文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2013)07-0109-05
在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布式天線中進(jìn)行協(xié)同工作，從而實(shí)現(xiàn)了協(xié)同通信[1-3] 以獲得空間分集增益對(duì)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(diǎn)處理接收到的源節(jié)點(diǎn)的信號(hào)方式上各有不同。其中有些協(xié)議[4-5]，中繼節(jié)點(diǎn)每一個(gè)時(shí)隙只能幫助一個(gè)源-目的鏈路。中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)于接收到的源節(jié)點(diǎn)的信號(hào)或者是進(jìn)行簡(jiǎn)單的放大轉(zhuǎn)發(fā)，或者是對(duì)信號(hào)進(jìn)行譯碼、重編碼后再轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)。在參考文獻(xiàn)[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(guò)在接收機(jī)的空中接口上對(duì)不同源節(jié)點(diǎn)所傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行混合來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼，從而減小廣播階段的時(shí)隙數(shù)。在參考文獻(xiàn)[9]中，作者提出了隨機(jī)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(diǎn)的反饋信息來(lái)判斷是否需要通過(guò)協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)幫助源節(jié)點(diǎn)傳輸信息。其主要的優(yōu)點(diǎn)是采用了隨機(jī)通信以減少傳輸所需要的平均時(shí)間。
MPR技術(shù)是一種使接收機(jī)能夠?qū)ζ浣邮辗秶鷥?nèi)多個(gè)節(jié)點(diǎn)所傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)。GHEZ S[11-12]和參考文獻(xiàn)[13]最先對(duì)MPR技術(shù)進(jìn)行了研究，并給出了第一個(gè)多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的MPR問(wèn)題模型。通過(guò)在目的節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用MPR技術(shù)使多個(gè)源節(jié)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行傳輸，可以使傳輸時(shí)間進(jìn)一步減少。基于這一點(diǎn)，本文提出了MPR-OPNCC技術(shù)。
需要指出的是本文將在多個(gè)源目的對(duì)之間通信而非簡(jiǎn)單多個(gè)源到一個(gè)共同的目的節(jié)點(diǎn)通信的場(chǎng)景中對(duì)MPR-OPNCC進(jìn)行分析和討論。MPR-OPNCC有三個(gè)主要特性：(1)MPR-OPNCC是基于MPR技術(shù)的，這使得多個(gè)源節(jié)點(diǎn)可以在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)向目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。(2)MPR-OPNCC是隨機(jī)通信的。隨機(jī)通信的意思是中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)的反饋信息來(lái)判斷是否需要通過(guò)協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)幫助源節(jié)點(diǎn)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(diǎn)可以同時(shí)協(xié)助多個(gè)鏈路進(jìn)行通信?；谏鲜鋈齻€(gè)特性，可以直觀地推測(cè)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(shì):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(fèi);PNC使得中繼節(jié)點(diǎn)可以在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)同時(shí)幫助多個(gè)傳輸鏈路對(duì)進(jìn)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(shí)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(gè)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(gè)均值為零、方差為N0的復(fù)高斯隨機(jī)變量。
為描述簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)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(diǎn)都以相同的符號(hào)速率R(symbol/s/Hz)向目的節(jié)點(diǎn)傳輸各自的數(shù)據(jù)。
2 MPR-OPNCC描述
本節(jié)將對(duì)MPR-OPNCC的工作機(jī)制進(jìn)行描述。如圖1所示，整個(gè)協(xié)同通信過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：廣播節(jié)點(diǎn)和中繼協(xié)同階段。在廣播階段中，兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)同時(shí)以符號(hào)速率R向各自的目的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。目的節(jié)點(diǎn)Di和中繼節(jié)點(diǎn)R所接收到的信號(hào)記為yi,b(i=1,2,r)，于是接收到的信號(hào)可以表示為:
每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)簡(jiǎn)單的反饋信息來(lái)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(diǎn)可靠地接收。同時(shí)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)廣播階段傳輸?shù)臓顟B(tài)的不同來(lái)采取不同的處理。當(dāng)兩個(gè)鏈路的數(shù)據(jù)傳輸在廣播階段中都獲得成功時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)將不采取任何操作。否則，中繼節(jié)點(diǎn)將向目的節(jié)點(diǎn)D1和D2轉(zhuǎn)發(fā)物理網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)。同時(shí)為了保證中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)射能量不超過(guò)能量限制，中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)要對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼后的信號(hào)進(jìn)行放大，放大器的增益為:
通過(guò)對(duì)式(24)的計(jì)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(xiàn)[9]中的式(11)和式(25)在圖3中畫(huà)出了IDF和ONCC的平均頻譜效率曲線。
從圖3中可以看出，當(dāng)信噪比增加時(shí),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(gè)較高的平均頻譜效率(圖3)，同時(shí)也保持了較低的系統(tǒng)中斷概率(圖2),這主要是因?yàn)镸PR-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(shí)也保持了相近的系統(tǒng)中斷概率(圖2)，這主要是因?yàn)镸PR-OPNCC中采用了MPR技術(shù)。
MPR-OPNCC具有三個(gè)主要的特性。在系統(tǒng)總能量一定的場(chǎng)合中，可以使每個(gè)節(jié)點(diǎn)以更大的功率進(jìn)行發(fā)射，從而有利于提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?。理論分析和?shù)值計(jì)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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