联合协作与多跳传输提升无线网络容量

本文研究了\emph{扩展网络}中节点间的通信问题，其中无线电功率衰减和干扰是限制因素。此前研究表明，在简单多跳传输下，此类网络的可实现总通信速率至多为 $\Theta(\sqrt{N})$。在本工作中，我们研究了节点协作结合多跳传输对网络容量的增益。我们提出了一种多阶段通信方案，将分布式 MIMO 传输与节点簇间的多跳转发相结合。我们推导了该通信方案的网络吞吐量并确定了最优簇大小，从而提供了网络容量的一个构造性下界。我们首先证明，在\textit{规则网络}中，当信号路径损耗指数 $\alpha>2$ 时，通过 $\Theta(N^{\frac{\alpha}{6}-{1/3}})$ 的发射功率缩放，可实现 $\omega(N^{{2/3}})$ 的速率。我们将此结果进一步推广至\textit{随机网络}，证明在单位节点密度的随机网络中，通过 $\Theta(N^{\alpha/6-1/3}(\log{N})^{-(\alpha-2)^2/6})$ 的发射功率缩放，可实现 $\omega (N^{2/3}(\log{N})^{(2-\alpha)/6})$ 的速率。特别是，当 $\alpha$ 趋近于 2 时，仅需恒定的发射功率。最后，我们研究了密度为 $\lambda=\Omega(\log{N})$ 的随机网络，证明可实现 $\omega((\lambda N)^{2/3})$ 的速率，且所需功率按 $\Theta(N^{\alpha/6-1/3}/\lambda^{\alpha/3-2/3})$ 缩放。