双向中继网络中资源优化调度策略的研究

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随着通信业务的不断增加,无线资源变得越来越紧缺。中继通信技术通过引入中继节点,使源节点和目的节点之间的数据交互能在中继节点的协助下完成,从而降低了源节点的传输功率,节约了能量资源。双向中继网络能够在信道上实现数据的双向传输,解决了传统单向数据传输中信道资源利用率低的问题。缓冲中继技术通过在中继节点处配备缓存装置,使得中继能够自适应的选择信道条件良好的链路进行信息的传输。另一方面,合理分配无线网络资源能有效地提高无线通信系统的性能,所以研究无线网络中资源分配问题是很有必要的。本文主要研究双向中继网络的资源优化调度策略,具体研究工作及成果如下:(1)提出了一种时分广播协议下联合中继选择和功率分配的节能方案,该方案需要三个时隙来实现端节点之间的数据交互。在信道状态信息完整的情况下,研究了两个端节点和N个并行中继节点的双向中继网络模型。基于数据速率和两个端节点的功率非负性约束,将中继选择和功率分配相结合,最大限度地降低系统的总功率消耗。在基于迫零(ZF)和可变增益(VG)的两种中继信号组合技术中,根据信道状态来选择最优中继节点,再利用优化问题确定两端节点以及中继节点的功率分配,使得系统总功耗最低。实验结果表明,时分广播协议在双向中继网络中具有较好的节能效果。通过设置合理的数据速率参数,可以有效地降低系统的功率消耗。(2)提出了一种联合双向缓冲辅助中继系统和生灭过程(birth-death,BD)马尔可夫模型的吞吐量优化方案,该方案考虑了缓存状态和信道状态对系统性能的影响。两个用户都可以随机访问中继节点上有限大小的缓冲区。考虑半双工译码转发的中继环境,分析了信道中断概率对缓冲区的影响。然后基于对BD马尔可夫链的认识,分析了BD马尔可夫过程的增减传输概率,并根据相关的数学理论,推导出系统在固定传输速率下的最大吞吐量。实验结果表明,该方案在最大化系统吞吐量方面明显优于其他方案。
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