缓存辅助再生中继网络:从空间视图

文摘

我们研究从空间视图缓存技术,研究其对传送网络的影响。特别是,我们考虑一个dual-hop传送网络,再生(DF)继电器可以协助数据传输从源到目的地。除了传统的dual-hop传送,我们也考虑缓存从空间来看,在源可以预存储记忆的节点之间的数据的目的地。DF的传送网络没有缓存,我们研究系统性能的解析表达式推导中断概率和符号错误率(SER)。我们也得到渐近中断概率和SER传输高政权的力量,从中我们发现系统多样性订单可以使用缓存和迅速增加了可以显著提高系统性能。仿真和数值结果验证演示了该研究和发现系统可以有效节省电力资源使用缓存技术。

1。介绍

在无线大数据的快速进展,提出了很多无线技术来提高传输质量和可靠性(1- - - - - -10]。合作传送,如amplify-and-forward (AF)和再生(DF)传送协议,是一种有效的手段,以提高网络的可靠性以及安全性(11,12),扩展覆盖区域(13,14),和减少干扰的影响15- - - - - -17]。因此,合作传送是一个重要的技术在当前和未来几代人的无线网络,和传送网络研究活跃。multirelay网络的中断性能研究(18,19),并获得了精确的故障概率。在[20.),作者调查传送网络的性能而言,符号错误率(SER)。在[21,22),传送网络的性能在高信噪比(信噪比)政权是分析和多样性的顺序显示。

提高传输性能传送网络缓存技术提出了增强用户体验质量和减少延迟。特别是,作者在23)研究的基本限制缓存和发现信息理论制定的缓存问题,关注它的基本结构。然后作者(24)编码技术应用到缓存和研究最根本的限制提出了一种改进的交付rate-cache能力权衡。进一步,作者在25]调查做好稀疏多播波束形成缓存支持云跑和显示缓存策略对系统性能产生巨大的影响。缓存对传送网络的应用研究(26),优化混合缓存位置协作转发了。本文获得的信号传输合作,内容交付的多样性是实现提高系统传输性能。还有一些其他的工作在网络安全应用程序的缓存,确保安全信息传输(27- - - - - -30.]。然而,最好的作者的知识,没有工作的空间视图缓存的性能改善传送网络。

在这项工作中,我们研究的空间视图缓存DF传送网络,在源与目的地与几个DF继电器。如果使用缓存,源可以预存储节点之间的数据在目的地。通过这种方式,目的地可以从附近的节点直接访问数据,而不必与源通信。对传统dual-hop传送和DF转发缓存的帮助下,我们学习的系统传输性能推导中断概率和SER的解析表达式。我们还提供中断概率的渐近表达式和SER高地区的传输能力,从中我们发现缓存可以有效地改善系统性能,增加多样性传播秩序。数值和仿真结果证明来验证本文提出的研究。

符号1。我们使用 代表一个圆对称的复杂的高斯随机变量(RV)和零均值和方差 。我们使用和来表示概率密度函数(PDF)和累积随机变量的密度函数(CDF) (RV) ,分别。此外,该符号 代表随机变量受到Nakagami -分布,PDF的变量 是 。我们使用概率来表示。

2。系统模型

图1(一)显示了传统dual-hop传送网络没有缓存,一个再生中继节点协助两阶段数据传输从源到目的地 。相比之下,图1 (b)展示了缓存辅助dual-hop传送网络,可以预存储的数据节点 (继电器可以获得的数据从源在非高峰时间的期间,这些继电器可以合作或非合作的方式(31日)在目的地 。然后从继电器数据可以直接传送到目的地,而不是通过传统的dual-hop转发链接。由于尺寸限制,每个节点只有一个天线(32- - - - - -35),我们假设每个节点在一个时分(半双工模式36- - - - - -39]。在下面,我们描述传送的数据传输网络没有缓存,分别。

传统的数据传输没有缓存,如图1(一),让 和 表示的信道参数- - - - - -和- - - - - -链接,分别。在第一阶段,源归一化信号发送继电器,继电器接收 在哪里源的传输能量和吗 继电器是加性白噪声。如果继电器可以正确解码信号从源,它将信号转发到目的地在第二个阶段,和相应的目的地接收 在哪里 是加性白噪声的目的。从(1)- (2),我们可以获得接收端到端信噪比的目的地作为 在哪里 和 表示第一和第二的渠道获得啤酒花,分别。

