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01.06.2015 | Ausgabe 3/2015

Wireless Personal Communications 3/2015

Optimal Energy to Spectral-Efficiency Trade-off in Cooperative Networks

Zeitschrift:
Wireless Personal Communications > Ausgabe 3/2015
Autoren:
Chunguo Li, Wei-Ping Zhu, Luxi Yang

Abstract

In this paper, the relationship between the energy efficiency in terms of the total consumed power per bit and the spectral efficiency is studied for dual-hop cooperative relaying systems consisting of multiple single-antenna amplify-and-forward relays. Considering the source and relay transmit antenna gains, the path-loss fading and the power consumption model as a whole, a new metric to measure the energy to spectral-efficiency trade-off (ESET) is formulated. Based on the convexity analysis of the new cost function, an analytical expression of the minimum per-bit power consumed by the whole relay system is derived as a general framework of the best ESET for given number of relays and relay-to-source power allocation. The relay-to-source power ratio is then further optimized, leading to a closed-form solution to relay design and power allocation. Numerical simulation results validating the theoretical analysis and the derived optimal ESET are provided.

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