng)計(jì)平均信噪比的算法能夠給系統(tǒng)帶

5、來更大的性能提升。
　　 為了有效地降低系統(tǒng)中的反饋開銷，在基于后驗(yàn)中斷概率算法的基礎(chǔ)上，研究了結(jié)合部分反饋機(jī)制的分布式中繼選擇算法，作為一種反饋開銷與系統(tǒng)性能之間折中的有效方案。中繼節(jié)點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)反饋閾值，在已知到目的節(jié)點(diǎn)鏈路的統(tǒng)計(jì)信道信息或量化信道信息的情況下，滿足反饋條件的中繼節(jié)點(diǎn)分別反饋信道均值或量化區(qū)間索引。進(jìn)一步推導(dǎo)了算法的近似中斷概率表達(dá)式，仿真結(jié)果表明，在高信噪比下，部分反饋算法的性能接近于全反饋式算法的性能。另