缓存的辅助DF传送网络显示在图1 (b)首先,源数据可以预存储的中继节点周围的目的地,然后执行的数据传输可以直接从继电器到目的地,而不是通过传统的两跳中继转发链接。具体地说,当th继电器用于数据传输,接收到的信号在目的地吗是由 在哪里 是信道参数的第二跳转发相关链接吗继电器。因此,接收端到端信噪比的目的地是由 在哪里 的瞬时信道增益是吗- - - - - -链接。在这些继电器,继电器最好可以选择协助数据传输,并给出选择标准

3所示。绩效评估

3.1。故障概率

在本部分中,我们研究的数据传输性能产生中断概率的解析表达式以及高传输功率的渐近表达式。让和表示DF传送网络的中断概率没有缓存的助理,分别。

3.1.1。没有缓存

对传统dual-hop传送网络没有缓存,宕机事件发生在传输数据率低于目标数据率(40,41), 在这个术语来自于两阶段数据传输。这个方程是等价的 在哪里 信噪比阈值没有缓存。因此,我们可以把系统中断概率作为 通过考虑的变量和是相互独立的,我们可以重写作为 通过应用的pdf文档 和 ,我们可以计算分析故障的概率没有缓存DF传送网络 (在哪里42应用,eq。(3.351.2)]在过去的平等。分析故障概率在上面的方程只包含基本功能,因此很容易被评估。

获得更多的系统上的见解,我们建议推导出故障概率的渐近表达式DF传送网络没有缓存,高传输功率的政权。自近似 适用于小的价值 (42),我们这个近似适用于(12),可以获得DF传送网络的渐近中断概率没有缓存 通过考虑之间的关系和 ,我们可以进一步指定渐近中断概率 从这个渐近表达式,我们可以发现之间的弱跳双跳成为整个系统的瓶颈传播,和系统多样性等于 。特别是,如果第一个跳是较弱的 ,第一个跳调节系统传输性能和秩序是多样性 ;如果第二个跳是较弱的 ,第二跳成为整个系统的瓶颈传输和秩序是多样性 。

3.1.2。与缓存

缓存的辅助DF传送网络,目标从继电器,可以直接访问数据和故障事件发生时选择中继协助数据传输, 相当于 在哪里 的信噪比阈值缓存。从这个表达式,我们可以把系统中断概率写成 被考虑到值是相互独立的,同分布,我们可以进一步的写作为 计算的概率 ,我们应用的PDF 作为 因此,我们获得中断概率的解析表达式缓存辅助DF传送网络 注意,上述方程仅包括一些基本功能,也很容易被评估。

现在我们推导出渐近考虑系统中断概率,系统设计上获得更多见解。通过应用的近似 成 ,我们可以简化的表达作为 渐近的 ,我们可以获得的中断概率的渐近表达式缓存辅助DF传送网络 从这个方程,我们可以发现系统多样性等于 ,表明该系统传输性能可以通过增加缓存的数量迅速改善接力。此外,系统性能不依赖于第一个转发链接,目的地从继电器可以直接访问数据。

3.2。爵士

在这一部分中,我们推导出解析表达式的符号错误率DF传送网络,以及在传输能量的高政权渐近表达式。我们使用和表示系统的SER没有或缓存,分别。线性调制方案,爵士可以从中断概率的表达式计算43] 在哪里接收的信噪比是提供在目的地吗 ,可以从中断概率的解析表达式(12)和(20.)。和是一个常数取决于特定的调制方案。例如,等于2时,使用BPSK调制。

3.2.1之上。没有缓存

对传统dual-hop传送网络没有缓存,我们可以把系统SRR写成 (在哪里42eq。(3.321.3)]和[42应用,eq。(3.461.2)]是 注意,SER的解析表达式(25)包含一些基本的功能,因此我们可以轻松地评估系统为传统的SER DF传送网络没有缓存的援助。数值计算可以找到的细节(44- - - - - -46]。

我们现在提出获得传统的渐近SER DF传送网络没有缓存,传输高政权的力量 。通过结合(13)和(23),我们可以把渐近SER高传输功率作为 (在哪里42,情商(3.461.2)]。在过去的平等。从这个渐近爵士,我们可以发现系统多样性等于 ,这表明之间的弱跳双跳成为整个数据传输的瓶颈。特别是,如果瓶颈是第一个跳链接 否则,第二跳。

