双向中继通信中基于统计QoS保障的跨层优化与设计

摘要

双向中继极大地提高了无线通信网络的频谱效率。大部分现有工作集中于分析双向中继所带来物理层的容量增益,然而传统的物理层设计并不能保证来自上层的诸如时延等服务的需求,因此,必须通过不同层间的跨层优化来实现。而目前对双向中继跨层优化的研究十分稀少,同时双向中继传输对上层带来的影响也尚未被充分挖掘。
　　为了解决上述问题,本文考虑了基于时延QoS保证的双向中继系统的跨层设计与优化问题,旨在找出最优的跨层传输策略,在保障数据链路层统计时延需求的条件下最大化双向中继通信用户的物理层吞吐量。我们利用QoS指数来表征统计时延需求,简化层间交互信息,通过运用有效容量理论,使这个跨层优化问题等效于有效容量加权和最大化问题。本文首先基于等时隙分配,分别提出了三时隙与两时隙中继传输协议的最优自适应功率和速率分配策略。然后,基于峰值功率限制,分别提出了三时隙与两时隙协议的最优时隙分配策略。数值仿真表明,所提出的策略可以有效地支持不同的QoS需求,并且与无自适应的传输策略相比能够显著提高双向中继系统的通信性能。同时,我们也得到了一些重要结论:当时延限制较为宽松时,利用双向中继传输相比于直接传输能够有效提高系统吞吐量,而当时延限制变得严格后,双向中继并不能达到理想效果,应该采用直接传输;中继应该设置得靠近于时延限制更高的信源端;自适应时隙分配能够提高系统系能,然而其作用远小于自适应功率分配带来的增益。

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第 一 章 绪 论

1 .1 引言

1 .2 课题背景

1 .3 国内外研究现状

1 .4 有待解决的问题

1 .5 论文的主要工作和结构

第二章双向中继通信系统及物理层网络编码

2 .1 双向中继通信系统模型

2 .2 物理层网络编码

2 .3 主要指标

2 .4 小结

第三章双向中继通信系统的跨层模型

3 . 1 统计Q oS保障理论

3 .2 双向中继通信系统的跨层模型与问题建模

3.3 小结

第四章基于等时隙分配的最优跨层传输策略

4 .1 最优化问题的表示

4 .2 最优传输策略

4 .3 数值仿真

4 .4 小结

第五章基于峰值功率限制的最优跨层传输策略

5 .1 最优化问题的表示

5 .2 最优传输策略

5 .3 数值仿真

5 .4 小结

第六章结论与展望

6 .1 主要结论

6 .2 研究展望

附录A 三时隙双向中继最优功率分配策略的推导

附录B 两时隙双向中继信源节点最优功率的推导

附录C 两时隙双向中继最优区域划分准则的推导

附录D 两时隙双向中继最优时隙分配策略的推导

参考文献

致谢

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