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(shù)之一的雙向中繼由于可以顯著地提高無線通信網(wǎng)絡(luò)中的頻譜效率而得到極大的關(guān)注，但現(xiàn)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(jì)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(shù)據(jù)鏈路層和物理層間交換信息的QoS(Quality of Service)指數(shù)來表征統(tǒng)計(jì)時延需求，在保障數(shù)據(jù)鏈路層統(tǒng)計(jì)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(wǎng)絡(luò)編碼的基本概念，簡述中繼傳輸協(xié)議中應(yīng)用最為廣泛的兩類:放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(Amplify-and-Forward)和譯碼轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(quán)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(jìn)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(dá)速度域，再將不同速率代入有效容量加權(quán)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(jìn)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(jié)果表明對于

4、放大轉(zhuǎn)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(jìn)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(diǎn)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(zhǔn)則，并以此準(zhǔn)則確定用戶節(jié)點(diǎn)譯碼的先后順序和不同劃分區(qū)域下的最大速率表達(dá)式。利用次梯度法更新λ至最優(yōu)值和拉格朗日乘