能量采集双向衬底式认知中继网络中断性能分析

针对具有硬件损伤的能量受限网络传输效率低、生存周期短的问题,提出了基于硬件损伤模型和多天线能量信标(PB)辅助能量采集的衬底式双向认知中继网络模型。次网络节点发射功率由采集自多天线PB的射频信号能量和多主接收端的干扰约束共同决定。推导了次网络在瑞利分块衰落信道下中断概率的精确和渐近闭合解。理论分析和蒙特卡洛仿真结果表明:随着PB天线数目和发射功率、主网络干扰约束和能量转换效率的增加,次网络中断概率减小;随着主接收节点数目、次网络节点硬件损伤水平以及PB与次网络间距离的增大,次网络中断概率提高。     

具有能量收集的认知双向协作中继网络中断概率分析

为了延长认知中继网络的生存时间和降低中断概率,提出了具有多主接收端的专用信号塔(PB,Power-beacon)辅助能量收集认知双向协作中继网络,并研究了采用译码转发模式和机会中继选择策略的衬底式认知网络中断性能。网络中次用户发射功率由收集自PB的能量和主接收端的干扰约束决定。推导了Rayleigh块衰落信道下次网络的精确中断概率,结果表明增大PB发射功率或主网络干扰约束将使中断概率单调下降。此外,还推导了有干扰约束和无干扰约束的次网络渐近中断概率,研究了中断饱和现象,PB位置对中断概率的影响,以及主接收端和中继数量、次网络端到端容量以及能量收集比率与中断概率之间的关系。仿真结果验证了理论推导。     

具有能量收集的多跳认知双向中继网络中断概率分析

为了提高多跳认知中继网络传输效率,延长生存期和降低中断概率,提出基于时分广播协议、译码转发、网络编码和专用信号塔(power-beacon,PB)辅助能量收集等技术的多跳双向传输方案,研究了采用该方案的衬底方式认知中继网络的中断性能,推导了Rayleigh分块衰落信道下次网络的精确和渐近中断概率。理论分析和仿真结果表明,与传统传输方案相比,所提传输方案具有相近的中断性能,但传输效率却远高于传统方案。次网络中断概率随着PB发射功率的增加或者干扰约束的降低而单调下降。合理设置PB位置,次网络端到端容量,子系统数目和能量收集比率有助于提升次网络中断性能。     

联合干扰功率限制下的认知中继网络性能分析

频谱共享的Underlay认知中继网络中,为了保证主用户的可靠通信,要求次用户网络中源节点及中继节点的发射功率必须满足主用户接收端干扰功率的限制。基于主用户峰值干扰功率和平均干扰功率的联合限制,分析了中继节点采用选择协作解码转发协议时潜伏式频谱共享认知中继网络的性能。值得一提的是,考虑中继传输中由主用户接收端干扰功率限制引起的第1跳链路信噪比之间的相关性,推导了瑞利衰落环境下次用户中断概率和信道容量准确的闭合表达式。仿真结论显示,次用户中断概率与信道容量的解析曲线与仿真结果一致,系统性能因频谱共享的认知网络中次用户源节点与主用户接收机链路之间的相关性而有所下降,中断概率约有2dB的性能提升。     

无线协作网络中存在干扰时的中继选择协议

针对无线协作网络中共道干扰影响中继选择的问题,提出一种存在干扰的中继选择协议(RSI).该协议以最小化系统中断概率为目标,选择具有最大瞬时端到端信干比的中继节点转发源节点信息,并且在考虑直接传输时,目的节点采用选择合并策略合并直接传输和中继传输,从而充分利用空间分集增益,降低了系统的中断概率.RSI协议不需要中继节点之间交互信息,通过竞争的方式完成数据传输,节省了系统开销,具有较好的实用性.仿真结果表明,在瑞利信道中,当中继节点个数为4、中断概率为10-2时,与最大最小中继选择协议相比,RSI协议能够取得约3~4 dB的信噪比增益.     

放大转发协作下多S-R-D节点网络中继选择策略

在多个信源、中继及目的端的环境中,研究了放大转发协作系统的中继选择策略与传输机制.为了求得最优解,在最优中继节点选择策略中使用了穷举算法,此方法计算复杂度会随着中继节点数目增加而大幅上升.在此基础上,提出了改进的中继节点选择策略,该策略先使系统的平均误码率最小,之后再使目的端中断容量最大化.仿真及分析结果表明,该策略除了能达到与最优算法类似的吞吐量之外,复杂度也大大降低.     

