时分双工单源双宿两跳级联网络的容量研究*

管瀚洋，刘锋，曾连荪

(上海海事大学，上海201306)

在船舶通信中，船队会组成链式队列进行航行。船队传递消息可以从一艘船接力传递给下一艘船，每艘船需要准确分离接收自己所需的消息，组成一种多目标链式级联网络。每一艘船既是消息的接收方，又是传递消息的中继方。对于这种单一信源多个信宿所组成的链式级联通信网络的容量、可实现速率等问题，学术界研究较少。本文考虑该实际环境，对其中的单源双宿两跳级联网络进行研究。

无线网络信道容量的问题最早源于参考文献[1]提出的多用户信息理论，虽然没有给出容量表述，但定义了MAC信道；参考文献[2]对MAC信道提出了一种简单的描述；参考文献[3]首次提出广播信道模型；参考文献[4]针对三终端（或节点）模型定义并研究了中继信道；参考文献[5]完善了该理论，虽然结论只针对单源单宿模型，但对于整个网络信息理论具有重要意义。

由于物理限制，实际网络中无线节点无法在全双工模式下进行同时同频收发，只能采取半双工模式。本文将对时分双工模式下单源双宿两跳级联网络的容量区域进行研究和分析。

1 系统模型

考虑图1的单源双宿级联无线网络，定义信源S向目标D1和D2分别传输消息x1和x2，D1接收x1和x2并解码分离出x1后作为中继R并采用解码转发策略将消息x2转发给目标D2，信源S与节点D2不考虑协作。由于系统采用时分双工，节点不能同时接收与发送。若消息x2不为空，则完成一次网络传输需要两个时隙：