AF協(xié)作分集中的功率優(yōu)化分配方案
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協(xié)作通信技術指利用多個不同用戶的天線組成虛擬天線陣，從而獲得類似MIMO系統(tǒng)的性能增益。通過用戶協(xié)作來增加系統(tǒng)容量，有AF(Amplify and Forward)和DF(Decoded and Forward)兩種協(xié)同方式．由協(xié)作帶來的分集稱為協(xié)作分集。AF指中繼不對接收的信號進行解調和解碼，而是直接對其進行模擬處理后放大轉發(fā)。DF指中繼先要對接收到的信號進行解調、解碼(如果編碼)和判決，然后將判決后的數據進行編碼調制再轉發(fā)。在AF方式下可得到多重分集，分集重數等于參與協(xié)作的用戶數，利用其他用戶的天線形成Alamouti空時碼，稱為空時碼協(xié)同。將協(xié)同與信道編碼相結合即編碼協(xié)同(Coded Cooperation)，其本質是把碼字分成數據位和校驗位兩部分，對冗余校驗位進行協(xié)同。協(xié)同分集僅適用于慢衰落信道。對于快衰落信道，協(xié)同分集幾乎沒有增益。
針對AF模式，在中繼端進行功率分配的方法：發(fā)送端用一半的功率，所有中繼端用另一半的功率且功率平分，但該方法未考慮優(yōu)化接收端也未考慮各個信道功率因素。在發(fā)送端和中繼端進行功率平均分配，在接收端進行最大比合并MRC(Maximum Ratio Combiner)，方法雖然簡單，但性能不是最佳。這里提出在大信噪比條件下，以降低系統(tǒng)的中斷概率為目標的一種功率優(yōu)化分配方案。
2 系統(tǒng)模型
圖1為多用戶協(xié)作分集通信模型。其中，h1.i是Sender(記作S)到Relay(記作R)i的信道，z1,i是噪聲。同理，h2,i是Re-lay i到Destination的信道，z2,i是相應的噪聲。作如下假設：共有K個中繼一發(fā)送端一中繼，接收端均是單天線。所有終端都是半雙工的，即不能同時發(fā)送和接收信號。
在第1個時隙，發(fā)送端S發(fā)送信號x，中繼Ri(i ∈1，2，…K)和接收端D接收信號。在第2個時隙，中繼Ri將信號放大并前傳，S未發(fā)送新的信號。h0是S到D的衰落信道，h1,i是S到Ri的信道，h2,i是Ri到D的信道。z0、z1、z2,i是相應信道的加性高斯白噪聲。h0、h1,i、h2,i是均值為零且相互獨立的復高斯分布隨機變量，其方差分別為
是相互獨立、均值為零、方差為σ2的復高斯隨機變量。
所有K個中繼節(jié)點均參與協(xié)作通信，接收端節(jié)點采用最大比和并方式處理接收信號，針對放大轉發(fā)策略，其瞬時互信息量為：
信號總的發(fā)射功率為
為使中斷概率最小，根據拉格朗日乘數法，令：
可看出，當α→0時，δ→1，即當源到中繼和中繼到接收端的信道增益之比值足夠小時，功率都分配在源到接收端的傳輸，當
可知當源到中繼和中繼到接收端的信道增益的比值足夠大時，功率平均分配。
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