41、多通道无线网络中协作通信的端到端吞吐量

多通道无线网络中协作通信的端到端吞吐量

1 引言

协作通信作为一种强大的物理层技术，可用于对抗无线中继网络中的衰落或增加物理层容量。常见的协作策略研究模型是“三角形”网络，由源节点 S、目的节点 D 和中继节点 R 组成。在 S 到 D 的传输中，中继 R 可与 S 协作，共同将数据包转发给 D。当信道 (S, R) 和 (R, D) 的质量优于信道 (S, D) 时，协作能提高信道容量。

然而，目前大多数关于协作通信策略的研究局限于“三角形”网络或其扩展，这种两跳拓扑难以直接扩展到多跳网络。而且，虽然物理层有大量关于协作通信策略的文献，但在多跳网络环境中，能利用物理层协作的高层协议却很少。

本文旨在将协作通信策略应用于多跳和多通道无线网络，通过允许节点在物理层协作来提高网络的端到端总吞吐量，这是一个尚未被充分探索的挑战。

1.1 示例说明

考虑一个包含五个节点（S、R1、R2、R3 和 D）的无线网络，有三个正交信道 C1、C2 和 C3。目标是通过合理分配信道来最大化从 S 到 D 的单播吞吐量。

• 传统无协作信道分配 ：在图 1(A) 中，将 C1、C3 分配给 (S, R2)，C2 分配给 (R2, D)，吞吐量受限于 C2 的信道容量以及 C1 和 C3 在各自链路上容量之和的最小值。当 (S, R2) 或 (R2, D) 信道质量较差时，可采用图 1(B) 的分配方式。
• 物理层协作通信 ：如图 1(C) 所示，S、R1 和 R2 可形成局部“三角形”进行协作，R2、R3 和 D 形成另一个。S（