两跳无线OFDM蜂窝网络中继链路选择问题的研究

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为进一步提高移动蜂窝网络的覆盖,研究人员提出了各种有效方案,其中中继成为研究热点之一,并成为4G网络中不可忽视的关键技术。通过采用中继技术改进小区覆盖,将会有效解决单跳蜂窝网络覆盖范围小、系统吞吐率低的问题。但是,中继节点的引入不可避免地带来了新的需要解决的问题,其中最重要的问题之一就是基站和中继之间的链路选择问题。无线链路由一跳变为两跳,中继转发信号需要消耗额外的时频资源和功率资源,单跳蜂窝网络的相关技术包括资源分配、接入控制、功率控制、负载、调度等并不能直接运用到两跳中继蜂窝网络中,这使得研究人员在这些技术的基础上,结合中继蜂窝网络的结构特性研究新的技术来攻破上述难关。在蜂窝网络中引入中继后,如何选择中继节点,对系统性能起着至关重要的作用。在资源受限制的条件下,为了更好地改善系统的传输性能,如何最优的选择链路中继节点数目,并合理分配链路功率以降低传输链路间的干扰是需要解决的首要问题,它们成为了本文研究的重点。针对这些问题,本文提出了以下创新方案:   提出了一种基于中断概率最小化的最优中继节点数目选择算法。该方法根据目的节点获得的源节点和各中继节点分别到达的信道状态信息,通过比较自适应的选择转发方式,并通过比较信噪比确定候选中继集合,最后根据中断概率最小化选择最优中继数目的中继参与协作。仿真结果表明,该方法提高了信道容量,降低了中断概率。当中继数目较多时,消耗的总功率增大,但系统容量增加缓慢,并趋于平缓。无限的增加中继的数目并不能无限的提高系统容量。因此,选择最优中继节点的数量可以提高系统传输性能。   提出了一种基于功率分配的最优中继节点数目选择算法。该方法首先进行功率最优分配计算,然后根据中断概率最小状态选择中继数目,确定最优中继节点数目。仿真结果表明,本文提出的基于功率分配最优中继节点选择算法可以显著改善系统的系统容量和中断概率。如果要获得足够好的系统可靠性能或者足够大的系统容量,可以通过增加中继数目的方法来实现。但是,增加中继数目会消耗更多的总发送功率,从而加重了链路间干扰程度,所付出的协同代价将会随之增大,并随着系统接入链路的增多而迅速增大。所以,选择合适的中继数目采用论文提出的功率分配方案,可以降低系统的中断概率,提升系统容量。
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