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协作通信技术克服了传统MIMO技术不能在移动终端安装多根天线的问题,能够应用于各种网络结构中,合理地利用资源提高系统性能,满足人们对高数据传输速率和高频带时宽覆盖范围的需求,具有非常广阔的应用前景,已逐渐成为无线通信中的研究热点。目前的研究焦点主要集中于协作通信的性能分析、协作传输编码技术、协作资源的优化与分配等方面。其中,协作资源分配中的协作中继的选择是指以一定的优化目标选择最佳中继节点参与协作传输,是协作通信研究的首要环节。然而无线网络中能量资源有限的移动节点在参与协作时会产生自身资源的损耗,采用何种激励机制鼓励中继节点参与协作,就可以结合博弈论来解决协作交互中源节点与协作中继节点的利益冲突。
本文研究重点可以分为以下两个部分:
1.对协作中继选择策略进行深入的研究,在原有中继选择策略的基础上充分考虑网络节点之间是否存在直接传输链路,以及综合考虑直接链路与协作链路的影响,提出一种改进的基于信道状态信息的协作中继选择策略以及相应的协作MAC机制与其NAV机制,分别从源节点、中继节点和目的节点的角度对算法流程进行了详细的阐述,并对所提算法进行了性能分析,推算得到新算法中的中继节点定时器设置准则,最后对改进算法在冲突概率、中断概率与误码率方面进行数值仿真,证明所提算法性能优于原有算法。
2.以博弈论为数学工具,提出一种基于博弈论的协作中继选择策略:结合Bertrand和Strackelberg特殊博弈模型对协作中继选择策略中的源节点与中继节点的效用函数进行分析,引入价格函数的概念,使得各候选中继节点根据自身需求与信道状态信息来确定是否参与协作中继的竞争然后提出合适的价格补偿函数;源节点在提出协作传输需求的前提下获得各节点的价格函数,以最优化自身效用的前提下选择最佳中继节点;整个协作系统收敛于协作能量需求与价格函数的完美子博弈纳什均衡的最优状态;证明了所提算法的纳什均衡的存在性与收敛性;最后通过对所提策略的不同情况下的仿真结果的分析,证明了理论分析的正确性与所提策略的有效性。