Two-way中继系统中的资源分配算法及优化设计

摘要

相对于One-way中继，Two-way在系统总速率、中断概率等恒量系统性能的指标上有着较高的提升，故其受到了广泛的关注。在资源日益稀缺的今天，对资源进行优化分配也是研究领域的重中之重。在Two-way中继网络中，如何以不同系统性能作为优化目标对资源进行优化分配具有重要的意义。
　　 本文以Two-way AF中继网络为研究对象，以系统总速率、中断概率为性能指标，以提升系统性能为目的，以资源优化分配作为手段，对Two-way AF中继网络中最大化系统总速率、最小化系统中断概率以及保证系统中断概率前提下最小化系统总功率消耗的资源优化分配方案进行了研究。
　　 本论文首先针对Two-way多中继协同网络中的中继选择方法进行了一定的探讨，并联合考虑中继节点处的接收信噪比和中继节点到目的节点间的信道增益，提出了最优中继选择方案。之后，建立了Two-way AF中继网络中基于公平性的优化功率分配模型，并获得最优功率分配解决方案，最终通过仿真验证此功率分配方案在提升系统总速率上的优越性。
　　 其次，在获得上述优化模型优化解的基础上，进一步对 Two-way AF中继网络中的功率分配方案进行深入研究。由于基于公平性的功率分配方案在顾及公平性的同时，会牺牲一定的系统总速率，为将系统总速率提升至最高，在之后的研究中建立了基于信道增益差异的优化功率分配模型，鉴于模型求解的复杂性，通过提出一种迭代算法求出了此模型的近似最优解，达到最大化总速率的目的。
　　 随后，在Two-way AF中继系统中，本论文对Two-way AF中继网络的中断概率闭合表达式进行详细推导。在此基础上，建立以最小化中断概率为目的，系统总功率受限条件下的优化模型，通过论证优化模型为凸优化问题，使用凸优化模型的经典解法--拉格朗日乘子法，对优化模型进行数学求解，并获得最佳功率分配解决方案。
　　 最后的研究中，同样以 Two-way AF中继网络为研究场景，在保证系统中断概率取值满足用户需求的条件下，以最小化总功率消耗为目的，建立优化功率分配模型。在证明此优化模型同样为凸优化问题之后，对优化模型进行求解，得到最小化系统功率消耗条件下的优化功率分配方案。