亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        跨小區(qū)多跳中繼協(xié)作通信的無線通信能效優(yōu)化

        2015-12-02 02:43:02王麗君徐棟梁
        電視技術(shù) 2015年12期
        關(guān)鍵詞:發(fā)射功率時隙中繼

        王麗君,韓 濤,徐棟梁,俞 侃

        (1.文華學院 信息學部,湖北 武漢 430074;2.華中科技大學 電信學院,湖北 武漢 430074;3.重慶郵電大學 通信與信息工程學院,重慶 400065)

        目前,通信領(lǐng)域的能耗問題已經(jīng)引起世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注[1],為了提高無線通信系統(tǒng)的能效,蜂窩網(wǎng)中合理的小區(qū)結(jié)構(gòu)模型能使之對能效的優(yōu)化趨近于理想化。文獻[2]中詳細闡述了一種小區(qū)模型的設計方案,但該方案只是提出了中繼和基站的位置關(guān)系,并沒有說明中繼的覆蓋范圍是如何選取的。文獻[3]中基于頻譜資源的分配小區(qū)干擾,提出了一種小區(qū)的結(jié)構(gòu)模型,但該模型并不是出于對能效的優(yōu)化來考慮的。文獻[4]在滿足通信質(zhì)量的前提下,部署最少的中繼節(jié)點,從而提出了一種中繼和基站的確立方案,但文章研究的是無線認知網(wǎng)絡,和蜂窩網(wǎng)的應用有較大的不同。

        由跨小區(qū)通信過程中傳輸路徑的多樣性引出了多跳協(xié)作中繼的選擇算法的研究,其中中繼按不同的劃分方法可以分為多種不同的類型[5],由于中繼的類型不同,其選擇算法也是多種多樣的。文獻[6]中提出了3種中繼選擇算法,基于距離的選擇算法,利用源節(jié)點和目的節(jié)點之間的距離與信號功率的關(guān)系,從而將小區(qū)劃分成多個不同的區(qū)域,每個區(qū)域都固定與特定的基站或中繼節(jié)點進行通信;基于路徑衰耗的中繼選擇算法,這種算法從遮蔽的效果考慮,在小區(qū)內(nèi)的用戶設備所選擇的基站或中繼節(jié)點不再是固定不變的,而是隨通信環(huán)境(路徑衰耗的大?。┑淖兓兓换赟INR的中繼選擇算法,這種算法的效果較好,既考慮到了信號在傳輸過程中的衰減因素,同時也考慮到了噪聲和干擾的影響。

        本文從組網(wǎng)結(jié)構(gòu)入手,利用通信終端的空間隨機分布特性[7],引入通信終端作為基站休眠情況下的協(xié)作中繼節(jié)點,提出協(xié)作效率的迭代中繼選擇算法。該算法能夠在保證系統(tǒng)中任意兩個終端之間的網(wǎng)絡連通性、網(wǎng)絡的傳輸容量及網(wǎng)絡可靠性的前提下,減少中繼的能源消耗,達到能效優(yōu)化的目的。

        1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

        若小區(qū)I內(nèi)基站A是處于休眠狀態(tài)的,則小區(qū)I內(nèi)用戶UE1和小區(qū)II內(nèi)用戶UE2之間通信,可簡化為以源節(jié)點S、小區(qū)I內(nèi)中繼ri、小區(qū)II內(nèi)中繼rj(其中i,j為任意的正整數(shù))、目的節(jié)點D的通信問題,構(gòu)建一個如圖1所示多跳多中繼的結(jié)構(gòu)模型[8]。

        圖1 多跳多中繼的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

        將小區(qū)I內(nèi)可以為源節(jié)點充當中繼的中繼節(jié)點ri,以及小區(qū)II內(nèi)可以為目的節(jié)點充當中繼的中繼節(jié)點rj看作是一個集合,稱之為節(jié)點簇[9]。傳輸路徑需要借助中繼節(jié)點進行協(xié)作通信,并且有多個節(jié)點可以充當中繼,引出中繼的選擇問題。從源節(jié)點S到目的節(jié)點D有多條傳輸路徑,涉及到多跳協(xié)作中繼選擇算法的研究,如圖2所示。

        圖2 多跳多中繼的數(shù)學模型

        2 跨小區(qū)多跳的中繼選擇算法

        4節(jié)點系統(tǒng)模型中,第1時隙,源節(jié)點S到小區(qū)I內(nèi)的中繼ri的信道增益是h1;第2時隙,小區(qū)I內(nèi)的中繼ri到小區(qū)II內(nèi)的中繼節(jié)點rj的信道增益為h2;在第3時隙中,小區(qū)II內(nèi)的中繼節(jié)點rj到目的節(jié)點D信道增益為h3。設源節(jié)點S在第一時隙的發(fā)射功率是PS,發(fā)送的信號是單位能量信號xS,則第1時隙小區(qū)I內(nèi)中繼ri接收到信號為[10]

