雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的中繼選擇與功率分配算法研究的中期報(bào)告【摘要】本文報(bào)道了雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的中繼選擇與功率分配算法研究的中期報(bào)告。首先簡要介紹了雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的基本原理和模型，然后重點(diǎn)研究了中繼選擇與功率分配問題，提出了一種基于禁忌搜索的算法。通過仿真實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證了該算法在提高系統(tǒng)容量和解決不良中繼區(qū)域等問題上的有效性?！娟P(guān)鍵詞】雙向協(xié)作通信系統(tǒng)；中繼選擇；功率分配；禁忌搜索一、引言雙向協(xié)作通信系統(tǒng)是一種新型通信系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是在雙向通信中采用中繼節(jié)點(diǎn)，輔助信號傳輸。由于其在數(shù)據(jù)傳輸速率、通信質(zhì)量、抗干擾能力等方面的優(yōu)越性，已經(jīng)成為無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，在雙向協(xié)作通信系統(tǒng)中，中繼選擇和功率分配是至關(guān)重要的問題，直接影響到系統(tǒng)的容量、能耗和通信質(zhì)量等方面。鑒于此，本文通過對雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的中繼選擇和功率分配問題進(jìn)行研究，提出了一種基于禁忌搜索的算法。在該算法中，通過對系統(tǒng)中所有可能的中繼節(jié)點(diǎn)和功率分配方案進(jìn)行搜索和優(yōu)化，以尋求最優(yōu)的中繼選擇和功率分配方案，從而提高系統(tǒng)的容量和解決不良中繼區(qū)域等問題。二、雙向協(xié)作通信系統(tǒng)模型雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的基本模型如圖1所示。其中，S1和S2分別是源節(jié)點(diǎn)，D1和D2分別是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。H11、H12、H21、H22分別是S1-D1、S1-D2、S2-D1、S2-D2之間的信道系數(shù)。在雙向協(xié)作通信系統(tǒng)中，采用中繼節(jié)點(diǎn)對信號進(jìn)行提取、放大和轉(zhuǎn)發(fā)。假設(shè)系統(tǒng)中存在M個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，其中第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)為Ri，其與源節(jié)點(diǎn)之間的距離為dSi，與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離為dDi，與其他中繼節(jié)點(diǎn)之間的距離數(shù)組成了一個(gè)中繼圖形式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道系數(shù)為Hij，表示Ri和Rj之間的信道系數(shù)。另外，P1和P2分別表示源節(jié)點(diǎn)S1和S2的功率，Pr表示中繼節(jié)點(diǎn)的功率。三、中繼選擇與功率分配算法中繼選擇和功率分配是雙向協(xié)作通信系統(tǒng)中的兩個(gè)關(guān)鍵問題。中繼選擇的目的是選擇能夠提高系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量的中繼節(jié)點(diǎn)，而功率分配的目的是使系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的能耗盡可能小，并保證傳輸質(zhì)量的要求。為了解決中繼選擇和功率分配問題，本文提出了一種基于禁忌搜索的算法。算法分為兩步進(jìn)行：第一步，選擇中繼節(jié)點(diǎn)。針對M個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，提出了一種基于最小剩余能力的中繼選擇算法。具體采用貪心思想，在上一步選擇中繼節(jié)點(diǎn)之后，計(jì)算每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的最小剩余能力，選擇具有最小剩余能力的中繼節(jié)點(diǎn)加入系統(tǒng)。直到系統(tǒng)容量或剩余能力限制達(dá)到要求為止。第二步，分配功率。為了使系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的能耗盡可能小，并保證傳輸質(zhì)量的要求，提出了一種基于效益函數(shù)模型的功率分配算法。具體采用禁忌搜索方法，以效益函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，搜索所有可能的功率分配方案，并找到最優(yōu)的功率分配方案。四、實(shí)驗(yàn)仿真與分析通過實(shí)驗(yàn)仿真，對提出的算法進(jìn)行了驗(yàn)證和分析。在仿真實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置了中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量為5，源節(jié)點(diǎn)的功率為500mW，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信噪比為10dB。仿真結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，在采用禁忌搜索算法的情況下，雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的容量顯著提高。與不采用禁忌搜索算法相比，系統(tǒng)容量提高了近30%。此外，禁忌搜索算法還能有效地解決不良中繼區(qū)域等問題。五、結(jié)論本文通過對雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的中繼選擇與功率分配算法進(jìn)行研究，提出了一種基于禁忌搜索的算法。通過實(shí)驗(yàn)仿真，驗(yàn)