论文研究-SR门限中继选择算法研究.pdf

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中继选择是协作通信领域的关键问题,尤其对于电池供电能量有限的无线移动设备。与基于两跳瞬时信道信息的中继选择算法不同,介绍了一种基于源到中继信道信息的SR门限比较算法。该算法在中继节点设置合适的信噪比门限,将源和多个中继节点的信噪比与门限值比较,选择出最优中继进行传输。在该算法的基础上,理论分析了最优中继及目的节点处的输出信噪比,仿真结果表明该算法可以获得与基于两跳瞬时信道信息算法相近的性能。但由于中继只需考虑自身和源节点之间的瞬时信道状态,所以中继的功耗大大减小,算法的复杂性降低。
陈勤,芮贤义:SR门限中继选择算法研究 2014,50(7)223 F(x)=1-e,x>0,万=E[ (6)受限的情况下,以误码率为优化目标,分析源的最优功 率P和中继的最优功卒P值 基于文章提出的系统模型,结合屮继处信噪比的 采用QPSK调制,在DF协作协议下,根据参考文 CDF及瑞利信道的CDF,将式(6)代入式(3),得到最优 献[6],最优功率分配如下 中继处输出信噪比的CDF,FO的详细表示 +0 1-e(e+( X≥ (14 Fr(x)= (7) P (1-e)2,0<x<?r ′B2+ 同理将式(5)、式(6)代入式(4),得到最优中继处输 由式(14)可知,采用DF协议时,最优功率分配取决 出信噪比的PDF,f1(x)为: 于信道链路质量。上式只在中继到目的的质量优于源 到中继的质量时成立。若源到中继的链路质量较差,中 n)=+ (1-e)e",x≥y 继的转发就不是很重要,显然应给源分配较多的功率; (8)反之,中继可以看做源的一个副本,所以给两者分配相 L(1-e)e.0<x<r 同的功率。 2.22∏的节点处输出信噪比的CDF和PDF 3仿真结果与讨论 在该SR门限比较算法的基础上选定最优中继后, 通过计算机仿真来直观地说明算法的性能,假定信 中继到目的的信道即已确定,不妨设第二跳信道的CDF道为瑞利哀落信道,基于DF协作协议,对QPSK调制信 和PDF分别为 号进行分析。 Fn2(x)=1-e,x≥0,2=E1 图2是不同中继个数下,目的节点输出信噪比的 PDF,f(x)的比较图,其中门限y=10dB。基于信噪 (x)= ,x≥0 (10)比的概率分布进而分析中继个数对系统性能的影响。由 算法采用最小准则表征某个中继的两跳综合信道图可知,随着候造中继个数的增多,系统输出信噪比集 质量,因此目的节点处信噪比的CDF,F(x)可表示为 中分布在较大值处的概率会增大,换句话说,系统的传 F(x)=P(min(n1,2)<x)= 输性能随之提高 Fr(x)+Fn(x)-frxFn(r) 80.35 将式(7)反式(9)代入式(11),F1(x)表示为: (1-e)2(1-e) F1(x) yT (12) 0.15 1.0<x< 同理,结合式(7)~式(10),目的节点处信噪比的 +=0.05 PDF为 fr(x)=P(min (T, T,)<x) n(x)+/n2(x)-/n(x)FP2(x)-Fn1(x)/n2(x)= 图2不同中继个数F目的节点输出 信噪比的PDF比较仿真图 (-1"{+(-e")--c2) 图3和图4分别给出了等功率分配时,系统在随机 x≥y (13)选择、SR最优和SRD最优三种中继选择下误码率及信 1-1) (1-e 1-( 道容量的比较。其中码元个数N=10000,蒙特卡洛仿 真次数M=1000,源到中继和中继到目的的信道方差 0<x<γr N=N=1,中继个数L=4,门限?7=10dB。由这两 可见,对于固定的信道参数,除了算法设置的门限值γr·幅图明显看出,随机选择中继时,误码率和信道容量性 f(x)还受中继个数L的影响。 能均不理想,因此进行中继选择来改善系统的传输质量 23功率分配 很必要;由图3可观察到,SR门限比较算法和SRD门限 最优功率分配基于上述系统模型炇算法,在总功率比较算法的误码牽及信道容量性能可以比较接近,但 24 014,50(7) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 SR门限比较算法比SRD门限比较算法简单,只需将源 10 到中继的第一跳链路信噪比和γ比较,无需综合考虑 等功率分配 两跳链路。 10 最优功率分配 随机选择中继 10 SR门限 10- 02468101214161820 信噪比 sRD门限 图5等功率分配与最优功率分配下的误码率比较 功率受限的条件下,同吋考虑源和中继的功率分配问 02468101214161820 信噪比SNR/dB 题。由仿真结果可知:本文算法可以获得与基于两趴瞬 图3误码率比较 时信道信息算法相近的性能;若综合考虑功率分配,系 统服务质量会更佳。本文算法只需将源到中继的信噪 比与门限值进行比较,降低了系统的复杂性,减少了中 3.5 继节点的功率消耗,尤其对于电池供电的节点,延长了 SR)门限 SR门限 网络的生存时间 你 20 参考文献 随机选择中继 [1 Zhao Bin, Valenti M C Practical relay nctworks: a gen eralization of hybrid-ARQU.IEEE Journal on Selected 0.5 Areas in Communications, 2005,23(1): 7-18 468101214161820 信噪比SNR/dB [2] Ibrahim A S, Sadek A K, Su weifeng, et al.Relay selection 图4信道容量比较 in multi-node cooperative communications: when to coop erate and whom to cooperate with? [c]/Proceedings of IEEE 虽然SR最优中继性能稍劣于SRD最优中继,但可 Global Telecommunications Conference(GLOBECOM 以通过修改门限值yr来收善两者之间的差距。但γ也 2006:1-5 不宜过大,若γr过大,SR门限比较算法下系统的复杂性3]LuoJ, Blur s, Greenstein L J, et al. New approaches 増大,该算法就失去∫意义。因此,SR门限比较算法将 for cooperative use of multiple antennas in ad hoc wireless 系统的传输性能和复杂度进行了折中,尽量以较低的复 networks[C]Proceedings of IEEE Vehicular Technolog. 杂性获取较高的传输性能, Conference,2004:2769-2773 般等功率分配下的误码率不是最优的。图5考 4]陈慧娟,梁晓雯.基于协作通信系统的中继选择方案的研 虑在该SR最优中继下以最小化误码率为前提的最优功 究电了技术,2011(4):66-68 率分。此处N=1,N=4,L=4,7r=10dB。出图可 [5 Hwang Kyu-Sung, Ko Young-Cha 知,最优功率分配的性能比等功率分配要好约1dB,此 tion algorithm for cooperative nctworks[C]iProcccdings of IEEE Vehicular Technology Conference, 2007: 8 1-8 时最优功率分配比值为P/P=0.6667,PP=0.3333。 16 Su W, sadek A K, Liu K J Rser performance analysis and optimum power allocation for decode-and-forward 4结论 coopcration protocol in wireless nctworks[C]/Proccedings 提出了一种有效的中继选择算法,一方面理论分析 of ieeE Wireless Communication and Networking Cor 该算法下系统输出信噪比的概率分布;另一方面,在总 ference,2005:984-989

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