        式中:n是功率為N0的高斯白噪聲。

        將yi進行歸一化,可以得到

        第2時隙,小區(qū)I內(nèi)所有被選擇的中繼ri會處于激活狀態(tài),并向小區(qū)II內(nèi)中繼rj轉(zhuǎn)發(fā)第1時隙接收到的信號,則此時小區(qū)II內(nèi)中繼rj接收信號表示為

        式中:Pri表示中繼ri的發(fā)射功率;L表示小區(qū)I內(nèi)可供選擇的中繼個數(shù)。如果小區(qū)I內(nèi)中繼ri是處于激活的狀態(tài),那么式(3)中ai=1,反之a(chǎn)i=0。

        第3時隙,小區(qū)II內(nèi)所有被選擇的中繼rj處于激活狀態(tài),并向目的節(jié)點D轉(zhuǎn)發(fā)第2時隙接收到的信號,目的節(jié)點D接收信號表示為

        式中:Prj表示中繼rj的發(fā)射功率;M表示小區(qū)II內(nèi)可供選擇的中繼個數(shù)。同理,如果小區(qū)II內(nèi)中繼rj是處于激活狀態(tài),則式(3)中bj=1,否則bj=0。

        則目的節(jié)點D的信噪比為

        小區(qū)I、II內(nèi)各激活中繼在轉(zhuǎn)發(fā)信號時使用相同的頻帶寬度B,則由式(4)、式(5)可以得出由源節(jié)點S到目的節(jié)點D的信道容量[11]

        基于最大化信噪比多中繼選擇問題可以將上述約束條件簡化為

        由式(5)可知,γd是關(guān)于 PS的增函數(shù)[12],源節(jié)點S的最優(yōu)功率為

        為保證目的節(jié)點的通信質(zhì)量,在分配功率時,各中繼對目的節(jié)點的總干擾不能超過Ith。本文中采用的簡單功率控制策略為

        由式(5)、式(6)知,目的節(jié)點D的信道容量是由其信噪比γd決定的,式(7)是基于最大化信噪比多中繼選擇問題的約束條件,而γd的形式過于復雜,為了問題的分析,定義參數(shù)

        從式(11)可以看出,當源節(jié)點的選擇發(fā)射功率為P*S時,參數(shù)α的取值與信道增益h1,h2,h3的取值有關(guān)。將式(11)代入到式(5)中可以簡化目的節(jié)點的信噪比

        由式(12)可以看出,當PS,h1,h2和h3的取值一定時,參數(shù)α可以看作是常數(shù)。當選擇不同的中繼時,ai和bj取0或1,對應的Pri和Prj有不同的取值,所以可以將γD看作是Pri和Prj的二元函數(shù)。因此式(7)基于最大化信噪比多中繼選擇問題的約束條件可以簡化為

        如果小區(qū)I內(nèi)中繼ri、小區(qū)II內(nèi)中繼rj被激活,對γD分別求Pri和Prj的一階偏導數(shù)

        同理,可以得出γD對Prj的一階偏導數(shù)

        小區(qū)I內(nèi)中繼的協(xié)作效率定義為

        小區(qū)II內(nèi)中繼的協(xié)作效率定義為

        從上文的分析可知,目的節(jié)點接收到的信號由各中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號合成,目的節(jié)點的信噪比受各中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號大小的影響。當某一傳輸路徑的 βi和 βj值較大時,增大中繼ri和rj的發(fā)射功率,即增大Pri和Prj來提高目的節(jié)點信噪比。反之,當某一傳輸路徑的信號 βi和 βj值較小時,則說明這一傳輸路徑的信號失真嚴重且幅度較大,會降低合并后信號的質(zhì)量,此時應通過減小Pri和Prj來提高合并后的信號質(zhì)量。

        綜上所述,本文提出的迭代中繼選擇方案可以表述為:1)正常通信時,所有中繼處于激活狀態(tài),ai=1,bj=1。2)若存在休眠基站,則進行跨小區(qū)通信,根據(jù)式(16)和(17)選擇協(xié)作中繼,刪除不符合要求的中繼,并觀察目的節(jié)點信噪比γD的變化情況,若γD增大則重復這一步,若減小則進入下一步。3)若目的節(jié)點信噪比γD滿足通信需求,則輸出中繼選擇結(jié)果,完成跨小區(qū)多跳中繼協(xié)作通信。

