双向中继网络的中继和用户对选择策略

摘要

在无线移动通信中引入中继技术能够有效克服移动无线信道的衰落，提高通信的可靠性，增大通信的覆盖范围。传统单向中继(OWR)由于工作在半双工模式，在性能提高的同时也带来了频谱效率(SE)的损失。而全双工中继系统虽然可以弥补这一频谱效率损失，但却会给系统中自干扰的消除带来困难。双向中继(TWR)的提出有效的解决了这一矛盾，使得在半双工的工作模式下，完成一次信息交互所需要的时隙数从原来的4个时隙减少到了2-3个时隙，成倍地提高了频谱效率，因此已经成为国内外研究的重点和热点之一。对于由单个或多个用户对以及多个可选中继组成的双向中继网络，中继和用户对选择是提升系统性能的重要研究内容。本文将讨论这一场景的中继和用户对选择策略。
　　 本文首先研究了由单个用户对和多个可选中继组成的放大转发(AF)双向中继网络的中继选择策略。通过在高信噪比条件下对AF双向中继网络总速率表达式的近似，观察两跳链路增益乘积和系统总速率之间的关系，提出了一种基于可靠候选集、以最大化两跳链路增益乘积为标准的中继选择算法(MRS):第一步，在中继处引入门限，将两跳链路质量均超过门限的中继选出建立可靠候选集，以同时保证两跳链路的质量;第二步，在建立的可靠候选集中以两跳链路增益乘积最大化为标准，进行最佳中继选择。最后，通过仿真将该中继选择算法与现有AF单用户对双向中继网络三种典型的中继选择算法在不同功率分配情况进行性能比较。仿真结果表明，该中继选择算法能在同时保证AF双向中继网络两跳链路质量的前提下，提高系统的总速率。
　　 本文进一步研究了由多个用户对和多个可选中继组成的双向中继网络的中继和用户对选择策略。通过对多用户对多个可选中继组成的双向中继网络进行权重二部图(WBG)建模，并依据系统性能影响因素合理设计权重，从而将以最大化系统总速率为目标的中继和用户对选择策略问题等效为权重二部图的最大权匹配问题。利用图论的最大权匹配算法(MWM)，提出了最大权匹配选择策略(MWS)。并在用户对个数大于可选中继个数时，进一步同时考虑系统总速率和用户对公平性，提出了最大权匹配轮询选择策略(MR-RS)。由于MR-RS策略为了保证用户对间的公平性牺牲了较大的性能提升，更进一步提出了基于数据序列因子的最大权匹配选择策略(MDS)。最后，通过仿真对所提策略性能进行分析，结果证明三种策略均提升了系统性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

§1．1 引言

§1．2 选题背景

§1．3 论文的主要贡献和结构

§1．4 符号说明与术语缩写全称

1．4．1 符号说明

1．4．2 术语缩写

第2章 双向中继网络

§2．1 双向中继转发机制

2．1．1 放大转发(AF)

2．1．2 解码转发(DF)

2．1．3 其他转发机制

§2．2 双向中继网络模型

§2．3 中继选择和用户对选择的研究现状

2．3．1 单用户对多中继双向中继网络

2．3．2 多用户对单中继双向中继网络

2．3．3 多用户对多中继双向中继网络

§2．4 小结

第3章 单用户对双向中继网络的中继选择策略

§3．1 研究场景

§3．2 中继选择策略

§3．3 仿真分析

§3．4 小结

第4章 多用户对双向中继网络的中继和用户对选择策略

§4．1 研究场景

§4．2 图论相关知识简介

4．2．1 图、二部图、权重二部图、子图

4．2．2 相关术语

4．2．3 匹配、最大匹配、完备匹配、完美匹配、最大权匹配

4．2．4 权重二部图最大权匹配算法

§4．3 权重二部图建模及权重设计

4．3．1 权重二部图建模

4．3．2 权重设计

§4．4 算法设计

4．4．1 最大权匹配选择策略(MWS)

4．4．2 最大权匹配轮询用户对选择策略(MR-RS)

4．4．3 基于数据序列因子的最大权匹配用户对选择策略(MDS)

§4．5 仿真分析

§4．6 小结

第5章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