基于机会调度的上行认知中继蜂窝网络中断性能研究

对基于机会调度的上行两跳认知放大中继蜂窝网络的中断性能进行研究,导出了该系统的中断概率封闭表达式和高信噪比下的中断概率近似表达式。该系统中有多个源节点,研究表明,通过选择最优的次用户进行信息传输,系统中断性能可得到改善。仿真验证了理论推导的正确性。     

认知解码转发中继网络的安全性能分析

在认知中继安全通信网络中,研究了自适应解码转发中继节点采用机会式传输策略的物理层安全性能。在满足主用户对干扰功率限制的条件下,推导了在瑞利信道下的安全中断概率的闭合表达式,并进一步推导了安全中断概率性能的渐近表达式,从而可以直观地对系统性能进行分析。仿真结果验证了理论分析的正确性,并揭示了在认知中继网络中各系统参数对机会式传输方案的安全性能的影响。结果表明,可以通过增大主用户的最大干扰功率容限和增加次级中继节点个数来提升系统安全性能。     

一种无线携能通信系统中的中继协议

无线携能通信技术的出现为解决节点能量受限问题提供了可能性。在无线携能通信系统中,中继节点通过无线射频(RF)信号获得能量,利用所获得的能量来转发信息。本文研究了基于放大转发(AF)中继的三节点无线携能通信系统,考虑中继端电路能耗的存在,在功率分配(PS)中继协议的基础上提出了开关型功率分配(OPS)中继协议,并推导了该协议下系统中断概率与吞吐量的表达式。仿真结果表明:在该协议下,系统的中断概率与中继端电路能耗无关,系统的吞吐量随着电路能耗的增大而降低。     

基于非理想硬件的星地融合NOMA网络性能

主要研究非理想硬件和部分中继选择策略对非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)星地融合多中继网络的影响.NOMA技术可以增加频谱的利用效率,可以同时将信号传给多个用户.另外,部分中继选择策略的应用可以有效地降低系统的中断概率,提高系统的性能.特别地,得到了基于非理想硬件和部分中继选择策略下的星地融合NOMA多中继网络下的中断概率的闭式表达式,同时,为了进一步分析非理想硬件和部分中继选择策略对所考虑系统的影响,得到了中断概率在高信噪比下的渐进表达式,通过蒙特卡洛仿真可以验证所得公式的正确性.     

全双工多中继网络的中断分析与中继决策

为了降低无线通信的中断概率,改善无线网络的通信性能,针对含有多个用户节点与中继节点的全双工无线网络,在考虑聚集干扰与节点自干扰的前提下,分析了网络的中断性能并设计了相应的中继决策方案.首先,基于Nakagami-m衰落信道条件和放大转发中继策略对网络进行中断概率分析,并求解出相应的闭合表达式.然后,基于最大带权匹配的思想,根据用户节点对中继节点的渴求度提出一种最小化系统中断概率的最大渴求度匹配算法(Maxi-mum Craving Matching,MCM)来实现中继决策.最后,通过蒙特-卡罗仿真模拟了不同系统参数条件下系统中断概率变化情况,并验证了MCM算法的有效性.仿真结果表明,提升节点发射功率能降低系统中断概率,但其改善效果在达到某一特定值后趋于饱和状态,此后继续增加功率对中断性能不再有改善作用.饱和状态下,与现有部分中继选择算法相比,采用MCM算法的系统中断概率会降低约4％～7％.     

无线能量传输中继选择与发送功率分配方案

为了最大化无线能量传输全双工多中继系统的传输速率,提出一种利用中继采集能量并进行中继选择和发送功率分配方案。首先在最好最差信道和最大调和平均值中继选择基础上,考虑中继自干扰信道能量采集,引入中继节点不同功率约束,提出基于节点功率的最好最差信道中继选择和最大调和平均值中继选择方案;然后联合源节点两阶段发送功率分配进行优化求解,给出优化问题解耦后的两步次优解方案,求解出功率分配参数的理论次优值;最后推导得出所提最优中继选择方法的中断概率。仿真结果表明,所提出的中继选择方案比随机选择中继的容量性能在系统中继个数为5时提高了30%以上;与中继选择等功率分配方案相比,所提分配方案的系统容量提升了10%以上,中断概率在发送信噪比为15 dB时下降了16%。     

译码转发协同通信网络自适应中继选择算法

为了优化译码转发协同通信网络的性能,提出一种自适应中继选择算法(ARS),并对系统中断概率和平均协同中继数进行分析.该算法在源节点到目的节点的直接传输失败时,目的节点对译码集中的中继节点按信道质量进行降序排列,依次选择序列中的中继节点参与协同,直到目的节点的瞬时接收信噪比不低于预置信噪比门限.仿真结果表明,ARS算法能够获得最优系统中断性能,有效减少平均协同中继数,从而提高带宽效率,降低系统开销.     

