移動中繼系統(tǒng)中的機會式傳輸策略研究.pdf

1、移動中繼系統(tǒng)區(qū)別于固定中繼系統(tǒng)的一個重要特征是信道隨時間快速且劇烈的變化，這會對系統(tǒng)產生正反兩方面影響:一方面多徑傳輸和嚴重的多普勒擴展給系統(tǒng)帶來很多復雜干擾，使接收信號惡化，而相干時間的縮短也需要更頻繁的信道估計及反饋從而增加系統(tǒng)開銷，這些都給通信系統(tǒng)帶來很大挑戰(zhàn);另一方面中繼的移動性導致信道大尺度衰落和小尺度衰落均隨時間發(fā)生變化，我們可以在數據傳輸過程中引入緩存機制，將到達中繼的數據包緩存在隊列中，等待更好的信道再進行傳輸，從而為系

2、統(tǒng)引入新的自由度以獲得性能增益，這是移動帶來的正面?zhèn)鬏敊C會。本文從移動性的正反效應出發(fā)，以經典的三節(jié)點移動中繼系統(tǒng)為主要研究對象，研究如何充分利用移動帶來的機會在克服其負面作用的同時盡可能地優(yōu)化系統(tǒng)性能。
　　在本論文的第一項工作中，我們探討了如何有效利用移動性帶來的正面機會以克服負面效應這一基礎理論問題。具體來說，我們研究了在延遲受限系統(tǒng)中如何有效利用移動性來最大化網絡吞吐量。考慮一個三節(jié)點的移動中繼系統(tǒng)，其中中繼節(jié)點從源節(jié)點線

3、性移動到目的節(jié)點。對于該系統(tǒng)，我們提出了一種最優(yōu)化調度源節(jié)點以及中繼節(jié)點傳輸的機會式中繼策略。該策略可以在滿足傳輸時延要求下最大化系統(tǒng)吞吐率。進一步地，我們分析了所提出的機會式中繼策略的性能，并且給出了其在高信噪比條件下所達到的漸進系統(tǒng)吞吐率。仿真結果證實了我們所提出方案的有效性，同時進一步的分析也很好地闡釋了中繼移動性對系統(tǒng)性能帶來的正負面影響。因此這個工作可以為延遲受限移動中繼系統(tǒng)的系統(tǒng)設計提供一定的理論依據。
　　注意到在第

4、一項工作中，我們僅僅考慮了中繼移動性對無線信道帶來的大尺度平均意義上的變化。在第二項工作中，為了更進一步地挖掘移動帶來的傳輸機會，我們將信道建模為一種二維有限狀態(tài)馬爾科夫鏈模型(Two-Dimensional Finite State MarkovChain，2D-FSMC)，以同時反映移動場景中無線信道在大尺度以及小尺度上的變化。我們仍舊考慮一個三節(jié)點移動中繼系統(tǒng)，并且不限定中繼節(jié)點的移動軌跡。對于該系統(tǒng)，我們研究了在滿足系統(tǒng)吞吐量要

5、求下如何有效調度源節(jié)點和中繼傳輸以最大化系統(tǒng)能量效率。我們將該調度問題描述為一個馬爾科夫決策過程(Markov DecisionProcess，MDP)，并且使用了拉格朗日放松法獲得了該問題的近似最優(yōu)解。為了進一步降低系統(tǒng)能耗，我們在近似最優(yōu)解的基礎上提出了機會式數據包調度算法。我們證明了該算法的最優(yōu)性，以及該算法滿足多項式計算復雜度。仿真結果說明了我們提出的機會式包調度算法在能量效率意義上普遍優(yōu)于之前已有的各類調度算法。
　　最

6、后，針對高速下的塊衰落信道，我們提出一種非常具有實際意義且對任意移動模型都普遍適用的最優(yōu)中繼傳輸協(xié)議。在該協(xié)議中，系統(tǒng)根據信道狀態(tài)信息決定每次發(fā)送的節(jié)點，通過調度每次傳輸的節(jié)點使系統(tǒng)平均吞吐量最大化。我們證明最優(yōu)傳輸策略只和當前信道狀態(tài)和統(tǒng)計信道狀態(tài)信息有關，很容易在實際系統(tǒng)中實現。和第二項工作不同的是，所提策略即使在信道不具有相關性的情況下也可以利用大尺度衰落和小尺度衰落的變化有效提升系統(tǒng)的吞吐量性能。我們還針對瑞利衰落信道提出了不同