表4.1基于最大化安全容量的联合天线选择和功率分配算法2.基于拉氏乘子法的功率分配方案通过JOSCA算法能够选取出使得系统安全容量达到最优的发射天线和发射功率，根据安全容量的闭式表达式，可以发现，不管发射人工噪声的RAU的功率如何进行分配，都不会影响最终的发射天线的选择和发射有效信号功率分配因子的求解，所以可以对发射人工噪声的功率进一步分配以明确冗余的RAU分别使用多大的功率。......
2023-08-23
传统中继技术在高速铁路车地间多跳协作通信技术中的应用
【摘要】：以图2.3所示的经典多中继协作通信模型为例，信息从源端S传输至目的端D共需要两个时隙。图2.3协作中继模型1.中继转发协议中继在接收到信息后，会对信号进行处理后再转发。于是，目的端的接收信号可以重写为根据式，可得目的节点接收到的信噪比为于是，系统的信道容量可以表示为2）解码转发协议解码转发传输协议是一种再生中继传输方式，其本质是对信号进行数字信号处理。
以图2.3所示的经典多中继协作通信模型为例，信息从源端S传输至目的端D共需要两个时隙。在第一个时隙内，源端将信息以广播的形式传输至K个中继，假设源信息为xS，则第k个中继接收到的信号为
其中，PS为源端的发射功率；
为源端与第k个中继之间的信道系数；
为第k个中继处的加性高斯白噪声且均值为零、方差为N0。中继对接收到的信号进行处理后得到待发送信号
，并在第二个时隙内传输至目的端，目的端接收到来自第k个中继的信号为
其中，
为第k个中继的发送功率；
为第k个中继与目的端之间的信道系数；nD为目的端处的加性高斯白噪声且均值为零、方差为N0。
图2.3 协作中继模型
1.中继转发协议
中继在接收到信息后，会对信号进行处理后再转发。在中继系统中，中继节点对接收信号的处理方法是影响传输质量和系统性能的关键因素之一，常见的中继转发协议有放大转发、解码转发、编码协作和压缩转发。由于本文只涉及了放大转发和解码转发，因此下面将对这两种协议进行详细描述。
1）放大转发协议
放大转发协议是一种非再生中继策略，因其处理简单而受到广泛的应用。根据放大转发协议，中继直接对接收到的信号进行线性放大，同时也会不可避免地放大噪声信号。因此，在低信噪比的通信环境中，采用放大转发协议在目的端获得的信噪比，较高信噪比通信环境中的差。然而，放大转发协议的复杂度最低，中继不需要知道源节点的编码和调制方案。另外，当源节点与中继节点之间的链路不足以确保可靠的解码时，放大转发方案也可以获得相对较好的系统性能。
当采用放大转发协议时，中继待发送信号
与接收信号
满足
，其中
为放大因子且由
确定。于是，目的端的接收信号可以重写为
根据式（2.15），可得目的节点接收到的信噪比为
于是，系统的信道容量可以表示为
2）解码转发协议
解码转发传输协议是一种再生中继传输方式，其本质是对信号进行数字信号处理。解码转发的原理是在信号传输的第二阶段，由中继对接收到的来自源端的信号进行解调和解码，然后对解码后的信号重新编码以生成与源信号相同的信息，从而减少了第一跳链路中的高斯白噪声。在解码转发协议下，源节点和中继节点之间的链路信噪比为
，信道容量为
。中继节点与目的节点之间的链路信噪比为
，信道容量为
。系统容量取决于两跳信道中较差的一跳，因此系统所获得的信道容量为
2.中继选择技术
在如图2.3所示的多中继协作通信场景中，通常需要选取其中一个或一组中继来参与通信，一方面可以提高信号传输的准确率，另一方面还可以减少系统的能量消耗。常见的中继选择算法有以下几种：
1）最优中继选择算法
最优中继选择算法是一种比较常用的算法，其基本思想是从一组中继中选择性能最好的中继进行通信。通常，通信性能可以通过信道容量来衡量。在存在窃听者的系统中，可以使用安全容量来衡量系统的保密性能。因此，最优中继选择算法通常是根据端对端的最大信道容量来选取最优中继。于是，在图2.3所示的系统模型中，当采用放大转发协议时，最优中继
可以表示为
当采用解码转发协议时，最优中继
可以表示为
2）基于中断概率的中继选择算法
中断概率是指当用户传输速率低于某个预设的阈值时，系统发生通信中断的概率。根据香农定理，中断概率可由信噪比及其分布得到：
其中，
为瞬时信噪比；R为速率阈值；f（
）为
的概率密度函数。因此，该算法旨在降低系统中断概率，可以有效提高通信的可靠性和连续性。但是，在确定速率阈值后，只需要满足用户速率大于这个值即可，而不需要无限地降低中断概率。
3）基于误码率的中继选择算法
由于信号在传输过程中会受到信道环境的影响，导致接收的信息并非完全正确，信号出现错误的符号数与总符号数的比值为误码率。误码率是体现通信系统的准确性的重要指标之一，其值受信噪比、调制方式、合并方式等因素影响。基于误码率的中继选择算法是根据误码率的闭合表达式，以最小化误码率为目标选择合适的中继。
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