基于SWIPT的认知中继网络中断性能分析

针对基于无线携能通信(SWIPT)的认知中继网络,考虑具有直接通信链路的情况,从理论上推导了该网络在underlay频谱共享模式下次用户中断概率的解析表达式,并通过蒙特卡罗(Monte-Carlo)仿真,与基于SWIPT的两跳认知中继网络、传统认知中继网络的中断性能进行比较。仿真结果证明理论推导的正确性,还表明具有直接链路的SWIPT认知网络次用户的中断概率降低了1～2个数量级,网络可靠性得到有效提高。     

基于SWIPT的协作中继系统动态时间分配策略

无线信息与能量同步传输技术为通信系统中能量受限型节点提供了解决方案,可延长节点生命周期。为研究时间分配对系统中断性能的影响,针对采用解码转发策略的SWIPT协作中继系统,研究构建系统信道容量模型,在满足系统最低传输速率的约束下,提出一种中继动态时间分配策略来优化传输。该策略首先对系统目的端节点的中断概率进行分析,推导得出系统中断概率与时间分配系数之间关系的表达式,然后以最小化中断概率为目的构建优化求解模型,利用迭代算法得到问题的解。仿真结果表明,与现有的传输策略相比,动态时间分配策略可以显著减少系统中断概率,能较好地改善系统传输性能,保障系统的可靠运行。     

Nakagami-m信道下认知中继网络的中断概率上界闭式解模型

为更准确地反映和评估无线信道衰落指数对认知中继网络中断性能的影响,提出了认知用户在Nakagami-m信道模型下的中断概率上界闭式解模型.首先在Nakagami-m信道模型下,对认知中继网络频谱重叠共享和最佳中继选择准则的联合约束限制进行分析,再利用分部积分推导出认知用户接收机信噪比的概率密度函数和累积分布函数,进而对概率密度函数进行条件积分,根据蕴合法则即事件概率不等式得出其中断概率上界闭式解模型.仿真结果表明:相比传统的瑞利信道模型,Nakagami-m信道模型下的中断概率闭式解能够反映信道衰落指数大于1时的系统中断性能,从而更准确地反映了实际信道衰落情况对认知中继网络的影响;此外,由于该闭式解模型考虑了主用户干扰限制条件,限制了认知用户的实际发射功率,因而降低了系统的中断概率.     

一种基于放大转发的中继选择策略

针对传统多中继放大转发协作通信网络中所有潜在中继均参与协作,导致系统的低资源利用率问题,提出了一种中继节点选择策略.该策略以最小化系统中断概率为目标,引入了中继节点的选择门限,并据此逐一令低于门限的中继节点不参与协作,将其资源重新分配给其他节点,从而提高系统资源利用率.所提策略运算开销小,且选择门限只与中继节点数、平均信道增益以及当前系统信噪比有关,可在传输开始前事先确定而无需实时更新,从而节省了系统开销.仿真实验表明,与所有潜在中继都参与协作的方法相比,所提策略在中断概率为10-3～10-3时可获得约3～4 dB的信噪比增益.     

瑞利信道下基于增量中继的放大转发机会选择性能分析

为一步提高协同通信的平均频谱效率性能,采用增量中继的方法对放大转发机会选择中继节点选择策略进行了改进,并针对Rayleigh衰落信道,推导了当目的节点分别采用最大比值和选择合并方式时,基于增量中继的放大转发机会选择策略的中断概率和平均频谱效率的性能下界。采用MATLAB软件对系统性能进行了计算机仿真,仿真结果验证了理论分析的准确性。结果表明,当目的端节点采用最大比值合并和选择性合并方式时,采用增量中继可较大提高机会选择中继节点选择策略的平均频谱效率性能。     

非同分布Rayleigh衰落信道下认知中继网络中断概率精确解

研究了underlay频谱共享模式下认知中继网络的中断性能,推导出独立非同分布Rayleigh衰落信道下次用户中断概率精确解的闭合表达式。通过对具有不同分布参数的Rayleigh衰落信道下系统性能进行MonteCarlo仿真,验证了理论推导的正确性。仿真结果表明,次用户发射机与中继之间(S_T→S_R)的中继链路以及次用户发射机与主用户接收机之间(ST→PD)的干扰链路——这两种链路的信道状态是影响认知中继网络中断性能的主要因素。     

基于信道统计平均的中继选择与功率优化算法

针对无线网络中继节点选择存在的中断概率较大和算法复杂度较高的问题,提出了一种基于信道统计平均的中继选择和功率分配优化算法.首先对源节点和各个中继节点进行优化功率分配,并将源节点到中继节点和中继节点到目的节点的所有信道系数的统计平均值作为阈值门限将部分信道质量较差的中继节点过滤掉,以减少候选中继节点的数量;然后从候选中继节点中选出最优中继节点;最后对最优中继节点进行优化功率再分配,并以放大转发的方式完成信号的传输.仿真实验结果表明:该优化算法可以降低系统的中断概率和减小运算的复杂度.