基于无线数能同传的协同中继资源分配技术研究

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近年来,越来越多的设备正在接入移动网络,设备与设备之间的通信也日益频繁。但是,网络节点之间的通信质量通常会受到信道波动的极大影响。因此为了保证网络节点之间的正常通信,可以采用中继协作方式,通过配置一个中继节点协助进行数据信息的转发。但是,为了避免产生因为中继进行转发服务消耗能量而对自身工作带来的负面影响,就需要选择更加合适的方式来对中继进行额外地能量供应。近年来,无线数能同传技术被广大学者得以研究,其凭借可以向网络设备同时传输数据与能量的优势,也即将成为未来网络的关键技术之一。通过在中继节点使用无线数能同传技术,可以有效地令中继节点在接收源节点数据信息的同时额外地采集无线能量,同时满足了中继节点的数据与能量需求,进而有效地在不影响自身工作进程的前提下提升了中继节点的转发效率。本文主要针对基于无线数能同传技术的协作中继资源分配进行研究,其中所有中继节点采用无线数能同传技术,从源节点处接收数据信息以及能量,然后用采集的能量向目的节点转发信息。为了保证数据的传输效率以及节省能量,所有中继节点均采用选择解码-转发(Selective Decoding and Forwarding,S-DF)方式,即中继节点首先会对接收到的源节点信息进行解码检错,如果发现错误便不会进行第二步的转发服务。相比于传统解码转发(Decoding and Forwarding,DF)中继方式,S-DF方式可以有效地避免了因为转发冗余错误信息而造成的中继节点能量浪费,因此间接的提高了端到端的有效吞吐量。同时,为了更加实际化,本文在进行资源分配时额外考虑了中继节点处的解码能耗。进而,本文分别针对两跳中继场景以及协作中继场景进行研究。其中在两跳中继场景中,由于信道质量较差,因此源节点与目的节点之间假设不存在直连通信链路,目的节点仅仅通过中继节点的转发来获取源节点的数据信息。而在协作中继场景中,源节点与目的节点之间额外存在一条直连通信链路,目的节点可以接收到直连与中继两路信号,进而通过信号处理的方式获取源节点的数据信息。针对两种不同的通信场景,本文基于时间相关信道进行物理问题建模分析,进行了最优的中继节点选择、源节点发送波束、中继节点功率分割比例和转发功率设计,并设计了相应的优化求解算法,以最大化源节点到目的节点的端到端吞吐量。仿真结果表明,相比于传统的DF中继方式,采用S-DF中继方式可以有效地提升端到端吞吐量。
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