第34卷第8期2012年8月电子与信息学报JournalofElectronics&InformationTechnologyVol.34No.8Aug.2012有限反馈机会中继通信系统的中断概率性能鏸*惠李维勤吴亚丽(西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048)摘要：该文针对放大转发机会中继通信系统，研究了有限反馈条件下系统的中断概率及分集性能。在有限反馈条件下，量化误差将影响最优中继的选择进而恶化机会中继通信系统的性能。该文首先推导了有限反馈条件下机会中继系统的中断概率近似表达式，并在此基础上分析获得两个结论：在有限反馈条件下，无论备选中继数目为何，系统的分集阶数可达且只可达到2；当备选中继个数一定时，随着反馈比特数的增加，系统中断概率将趋近于选择最佳中继节点所能获得的性能。仿真结果验证了中断概率的理论表达式及其分析结论，可为有限反馈条件下的中继传输协议设计提供理论支持。关键词：协作通信；有限反馈；机会中继；中断概率；分集增益中图分类号：TN925DOI:10.3724/SP.J.1146.2012.00024文献标识码：A文章编号：1009-5896(2012)08-2013-05OutagePerformanceofOpportunisticRelayingSystemswithLimitedFeedbackHuiHuiLiWei-qinWuYa-li(SchoolofAutomationandInformationEngineering,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)Abstract:Inthispaper,theoutageperformanceanddiversitygainofamplify-and-forwardopportunisticrelayingsystemsundertheconstraintoflimitedfeedbackarestudied.Withlimitedfeedback,thequantizationerrorofChannelStateInformation(CSI)willimpactthedistinguishingofthebestrelayandworsenthesystemperformance.Consideringthisissue,theoutageperformanceisstudiedanditsapproximateanalyticalexpressionisderivedforopportunisticrelayingsystemswithlimitedfeedback.Further,thefollowingtwopropositionsareanalyzedandproved:withlimitedfeedback,nomatterhowmanypotentialrelaysincooperation,thediversityordercanandonlycanbe2;withtheincreasingaccuracyoffeedback,theoutageprobabilityapproachestothatoftheidealopportunisticrelayingsystems.Simulationresultsverifytheanalyticalexpressionoftheoutageprobabilityandtheproposedpropositions,whichprovideatheoreticalsupportforthedesignofrelayingprotocolsundertheconstraintoflimitedfeedback.Keywords:Cooperativecommunications;Limitedfeedback;Opportunisticrelaying;Outageprobability;Diversitygain引言协作通信技术可通过节点间的合作获得协作分集从而有效提高系统性能[1,2]，但当网络中节点数目较多时，由于参与协作的各节点通常需要在相互正交的信道上进行传输，在网络总带宽不变的条件下，各子信道所分得的资源将十分有限，因而降低了系统频谱效率，制约了信息传输速率。机会中继方案[3]是解决该问题的方法之一：在多中继网络中选取最佳中继进行协作不但可以简化协作过程而且仍然能1获得满分集增益。中断概率作为衡量通信系统性能的重要指标，广泛应用于机会中继系统的性能分析中。针对不同场景下的机会中继系统，文献[4]推导了第L好(theL-thbest)中继的误码率和中断概率性能，并由此得出其分集增益。文献[5]通过中断概率渐近性能的研究指出，与传统协作模式相比，机会放大转发协议的编码增益更高。文献[6,7]则分别研究了多点干扰和多播编码协作条件下机会中继的中断概率性能。在上述关于机会中继的研究中，一般假设系统能获取全部链路的实时信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)，即全反馈，这将给系统带来沉重的反馈开销，该开销随着网2012-01-10收到，2012-04-06改回国家自然科学基金(61102061)和陕西省教育厅科学研究计划项目(2010JK709)资助课题*通信作者：惠鏸huhui@xaut.edu.cn场景中往往难以承受。如果仅反馈部分CSI，如源-中继链路的实时CSI[8]，则可显著降低反馈开销。文献[9]针对全反馈和部分反馈机会中继系统的中断概率和容量性能展开研究，结果表明部分反馈将无法获得与全反馈同样的分集增益。文献[10]提出另一种降低反馈的方法——仅超过某设定门限...