        3 算法仿真及性能分析

        圖3 目的節(jié)點信噪比和源節(jié)點最優(yōu)發(fā)射功率關(guān)系仿真圖

        從圖3中可以看出,當兩小區(qū)內(nèi)參與協(xié)和的中繼數(shù)目均為1時,即L=M=1,源節(jié)點最優(yōu)發(fā)射功率從0不斷增大到20 dBW的過程中,目的節(jié)點的信噪比變化不大,趨近于0。所以當兩個小區(qū)內(nèi)各自只有一個中繼參與協(xié)作時,想要改變目的節(jié)點的信噪比而一味增加源節(jié)點的發(fā)射功率是沒有任何意義的。源節(jié)點的最優(yōu)發(fā)射功率為5 dBW,協(xié)作中繼數(shù)目L=M=1時,目的節(jié)點的信噪比為1 dB,協(xié)作中繼數(shù)目L=M=2時,目的節(jié)點的信噪比為2 dB,L=M=3時,目的節(jié)點的信噪比為4 dB。從這組數(shù)據(jù)中可以看出,L=M=2時,即協(xié)作中繼擴大2倍時,目的節(jié)點的信噪比就優(yōu)化了2倍;L=M=3時,協(xié)作中繼擴大3倍,目的節(jié)點的信噪比就優(yōu)化了5倍。這一結(jié)論說明了在源節(jié)點的最優(yōu)發(fā)射功率一定的情況下,增加協(xié)作中繼的數(shù)量是可以改善目的節(jié)點的信噪比的。顯然,增加協(xié)作中繼的數(shù)量雖然改善了目的節(jié)點的信噪比,能在一定程度上節(jié)省源節(jié)點的發(fā)射功率;增加協(xié)作中繼的同時,也增加了中繼的能耗,但一個中繼的能耗要比一個基站的能耗要小,一個中繼的建設成本也要比建設一個基站的成本要?。煌瑫r在增加中繼的過程中也擴大了小區(qū)的覆蓋范圍,改善了通信質(zhì)量。因此,需要在它們?nèi)咧g找到一個平衡點。從圖3中不難看出,這一平衡點就是當源節(jié)點最優(yōu)發(fā)射功率和目的節(jié)點信噪比的斜率取得最大值的時候。

        圖4 目的節(jié)點信噪比和源節(jié)點最優(yōu)發(fā)射功率關(guān)系仿真圖

        對比圖3和圖4,當L=M=3時,且源節(jié)點最優(yōu)發(fā)射功率取值也相等,均為5 dBW的情況下,圖3中目的節(jié)點的信噪比約為4 dB,而圖4中目的節(jié)點的信噪比約為2 dB;圖3中小區(qū)的半徑比圖4中小區(qū)半徑縮減了1/3,但圖3目的節(jié)點的信噪比較圖4優(yōu)化了2倍。所以在一定程度上減小小區(qū)的半徑,縮小小區(qū)的覆蓋范圍是有利于優(yōu)化目的節(jié)點的信噪比的。同時對比圖3和圖4中L=M=3的情形可以發(fā)現(xiàn),圖4中曲線的斜率是明顯要大于圖3的。因此可以得出的結(jié)論是,適當?shù)乜s減小區(qū)的半徑是可以使協(xié)作中繼的數(shù)量和源節(jié)點最優(yōu)發(fā)射功率與目的節(jié)點信噪比之間達到一個平衡,從而實現(xiàn)對源節(jié)點的功率和目的節(jié)點信噪比的優(yōu)化。

        圖5是源節(jié)點的最優(yōu)發(fā)射功率和小區(qū)I內(nèi)中繼的協(xié)作效率 βi關(guān)系的仿真。

        圖5 源節(jié)點的最優(yōu)發(fā)射功率和小區(qū)I內(nèi)中繼的協(xié)作效率βi關(guān)系仿真圖

        4 小結(jié)

        本文研究基于蜂窩網(wǎng)中某一基站處于休眠狀態(tài)時,利用中繼協(xié)作實現(xiàn)跨小區(qū)通信,在有多個中繼節(jié)點可為目的節(jié)點提供協(xié)作中繼時,給出了跨小區(qū)多跳協(xié)作中繼的選擇算法;選擇滿足目的節(jié)點信噪比最大化的中繼,以協(xié)作效率為依據(jù)刪除協(xié)作效率最小的中繼節(jié)點,從而逐次優(yōu)化中繼選擇結(jié)果。仿真結(jié)果表明,在跨小區(qū)多跳的通信過程中,減少協(xié)作中繼的數(shù)量,不但可以減少中繼對能源不必要的消耗,還可以改善小區(qū)內(nèi)中繼協(xié)作效率,進而優(yōu)化中繼和源節(jié)點的發(fā)射功率,達到節(jié)約能效的目的。

        [1] FENG D Q,JIANG C Z,LIM G B,et al.A survey of energy-effi?cient wireless communications[J].IEEE Communications Surveys&Tutorials,2013,15(1):167-178.

        [2]MATTIA M,MAODE M,MARCEAU C,et al.Optimal relay place?ment in cellular networks[J].IEEE Trans.Wireless Communica?tions,2014,13(2):998-1009.