3.2.2。与缓存

计算解析表达式的SER缓存辅助DF传送网络,我们首先用解析表达式(12)通过使用二项展开式42), 在哪里 从这个表达式,我们写缓存的体系SER帮助传送网络 (在哪里42eq。(3.321.3)]和[42使用,eq。(3.461.2)]。从这个分析表达式,我们可以很容易地评估系统SER DF传送网络没有缓存。

我们现在提出获得缓存的渐近SER辅助DF传送网络,我们假设传输能量很大。通过应用渐近停机的概率(22)(23),我们可以得到渐近爵士 从这个渐近爵士,我们可以发现系统多样性等于 ,表明该系统可以迅速改善传输性能提高衰落参数或继电器的数量。

4所示。仿真和数值结果

在本节中,我们提供了一些数值和仿真结果验证该研究。网络中所有的链接经验Nakagami-m衰落,我们集 不失一般性。加性白噪声的力量在接收机将统一 。目标数据率设置为1个基点/ Hz,所以这两个信噪比阈值和与和 ,分别。SER的计算,使用BPSK调制方案,调制常数被设置为 。

图2描述了传统的中断概率dual-hop传送网络与传输能量 ,在哪里 和从1到3。从这个图观察,我们可以发现,不同的价值观和 ,分析的结果与仿真值和渐近结果收敛于精确的传输能量的高政权 。这个验证提取的有效性分析和故障概率的渐近表达式传统dual-hop传送网络没有缓存。此外,中断概率曲线斜率的线性增加 ,当 ,自第二次转发链接数据传输成为系统的瓶颈。进一步的曲线 和 有相同的斜率,表明系统多样性保持不变。

图3展示了传统的符号错误率dual-hop传送网络没有缓存,在哪里 ,传输能量从0变dB 30 dB,从1到3。从这个图我们可以看到,分析SER适合模拟SER和渐近SER收敛于精确的SER高地区的传播力量 。这验证推导分析和渐近表达式的SER传统dual-hop传送网络没有缓存。此外,曲线斜率增加当 ,自第二次转发链接数据传输成为整个系统的瓶颈。此外,曲线的斜率 是一样的吗 ,表明系统多样性保持不变。

图4说明了缓存的中断概率辅助DF传送网络, ,从0变dB 30 dB,从1到3。见图4,我们可以发现,分析故障概率计算模拟概率和渐近中断概率收敛于精确大的价值 。这个验证推导的正确性分析和故障概率的渐近表达式。此外,曲线斜率与的价值 ,表明系统多样性增加的值 。通过比较数据2和4实现一个目标,我们可以获得的故障概率 ,传输功率能得救了dB时 ,这表明缓存技术能有效地节省电力资源。

图5提供缓存的符号错误率辅助DF传送网络与传输能量 ,在哪里 和 和从1到3。我们可以看到从图5仿真的分析SER是相同的,和渐近SER收敛于精确值传输高政权的力量 。这验证推导分析和渐近表达式的SER缓存辅助DF传送网络。此外,曲线斜率与的价值 ,表明系统多样性线性增长 。通过比较数据3和5实现一个目标,我们可以发现,SER的水平 ,使用缓存可以节省约dB,表明缓存将稀缺能源的场景是非常有用的。

数据6和7显示数量的继电器的影响缓存性能的辅助传送网络与传输能量 ,在哪里 和从1到3。具体来说,数据6和7分别与中断概率和爵士。我们可以发现,不同的价值观 ,分析性能是在良好的协议与仿真值和收敛于精确的渐近值,当传输能量很大,验证派生分析的有效性和中断概率和SER的渐近表达式。此外,曲线斜率是并行的 ,表明系统多样性增加线性与继电器的数量。为目标中断概率和爵士 ,我们可以发现缓存技术 可以节省约dB和dB,分别显示缓存可以用来节省电力资源。

5。结论

本文研究了两跳DF传送网络,缓存可以用来预取数据从源节点到目的地。通过这种方式,目的地可以直接访问的数据中继节点,而不是与源沟通。DF的传送网络没有缓存,系统性能推导的解析表达式,研究了故障概率和符号错误率(SER)。渐近中断概率和SER也提供高传输功率的政权,从中我们可以找到系统多样性订单迅速增加了使用缓存和系统性能明显改善。仿真和数值结果证明来验证提出的研究,可以保存和传输能量dB和dB实现中断概率和SER的水平 。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文得到了广东省大学创新团队项目授予2016年kcxtd017和中国NSF资助61501127,NSF的广东2016 a030313705格兰特,和应用下的广东科技专项资金资助2015 b010129001 b010106010 2014 b090907010, 2015。

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