協(xié)同通信網(wǎng)絡中繼選擇策略研究論文

　　一、協(xié)同通信的基本原理

　　協(xié)同通信是通過由通信網(wǎng)絡的用戶天線構(gòu)成分布式天線陣列，讓不同用戶向目標節(jié)點發(fā)送的信號通過各自獨立的衰落信道，而接受到的衰落信號也是各自獨立的。協(xié)同傳輸本質(zhì)是讓不同的單天線用戶以合作方式獲取通信系統(tǒng)的分集性能，降低通信設備開發(fā)成本，用一種更高效快捷的形式實現(xiàn)分集。同時協(xié)同中繼可以通過通信網(wǎng)絡中各個用戶節(jié)點的接力傳輸，有效擴展通信覆蓋面、降低通信組網(wǎng)成本、提高通信系統(tǒng)容量，優(yōu)化通信網(wǎng)絡性能。協(xié)同通信系統(tǒng)由源節(jié)點、中繼節(jié)點以及目標節(jié)點構(gòu)成。

　　在三節(jié)點中繼信道模型中只存在單一的源節(jié)點，中繼節(jié)點和目標節(jié)點，中繼節(jié)點為源節(jié)點進行協(xié)同傳輸?shù)膶儆趩卧磫沃欣^協(xié)同系統(tǒng)模型。單源多中繼協(xié)同系統(tǒng)模型則是由單一源節(jié)點、多個中繼節(jié)點、和單一目標節(jié)點構(gòu)成。多源多中繼協(xié)同系統(tǒng)模型則是由由多個源節(jié)點，多個中繼節(jié)點和多個目標節(jié)點構(gòu)成。

　　二、基于不同準則的中繼選擇策略

　　第一，以平均信道信息為基準的中繼選擇。在以平均信道狀態(tài)信息為基準的中繼選擇策略中，人們需要依據(jù)源節(jié)點和目標節(jié)點或中繼節(jié)點同目標節(jié)點間的相對位置信息或參數(shù)來實現(xiàn)協(xié)同中繼節(jié)點的選擇策略，該策略要求通信系統(tǒng)具備相對距離和位置參數(shù)的評估設備等，如可以估計通信系統(tǒng)中繼節(jié)點間的平均SNR。

　　第二，以瞬時信道信息為基準的中繼選擇。機會中繼選擇策略是具有代表性的以瞬時信道狀態(tài)信息為基準的分布式中繼選擇策略。該策略的基本原理是從M個備選中繼節(jié)點內(nèi)，選擇一個介于源節(jié)點和目標節(jié)點間，具備從最佳端到端路徑的相應節(jié)點用來作為協(xié)同中繼，為通信系統(tǒng)的源節(jié)點發(fā)送信息數(shù)據(jù)。在以瞬時信道狀態(tài)信息為基準的中繼選擇策略中，人們必須了解各節(jié)點間的相應的瞬時信道狀態(tài)，而估計該參數(shù)相對容易，而且不需要相對距離和位置參數(shù)的估計，成本低廉；但瞬時信道狀態(tài)的不穩(wěn)定性要求相對的協(xié)同伙伴能同步跟蹤并及時更新信道狀態(tài)參數(shù)，需要額外成本。

　　第三，以中斷概率為基準的中繼選擇策略。中斷概率一般是指在描述評估當信道容量不能達到目標傳輸速率的要求時，發(fā)生中斷情況的可能性大小。中斷概率總體分布主要是由信道鏈路的相應的信道衰落分布模型和平均信噪比所決定的.，其本質(zhì)上在表達通信系統(tǒng)的互信息量大小。該中繼選擇策略能夠提高通信過程的可靠性和連續(xù)性，但采用多節(jié)點中繼以片面追求低中斷概率會導致成本升高。

　　第四，以誤符號率為基準的中繼選擇。除了速率與信噪比，誤符號率同時要評估通信終端的信號合并方式和網(wǎng)絡物理層利用的調(diào)制傳輸方式等。用戶使用不同的中繼或源節(jié)點都會導致誤符號率的不同，因此在中繼節(jié)點集合中可尋求讓誤符號率最小的中繼用作最優(yōu)中繼。該中繼選擇策略可通過信道系數(shù)代入計算誤符號率公式求出所需誤符號率參數(shù)，求出最優(yōu)中繼作為源節(jié)點發(fā)送信息。該選擇策略兼顧了終端信號合并方式與網(wǎng)絡物理層調(diào)制傳輸方式，貼近網(wǎng)絡實際。高信噪比同高中繼數(shù)量一樣會使誤碼率降低，需要對其進行聯(lián)合優(yōu)化。

　　第五，以功率分配為基準的中繼選擇。各節(jié)點合理的功率分配有利于延長各節(jié)點的工作時間，從而增加全通信網(wǎng)絡使用生命。網(wǎng)絡生命期一般指的是為滿足預期中斷概率，滿足信宿接收信噪比需求所持續(xù)的時間。若通信系統(tǒng)內(nèi)源節(jié)點和目標節(jié)點間無直接路徑，則要選擇相應的中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)信源信息。根據(jù)剩余能量信息和中繼節(jié)點信道狀態(tài)信息的不同，網(wǎng)絡生命周期最大化的中繼選擇策略一般可分為三種。如可在多用戶協(xié)同系統(tǒng)中選擇一個中繼節(jié)點參與協(xié)同，給出效用方程的函數(shù)定義，方程包含兩變量：中繼節(jié)點傳輸功率和源節(jié)點，依據(jù)效用方程劃分三種最優(yōu)節(jié)點選擇策略。第一種是最小化總功率效用函數(shù)，側(cè)重于降低源、中繼節(jié)點的總傳輸功耗，第二種是最小化最大化功率的效用函數(shù)，側(cè)重于降低源、中繼節(jié)點中較大的節(jié)點功耗，從增加節(jié)點層功耗的公平性；第三種是最小化平均功率的效用方程，側(cè)重于整個網(wǎng)絡層的功率的平均合理分配。

　　三、結(jié)語

　　各種以不同準則為基準的中繼選擇策略各有優(yōu)缺點，以平道信道狀態(tài)為準則的策略復雜度低，但是要求對相對距離和位置參數(shù)進行估計；以瞬時信道狀態(tài)信息為準則的策略自適應靈活，所選中繼節(jié)點信道狀態(tài)良好，但是容易發(fā)生節(jié)點沖突導致無法得出正確中繼節(jié)點；以中斷概率為準則的策略有利于保障通信的連續(xù)性與可靠性，但是盲目追求低中斷概率容易導致資源耗費增加；以誤符號率為為準則的策略更貼近網(wǎng)絡通信實際，但是需要對高信噪比和中繼數(shù)量進行聯(lián)合優(yōu)化；以功率分配為為準則的策略有利于節(jié)省能量，增加網(wǎng)絡生命周期，但是復雜度高，操作性不強。各個不同準則的協(xié)同通信中繼選擇策略為中繼選擇策略的優(yōu)化奠定理論與技術(shù)基礎。

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