移动中继系统的吞吐量最大化

中继是一种在恶劣通信环境中实现可靠无线连接的有效技术。然而，现有大多数中继方案基于位置固定的中继，即静态中继。在本文中，我们考虑一种新颖的移动中继技术，其中中继节点被假设能够以高速移动。与静态中继相比，移动中继通过精心中继轨迹设计提供了性能增强的新自由度。我们研究移动中继系统中的吞吐量最大化问题，通过优化源/中继发射功率以及中继轨迹，并受限于实际移动性约束（中继速度及初始/最终中继位置），以及由于其中继采用解码-存储-转发（DSF）策略而产生的信息因果约束。研究表明，对于固定中继轨迹，随时间最优吞吐量的源/中继功率分配遵循“阶梯式”注水（WF）结构，源与中继的水位分别呈非增与非减。另一方面，在给定功率分配下，可通过连续凸优化优化中继轨迹来进一步提升吞吐量。为此提出一种迭代算法交替优化功率分配与中继轨迹。此外，对于初始与最终中继位置自由的特例，推导出了联合最优功率分配与中继轨迹。数值结果表明，通过优化中继轨迹及自适应于其引发信道变化的功率分配，移动中继相比传统静态中继能够实现显著的吞吐量增益。