基于联合优化函数选择最优中继的研究

该文介绍了基于联合优化函数进行最优中继选择的算法，并采用最优功率分配机制对源与中继进行功率的合理分配。总功率一定条件下，与采用的等功率分配机制相比，最优功率分配机制功率更合理地分配功率，节点网络寿命更长。MATLAB仿真结果表明采用最优功率分配机制的联合优化函数选择的中继，通信性能较好。

协作通信已成为无线通信的研究热点，提出了多种协作策略，其中放大转发[1] (AF, Amplify and Forward)策略和译码转发[2] (DF, Decode and Forward)策略备受关注。相对AF 策略而言，DF 策略实现更复杂，耗能更多。目前关于如何选择中继用于提高协作通信性能已取得大量研究成果。文献[3]在AF 策略下， 只考虑信噪比对中继选择的影响， 选信噪比最大者为最优中继转发数据， 但未考虑中继寿命问题。

文献[4]在AF 策略下考虑了网络寿命问题，提出了4 种中继选择与功率分配方案，并证明最大化能量效率(MEI)的平均网络寿命最佳， 但其未考虑信噪比影响。

文献[5]将网络寿命与信噪比联合考虑， 但直接采用等功率分配机制对源和中继进行功率分配，未考虑不同信道参数对功率分配的影响，导致功率分配不一定合理。本文在联合考虑网络寿命和信噪比条件下，采用最优功率分配机制，结合信道参数对功率资源进行合理分配，提高了网络寿命及协作网络整体传输效率。

2. 系统模型与问题描述 2.1. 模型建立 无线协作通信网络如图1 所示。

图1 中一个用户作为源节点，另外M 个用户充当中继节点。源向目的节点传输信息的过程可以分为二个阶段。第1 阶段：源节点通过瑞利平坦衰落信道广播发送符号x ，x 具有零均值和单位方差，假设符号的平均能量为1。第2 阶段：所有中继都采用放大转发策略同步转发数据。设中继i 为最优中继，可得目的节点接收信号为： , , , 0, , 22, 00, 00iiiiiiis rr dir dis rr ds rs rhhPhPyPxnnhPNhPN=++++ (1) 其中等效噪声为： , , , , 2, 00iiiiir dir ds rr ds rhPnnnhPN′=++ (2) 假设, is rn和, ir dn为相互独立的加性高斯白噪声，服从()0CN 0,N高斯分布；则等效噪声, ir dn′是零均值的复高斯随机变量，且方差为：