协作通信系统中的功率分配算法分析

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1、第1章绪论户发送信息。[4][5]此后，Sendonaris研究了协作分集和系统容量、中断概率等的关系，给出了适合的编码方案及其在二代传输网络中的实现。后续又在通用的干扰信道模型[6-8]下研究了各种系统算法结构和性能的分析。Laneman研究了协作分集的实现的协议。包括固定中继、选择中继和增量中继三种策略，并对这些策略在各态历经的信道和准静态的信道下的性能进行了分析。其中固定中继包括放大转发和解码转发，放大转发协作分集也称为再生转发(RegenerateandForward)协作，伙伴节点对来自于源节点的无线信号不进行检测和译

2、码，而是直接对这个模拟信号进行简单的放大和转发。不同与解码转发协作分集，解码转发协作分集也称为再生转发(NoRegenerateandForward)协作，其类似于传统的中继模式，伙伴节点需要对来自源节点的无线信号进行检测和译码，如果能够正确地恢复原始的二进制消息，就利用正交信道(时分多址、频分多址或者码分多址)向目的节点转发这个消息，否则就丢弃这个消息．Hunter将信道编码与协作分集相结合提出了编码协作的方[9-12]法，编码协作的主要思想是接收和转发过程中伙伴节点不仅需要再次生成原始的二进制消息，而且需要对这个消息进行编码

3、处理，为其协作伙伴传输数据增加冗余信息。因此，除了分集增益，解码再编码协作还能获得额外的编码增益。而放大转发方式和解码转发方式，从编码角度看，也是一种编码，只是效率低下。为了进一步提高分集增益和频谱效率，Laneman等人把空时码引入到了协作[13][14][15][16]通信中，进一步提高了系统的性能。目前把网络编码和协作结合起来[17][18]进行研究已经成为了一个相当热门的研究方向。对网络编码系统进行研究得出了利用网络编码的协作分集能够显著降低系统中断概率的结论。在协作通信的研究中，已有的研究成果主要分为两大类：一是关于协

4、作通信的容量和性能分析的研究。主要有以下几点成果：1在收发两端能实时跟踪信道状态信息的情况下，多址信道中协作传输的可达速率区域；2证明了当发送端不了解信道状态信息时，协作传输依然能够通过附加的分集增益改善系统的中断概率性能；3给出了发送端已知信道状态信息时，使用DirtyPaper编码协作传输容量区域和系统中断概率的明显改善；4无线中继信道和Adhoc网络中协作通信的容量边界。二是关于协作通信的相关协议和算法的研究。主要有以下几点成果：1提出了放大转发（AF）和解码转发（DF）的协作通信方法，并分析了他们的分集阶数和中断概率性能

5、。2提出一种非正交AF协议，在空间分集和空间复用之间寻求一个合理的折衷。3提出了一种盲AF协作法，该协议在伙伴节点处使用恒定的放大系数。4将经典的信道编码技术引入协作通信，提出编码协作（CC）方法。随着对协作分集技术的深入研究，在系统各节点之间尤其是源节点和伙伴节3第1章绪论点之间的功率分配问题开始受到关注。文献[19]提出了一种针对解码转发的次优的功率分配算法，能够在功率限制的条件下实现最小的中断概率，文献[20]提出了一种分布式的功率分配方法，能够在目的节点实现最大的信噪比接收。文献[21]在多跳的协作系统中提出了一种最大最

6、小功率分配方法，能够实现网络存活时间的最大化。文献[22]提出了采用QPSK的系统下的最小化能量消耗的功率分配策略。在实际的通信系统中，由于地形和距离的影响，节点之间往往具有不同的信道状态，这就意味着，源节点和中继节点之间不同的功率分配情况将会导致不同的系统性能。无线网络中相隔一定距离的节点复用相同的无线信道，即利用空间复用技术来提高无线资源的利用率，从而在无线网络中引入了严重的同道干扰。而优化的功率分配方法可以降低无线网络中的同道干扰，显著的提高整个系统的通信质量。在无线网络中，移动节点的能量依赖于电池供电，而移动节点的电池容

7、量十分有限，是一种稀有资源，所以优化的功率分配方案能够减小移动节点的发射功率，降低能耗，从而有效的延长移动节点的寿命或者电池的充电时间间隔。所以，现如今功率分配问题受到了广泛的关注。而且与传统的直接通信相比，协作通信会耗费更多的时间、频率或功率等系统资源。为了最大限度地提高功率效率，最小化用户间的干扰，必须对源节点和中继节点的发射功率进行合理的配置，因此功率分配成为协作通信中的关键技术。但是，最为一种新兴的无线通信技术，对于协作通信的研究还处于起步阶段，因此功率分配的问题还有诸多难点没有解决。第一个难点是如何来评估协作无线系统的

8、性能。随机的多径衰落导致实时接收的性噪比随着时间的变化而动态地发生变化，而且目的节点通过合并来自于源节点和目的节点的信号以实现最大的输出性噪比，从而难以评估伙伴节点和目的节点的接收性能。第二个难点是如何在分布式的无线网络中实现功率分配算法。在无线网络中，只有接收