文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)07-0109-05
在無線網(wǎng)絡(luò)中，通過在多個節(jié)點的分布式天線中進行協(xié)同工作，從而實現(xiàn)了協(xié)同通信[1-3] 以獲得空間分集增益對抗信道中的慢衰落。到目前為止，研究人員已經(jīng)提出了多種協(xié)同通信協(xié)議[4-9]，這些協(xié)議在中繼節(jié)點處理接收到的源節(jié)點的信號方式上各有不同。其中有些協(xié)議[4-5]，中繼節(jié)點每一個時隙只能幫助一個源-目的鏈路。中繼節(jié)點對于接收到的源節(jié)點的信號或者是進行簡單的放大轉(zhuǎn)發(fā)，或者是對信號進行譯碼、重編碼后再轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的目的節(jié)點。在參考文獻[6-8]中，作者提出了一種物理網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)同通信PNCC(Physical Network-Coded Cooperation)協(xié)議，通過在接收機的空中接口上對不同源節(jié)點所傳輸?shù)男盘栠M行混合來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼，從而減小廣播階段的時隙數(shù)。在參考文獻[9]中，作者提出了隨機網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)同通信ONCC(Opportunistic Network-Coded Cooperation)，其主要思想是根據(jù)目的節(jié)點的反饋信息來判斷是否需要通過協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā)來幫助源節(jié)點傳輸信息。其主要的優(yōu)點是采用了隨機通信以減少傳輸所需要的平均時間。
MPR技術(shù)是一種使接收機能夠?qū)ζ浣邮辗秶鷥?nèi)多個節(jié)點所傳輸?shù)男畔⑦M行檢測的技術(shù)。GHEZ S[11-12]和參考文獻[13]最先對MPR技術(shù)進行了研究，并給出了第一個多點對點通信的MPR問題模型。通過在目的節(jié)點中應(yīng)用MPR技術(shù)使多個源節(jié)點在一個時隙內(nèi)進行傳輸，可以使傳輸時間進一步減少。基于這一點，本文提出了MPR-OPNCC技術(shù)。
需要指出的是本文將在多個源目的對之間通信而非簡單多個源到一個共同的目的節(jié)點通信的場景中對MPR-OPNCC進行分析和討論。MPR-OPNCC有三個主要特性：(1)MPR-OPNCC是基于MPR技術(shù)的，這使得多個源節(jié)點可以在同一個時隙內(nèi)向目的節(jié)點進行傳輸。(2)MPR-OPNCC是隨機通信的。隨機通信的意思是中繼節(jié)點根據(jù)目的節(jié)點的反饋信息來判斷是否需要通過協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā)來幫助源節(jié)點傳輸信息。(3)MPR-OPNCC中采用了物理網(wǎng)絡(luò)編碼算法，這使得中繼節(jié)點可以同時協(xié)助多個鏈路進行通信。基于上述三個特性，可以直觀地推測出MPR-OPNCC與現(xiàn)有的其他協(xié)同通信協(xié)議相比有較多的優(yōu)勢:應(yīng)用了MPR技術(shù)，使得系統(tǒng)的吞吐量提高了一倍;避免了不必要的協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā)造成的帶寬資源的浪費;PNC使得中繼節(jié)點可以在一個時隙內(nèi)同時幫助多個傳輸鏈路對進行協(xié)同通信。
根據(jù)式(1)和式(2)分別可以得到|αi,r|2和|αr,i|2的概率分布函數(shù)和均值。在實際應(yīng)用中S2和D1非常接近，于是S2到D1之間的距離就要比S1到D1之間的距離短很多，即d12<<d11，同理d21與d22之間也有這樣的關(guān)系。根據(jù)上面所述的信道衰落與鏈路距離之間的關(guān)系，可以推出兩個重要的結(jié)論|α2,1|2>>|α1,1|2和|α1,2|2>>|α2,2|2。本文將系統(tǒng)中的信道噪聲建模為一個均值為零、方差為N0的復(fù)高斯隨機變量。
為描述簡單起見，假設(shè)所有節(jié)點的發(fā)射功率相同，記為P。發(fā)射的信噪比記為ρ，于是有ρ=P/N0。另外所有的源節(jié)點都以相同的符號速率R(symbol/s/Hz)向目的節(jié)點傳輸各自的數(shù)據(jù)。
2 MPR-OPNCC描述
本節(jié)將對MPR-OPNCC的工作機制進行描述。如圖1所示，整個協(xié)同通信過程可以分為兩個階段：廣播節(jié)點和中繼協(xié)同階段。在廣播階段中，兩個源節(jié)點同時以符號速率R向各自的目的節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)。目的節(jié)點Di和中繼節(jié)點R所接收到的信號記為yi,b(i=1,2,r)，于是接收到的信號可以表示為:
每個目的節(jié)點廣播一個簡單的反饋信息來指示廣播階段中相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收成功或失敗。假設(shè)反饋信息至少能夠被中繼節(jié)點可靠地接收。同時中繼節(jié)點根據(jù)廣播階段傳輸?shù)臓顟B(tài)的不同來采取不同的處理。當兩個鏈路的數(shù)據(jù)傳輸在廣播階段中都獲得成功時，中繼節(jié)點將不采取任何操作。否則，中繼節(jié)點將向目的節(jié)點D1和D2轉(zhuǎn)發(fā)物理網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)。同時為了保證中繼節(jié)點的發(fā)射能量不超過能量限制，中繼節(jié)點數(shù)要對網(wǎng)絡(luò)編碼后的信號進行放大，放大器的增益為:
通過對式(24)的計算得到MPR-OPNCC的平均頻譜效率曲線，如圖3所示。為了方便比較，根據(jù)參考文獻[9]中的式(11)和式(25)在圖3中畫出了IDF和ONCC的平均頻譜效率曲線。
從圖3中可以看出，當信噪比增加時,MPR-OPNCC能夠提供的最大頻譜效率為2 symbol/s/Hz,與ONCC和IDF相比提高了一倍。
另外，結(jié)合圖3和圖2可以看到,與IDF相比,MPR-OPNCC不但提供了一個較高的平均頻譜效率(圖3)，同時也保持了較低的系統(tǒng)中斷概率(圖2),這主要是因為MPR-OPNCC中采用了MPR和PNC技術(shù)。與ONCC相比，MPR-OPNCC將平均頻譜效率提高了一倍(圖3)，同時也保持了相近的系統(tǒng)中斷概率(圖2)，這主要是因為MPR-OPNCC中采用了MPR技術(shù)。
MPR-OPNCC具有三個主要的特性。在系統(tǒng)總能量一定的場合中，可以使每個節(jié)點以更大的功率進行發(fā)射，從而有利于提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴＠碚摲治龊蛿?shù)值計算結(jié)果表明,在系統(tǒng)中斷概率和平均頻譜效率方面MPR-OPNCC相比于ONCC和IDF具有更好的性能。
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