协作通信中的中继节点选取和功率分配联合优化

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1、2008年4月北京邮电大学学报Apr.2008第31卷第2期JournalofBeijingUniversityofPostsandTelecommunicationsVol.31No.2文章编号:1007-5321(2008)02-0068-04协作通信中的中继节点选取和功率分配联合优化高伟东,王文博,袁广翔,彭木根(北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室,北京100876)摘要:为了优化协作通信系统的性能,提出了一种基于信道容量增益的中继节点选取策略,并在此基础上提出了源节点和中继节点最优功率分配算法.通过采用凸优化的算法,功率在源节点和中继节点间得到了合理的分配.理论分析和仿真验证表明

2、,所提算法能以较低的复杂度显著提高系统性能和功率效率,因而可以有效地用于基于中继传输的协作通信中.关键词:协作通信;中继节点选取;功率分配;凸优化中图分类号:TN803.4文献标识码:AJointRelaySelectionandPowerAllocationOptimizationinCooperativeCommunicationsGAOWei-dong,WANGWen-bo,YUANGuang-xiang,PENGMu-gen(KeyLaboratoryofUniversalWirelessCommunications,MinistryofEducation,BeijingUnivers

3、ityofPostsandTelecommunications,Beijing100876,China)Abstract:Ajointoptimizationstrategyforrelayselectionandpowerallocationisproposedtooptimizetheperformanceofcooperativecommunicationsystem.Convexoptimizationmethodisusedtoimple-mentthealgorithm,whichoptimallydistributespoweramongthesourceandrelaynode

4、s.Boththeo-reticalanalysisandsimulationresultsindicatethattheproposedstrategynotablyimprovesystemper-formanceandenergyefficiencywithlowimplementingcomplexity,thuscanbeeffectivelyusedinco-operativecommunicationsbasedonrelayingtransmission.Keywords:cooperativecommunication;relayselection;powerallocati

5、on;convexoptimization协作通信与直接通信相比能提供空间分集增提高,所以选择合适数量的协同节点是一个有待优[1-3]益,实现目标用户高速、高可靠性的数据传输.化的问题.与传统的直接通信相比,协作通信会耗协作通信中的一个关键问题是如何分配和管理中继费更多的时间、频率或功率等系统资源.为了最大节点.文献[4-5]提出了基于单个中继节点的最佳限度地提高功率效率,最小化用户间的干扰,必须对中继节点选取算法,尽管能提高系统性能,但是由于源节点和中继节点的发射功率进行合理的配置.文只采用一个中继节点,无法获得多个中继节点协作献[6-7]研究了单个中继节点情况下功率分配问题,通信的“涌现”

6、增益.虽然选取更多的中继节点可以但没有充分地利用系统空间资源进行系统资源的优获得更好的性能,但是随着中继节点数目的增加,带化配置.本文在多个中继节点与源节点协同通信的来的性能增益将减小,同时协作方案的设计、信号检场景下,提出了一种基于信道容量增益的中继节点测以及多址问题等的复杂度会增加,网络成本也会选取和功率分配联合优化算法,能显著地提高系统收稿日期:2007-06-13基金项目:国家“863计划”项目(2006AA01Z257)作者简介:高伟东(1981—),男,博士生,E-mail:wdonggao@gmail.com.第2期高伟东等:协作通信中的中继节点选取和功率分配联合优化69的整体性

7、能,节省功耗,保证较低的实现复杂度.节点的信噪比.ps和pr(i=1,2,…,N)分别是源i节点和第i个中继节点的发射功率,满足总功率1系统模型约束N如图1所示,系统由1个源节点(s)、1个目的Ps+∑pr≤Pi节点(d)和若干个中继节点(ri,i=1,2,…,M)构i=1成.源节点对要发送的信号进行广播,中继节点测在数据传输过程中,可能存在大量的接收信噪量自己接收信号的信噪比,如果大于门限值η,