双向中继网络分布式波束成形设计

我们考虑一个双向中继网络，其中两个源节点 S1 和 S2 通过一组中继节点交换信息。中继节点在第一个时隙接收来自 S1 和 S2 的和信号。在第二个时隙，每个中继节点将其接收信号乘以一个复系数并重新传输给两个源节点，从而形成一个分布式双向波束成形系统。通过应用模拟网络编码原理，S1 和 S2 处的每个接收器消除来自中继集群的接收信号中的“自干扰”并解码消息。本文研究了具有分布式波束成形的此类双向中继网络的二维可达速率区域。在源-中继和中继-源信道互易性的不同假设下，我们在两种设置下刻画了可达速率区域。首先，对于互易信道，我们研究了当中继集群受限于总功率约束或个体功率约束时的可达速率区域。我们表明，通过求解加权和逆信噪比最小化问题获得的最优波束成形向量足以刻画相应的可达速率区域。此外，我们推导了这些最优波束成形向量的闭式解，并因此提出了部分分布式算法来实现最优波束成形，其中每个中继节点仅需要本地信道信息和一个全局参数。其次，对于非互易信道，我们也刻画了总功率约束和个体功率约束情况下的可达速率区域。虽然在此设置下没有闭式解，但我们提出了高效算法来计算最优波束成形向量，这些向量通过半定松弛后求解半定规划问题获得。