协作通信中继激励机制的研究与设计

摘要

伴随着无线通信业务的蓬勃发展，无线通信系统将面向更高的数据传输速率、更好的端到端性能和更广的热点用户覆盖。大量低能耗节点、中继和设备到设备(Device to device, D2D)通信链路将存在于传统的蜂窝系统中，移动设备间的协作也将会更加普遍。相比固定中继，移动设备担任中继时具有位置更灵活、选择范围更广、对复杂的无线传输环境适应性更好等优点。然而，当此类移动中继节点参与协作时会消耗设备的能量资源，如果没有合理的回报，将不利于节点间协作关系的建立和维持。因而，设计良好的中继激励机制以鼓励移动节点积极的参与协作具有重要的意义，论文的主要工作即为设计移动中继节点的激励机制。
　　首先，论文针对协作通信系统下行链路提出一种基于链路不平衡的中继激励机制(LIABLE)，为鼓励移动节点参与协作，对参与数据协作的中继节点给予通信资源的回报。与传统的端到端多跳通信中消除瓶颈的设计不同，LIABLE尝试对由于链路不平衡导致的链路瓶颈进行利用，并通过中继节点发射功率的调整按需地对瓶颈的位置和大小进行控制，以两跳链路的数据速率差值作为中继的回报。从而在保证目的用户传输性能的基础上给予中继节点合理的回报，实现系统频谱效率和中继能量效率的改善。
　　接下来，为解决现有中继激励机制中长期回报存在的不确定性、以及即时回报可能导致系统资源利用效率降低的问题，本文针对协作下行通信系统提出一种兼具即时与长期回报的复合中继激励机制(CCRI)。首先利用链路不平衡产生的瓶颈，将第一跳链路超过第二跳的数据速率部分作为即时回报，用于中继节点自身数据的传输；同时针对即时回报量不足、过量或瓶颈存在于第一跳导致即时回报失效的情况，采用基于比例公平的长期回报作为补充，进一步调整中继节点的调度权重。从而给予中继节点合理的回报，并实现系统频谱效率和生存时间，以及中继能量效率的改善。
　　最后，针对现有信息回报的方式在节点剩余能量较少时存在的局限性，在CCRI机制的基础上，通过无线携能通信将能量和信息联合传输，讨论一种提供能量回报的复合中继激励机制(CERI)。中继节点在协作转发目的节点所需数据的同时，利用链路不平衡产生的瓶颈进行能量的接收，获得即时的能量回报。并且通过将CCRI机制中的长期回报划分为信息回报和能量回报两种形式，移动台根据自身剩余能量情况选择能量或信息的接收。从而给予中继节点长期能量回报，激励剩余能量较少的节点参与协作。
　　文末，对本文的研究工作进行总结，并给出下一步研究方向。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文组织结构

第二章 协作中继与能量收集的基础知识

2.1 协作中继技术

2.2 能量收集技术

第三章 基于链路不平衡的中继激励机制的设计

3.1 系统模型

3.2 基于链路不平衡的中继激励机制

3.3 仿真结果及分析

3.4 本章小结

第四章 一种采用复合中继激励的协作下行传输机制

4.1 系统模型

4.2 采用复合中继激励的协作传输

4.3 仿真结果及分析

4.4 本章小结

第五章 基于无线携能通信的复合中继激励

5.1 系统模型

5.2 基于无线携能通信的复合中继激励

5.3 仿真结果及分析

5.4 本章小节

第六章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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