        [3] AKHTMAN J,HANZO L.Power versus bandwidth efficiency in wireless communications:the economic perspective[C]//Proc.2009 IEEE 70th Vehicular Technology Conference.Alaska,USA:IEEE Press,2009:1-5.

        [4] CHEN D,JI H,LI X.Optimal distributed relay selection in under?lay cognitive radio networks:an energy-efficient design approach[C]//Proc.IEEE Wireless Communications and Networking Confer?ence.Cancun,Mexico:IEEE Press,2011:1203-1207.

        [5] JAAFAR W,AJIB W,HACCOUN D.On the performance of multi-hop wireless relay networks[J].Wireless Communications and Mobile Computing,2014,14(1):145-160.

        [6] 周濤,邢凱,劉剛,等.利用協(xié)作通信的中繼節(jié)點放置問題研究[J].小型微型計算機系統(tǒng),2013,34(11):2508-2512.

        [7]ZHAO Y,F(xiàn)ANG X M,HUANG R S,et al.Joint interference coor?dination and load balancing for OFDM multi-hop cellular net?works[J].IEEE Trans.mobile computing,2014,13(1):89-101.

        [8] 戴建新,陳明.多中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作通信中的中繼數(shù)量與位置的聯(lián)合優(yōu)化[J].中國科學,2012,42(10):1241-1249.

        [9] 陳磊,劉琚,張國偉.多跳多中繼無線網(wǎng)絡中的協(xié)作波束形成技術(shù)[J].通信學報,2011,32(6):53-59.

        [10] LIN T M,CHEN W T,TSAO S L.An ef fi cient automatic repeat request mechanism for wireless multihop relay networks[J].IEEE Trans.Vehicular Technology,2013,62(6):2830-2839.

        [11] TRIGUI I,AFFES S,STéPHENNE A.Ergodic capacity analysis for interference-limited AF multi-hop relaying channels in naka?gami-m fading[J].IEEE Trans.Communications,2013,61(7):2726-2734.

        [12] 黃曉燕,毛玉明,吳凡,等.中繼增強的無線蜂窩多小區(qū)系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)度與功率控制算法[J].電子與信息學報,2012,34(7):1665-1671.

        猜你喜歡
        發(fā)射功率時隙中繼
        無線電波發(fā)射功率防爆要求與檢測方法
        工礦自動化(2024年6期)2024-08-22 00:00:00
        復用段單節(jié)點失效造成業(yè)務時隙錯連處理
        放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼器降低發(fā)射功率的選擇策略研究
        淺談AC在WLAN系統(tǒng)中的應用
        面向5G的緩存輔助多天線中繼策略
        電信科學(2017年6期)2017-07-01 15:44:35
        基于功率分配最優(yōu)中繼選擇的研究
        一種高速通信系統(tǒng)動態(tài)時隙分配設計
        時隙寬度約束下網(wǎng)絡零售配送時隙定價研究
        中繼測控鏈路動態(tài)分析與計算方法研究
        航天器工程(2015年3期)2015-10-28 03:35:28
        Nakagami-m衰落下AF部分中繼選擇系統(tǒng)性能研究
        日本高清一区二区三区不卡| 亚洲爱婷婷色婷婷五月| 亚洲一区二区综合色精品| 熟妇与小伙子露脸对白| 青青草原综合久久大伊人精品| 亚洲成熟丰满熟妇高潮xxxxx| 亚洲精品网站在线观看你懂的| 91超碰在线观看免费| 国产偷闻女邻居av在线观看| 婷婷五月六月激情综合色中文字幕| 国产在线视频一区二区三区| 久久久久国产亚洲AV麻豆| 女同欲望一区二区三区| 熟女体下毛荫荫黑森林| 久久伊人色av天堂九九| 国产精品久久婷婷婷婷| 国产二区中文字幕在线观看| 国产激情一区二区三区| 天天躁日日躁狠狠躁人妻| 好爽~又到高潮了毛片视频 | 亚洲精品一品区二品区三品区| 亚洲成aⅴ人在线观看| 被驯服人妻中文字幕日本| 视频在线观看免费一区二区| 4399理论片午午伦夜理片| 亚洲精品中国国产嫩草影院美女| 国产一区二区三区特区| 亚洲爆乳无码精品aaa片蜜桃| 中文字幕人妻丝袜乱一区三区| 色噜噜狠狠色综合欧洲| 一区二区三区四区黄色av网站 | 国产日韩精品中文字无码| 欧美日韩a级a| 国产中文字幕亚洲精品| 中文字幕人妻熟在线影院| 午夜一级在线| 亚洲精品视频一区二区三区四区 | 国产精品熟女视频一区二区三区 | 野外性史欧美k8播放| 国产女主播强伦视频网站| 日产精品高潮一区二区三区5月|