在确定节点行为和多址接入方式后,接下来讨论信息在系统和网络级的处理。我们将会讨论协同中继系统的信息流,还会讨论对网络性能有较大影响的参数。另外,为了完整性,我们在图1.23中总结了按照网络方面有关的分类。要注意的是,这部分只讨论了和物理层有关的因素,并没有包含路由协议的讨论。
图1.23 从网络方面的分类和定义
1.6.3.1 典型信息流
从上面节点行为、中继协议、双工和接入方法的讨论中,我们可以给出不同的信息流结构的定义,其中一些已经在本章的开始部分讨论到了。下面主要是针对单源、单目的节点系统进行讨论。多源和多目的节点的情况可以遵循同样的方法进行扩展。
●直传链路:信息流从源节点通过独立的直接链路到达目的节点。
●串行中继:如图1.24左上所示,串行中继通过一系列的中继链路将源和目的节点相连,并假设这些中继节点采用了正交信道来转发传输信息。注意在这种及以下几种情况中,直传链路可能存在也可能不存在。
图1.24 经典信息流基于的方式
注:串行中继(左上),并行中继(右上),空时中继(左下)和混合方法(右下)
●并行中继:如图1.24右上所示,源和目的节点是通过一系列并行中继链路连接起来的,并假设这些并行中继同时使用正交信道来传输消息。
●空时中继:如图1.24左下所示,源和目的节点是通过并行的中继组来连接的,并假设这些中继使用空时编码方式来传输消息。
●混合方法(Composites thereof):如图1.24右下所示,信息流可以混合采用上述中继方法来实现传输。(www.xing528.com)
上述描述的网络中,有基础设施先于网络部署的,也有基础设施落后于网络部署的。如果基础设施存在,它可以通过集中式或非集中式方式进行网络管理。注意,也可能存在基于基础设施的非集中式系统(例如,协同系统用非集中式无线资源管理算法)和无基础设施的集中式系统(如具有簇特征的WSN)。
1.6.3.2 重要的设计参数
以下是影响协同中继系统性能与优化的部分参数:
●功率约束:明确功率约束是作用于单个节点还是单个信息流是很重要的。例如,如果功率约束作用于一个信息流,那么在引入更多的中继后,要求将给定的总功率在这些中继中重新分配。最实际的应用是遵循每个节点的功率限制,增加一个新的中继节点将会对系统引入额外的功率。
●资源最优化:非常重要的一点是,要预先确定分配给协同中继系统中节点的资源是否是基于不同网络因素的最优化分配结果。例如,如果中继和目的节点的距离大于源中继节点的距离,那么就需要给中继节点分配比源节点更多的功率。但在实际系统应用中,为了避免过大的信令开销,常忽略这种优化问题。
●数据流间的干扰:可以通过系统设计使得源和中继产生的信息流之间不存在干扰。从香农信息论的角度看,设计一个干扰受限的系统是一个更好的选择。
●反馈:是否存在反馈信道对系统性能的影响是比较大的,反馈就是接收端向发送端报告相关信息。反馈信息可以是完整的信道状态信息(如基于瞬时信道),也可以是部分信道状态信息(如基于平均信道)、干扰温度等。反馈信道可以动态地改善系统性能,例如实现空间波束赋型(最优化分配每个发射天线的功率)和预编码(最优化的发送编码设计)。实际通信系统一般会有反馈信道,简单的就是通过ACK来实现。
●规划程度:有规划地进行协同中继网络的部署可以大大提高系统性能,然而这是以增加计划费用、时间和明确必要的中继的位置为代价的。一个不经过规划部署的网络性能不是最优的,但它节省了费用和时间,例如可以把中继节点简单地放置在路灯上。
●中继移动的程度:另一个较重要的因素是中继移动的快慢程度。如果中继是固定的,它们只是一个扩展的设施。相反,如果移动台被用做中继的话,它们的移动性将会对协同中继系统性能产生重大影响。
●同步程度:同步问题从硬件到网络层面都会存在。在硬件层面上,节点可能需要和载波频率进行同步。对于分布式空时编码,同步尤为重要。在接入和网络层面上,节点之间要保证时隙同步从而提升系统的性能,但这就需要合适的同步算法。
●多用户方案:由多用户来充当中继节点的方案。多个用户在这里不是竞争关系而是互助关系,这对设计思路有着重大的影响。
其他一些系统和网络级设计的因素不是本书的重点,因而不做介绍。需要强调的是,在协同系统中,链路和系统级的因素是相互影响的。
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