大规模MIMO-NOMA双向中继认知系统物理层安全研究

针对基于中继辅助传输的认知无线电-非正交多址(CR-NOMA)系统中，频谱利用率低及安全性较差的缺点，提出将大规模多输入多输出(MIMO)技术应用到基于双向中继的CR-NOMA网络中，使两组认知非正交多址(NOMA)用户在双向中继的协助下交换信息.在不完全信道状态信息的约束下，推导出受发射功率、信道估计误差和天线数量影响的安全中断概率的闭合表达式.仿真结果表明，随着中继天线数量的增加，安全中断概率收敛到特定数值，同时可得到复杂度较低且安全性能最优天线数量.     

基于SWIPT NOMA的星地系统性能分析

为了提高星地系统的资源利用率和用户公平性,提出一种无线携能(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT) 非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)技术辅助星地系统的传输方案.首先,在非理想信道状态信息(channel state information,CSI)条件下研究了系统的中断性能,并推导了中断概率表达式.其次,通过分析渐近中断概率,发现由于存在非理想CSI导致中断概率在高信噪比区域出现了错误平层.此外,还研究了不同程度的信道估计误差和阴影衰落对系统吞吐量和能量效率的影响.最后,通过数值仿真结果验证了理论推导的正确性和SWIPT NOMA技术引入星地系统所获得的性能增益.     

Nakagami-m信道下双向中继选择的中断概率分析

在并行多双向中继通信系统中,提出了一种低复杂度的中断概率最优的中继选择策略,各个中继只需利用本地信道状态信息(CSI)进行分布式的选择.在Nakagami-m信道下分析了所提策略的中断概率性能,推导了系统中断概率的闭合表达式.仿真结果显示,该中继选择策略的中断概率性能在2种信道情况下均优于其他中继选择算法,且随着中继数的增加,所提策略可充分利用多中继分集提升系统中断概率性能.     

一种混合协作NOMA系统的缓冲辅助中继选择方案

为了提高系统的中断性能及分集增益,研究了一种混合协作非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统。系统包含一个基站、K-1个配有缓冲器的中继、一个配有缓冲器的近端用户和一个远端用户。其中,基站与近端用户可通过直传方式进行通信或由中继协作通信,而与远端用户通过近端用户或中继进行协作通信。针对该混合协作NOMA系统,提出了一种缓冲辅助中继选择方案,能够基于信道状态信息和缓冲器状态,选择近端用户或最佳中继进行协作传输。推导了系统中断概率和平均包裹时延的闭式表达式,给出了高信噪比下的分集增益。证明了当最大缓冲单元数不小于3时,所提方案能达到满分集增益2K。仿真结果表明,相对于基准方案,所提方案在系统中断概率与时延之间可以实现更好的折中。     

下行链路NOMA中继网络功率分配策略及性能分析

非正交多址接入(Non orthogonal Multiple Access,NOMA)技术可以在有限的信道资源内,容纳更多的用户,有效提升频谱效率.针对下行链路NOMA中继网络,推导得到系统中断概率以及遍历容量的闭合表达式.为了最小化系统中断概率,研究了功率分配问题,并分析功率分配因子以及用户的目标数据速率等网络参数对系统性能的影响.最后,蒙特卡洛仿真验证了理论结果的正确性.     

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％.     

基于OFDM的无线协同网络中的分布式中继选择

协同通信能显著提升无线网络的性能,但其性能受中继选择的影响较大.为了解决基于OFDM的无线协同网络中的中继选择问题,首先给出了中断概率的理论表达式,然后基于不同的选择准则提出了6种不同的中继选择方案.这些方案都只需要本地的信道状态信息,因而可以分布式实现,并且其中一种方案可以达到理论的中断概率.采用蒙特卡洛仿真,结果表...     

非正交多址接入下行协作网络的中断性能分析

针对非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)下行协作网络,首先研究不同链路采用不同衰落信道的固定增益放大转发(amplify-and-forward, AF)中继系统模型,同时考虑硬件损伤和信道估计对系统性能的影响;然后在接收端采用选择合并(selection combining, SC)算法处理接收到的信息,并给出不同用户信息的中断概率的确切和渐近闭式表达式;最后通过仿真验证了硬件损伤和信道估计误差对系统性能产生负面影响.     

基于中继选择的协作通信系统 遍历信道容量分析

本文对中继选择协作通信网络系统的遍历信道容量展开研究.在假设独立同分布瑞利信道条件下,分别推导出机会中继选择算法和部分中继选择算法解码转发中继模式下一些重要因素的闭式表达式,包括累计概率密度函数,累积分布函数和遍历信道容量.结果表明,利用中继选择技术能有效提高系统分集度.此外,遍历信道容量性能受中继节点数目、链路信噪比的影响.通过数值仿真分析验证了理论闭式解的正确性.实验结果表明通过信道反馈状态信息调节最优数据发送速率,非中断信道容量能达到遍历信道容量.     

不对称速率双向中继系统的中继选择及功率分配

研究了不对称速率双向放大转发中继系统中的中继选择及功率分配问题.以中断概率作为约束条件,以系统总发射功率最低为目标,通过将几何规划问题转化成凸优化问题推导了功率分配的闭式解.在此基础上,提出了最小化最低总功率的中继选择标准.最后给出了中继选择与功率分配联合优化策略及实施步骤.仿真结果表明在给定的中断概率门限下,文中的联合优化策略能显著降低系统的功率消耗.     

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。     

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.     

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.     

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。     

具有直接链路的能量收集认知协作中继网络中断概率分析

针对能量受限认知中继网络生存期短和中断概率高的问题,提出一种具有多个主接收端、多个次目的节点、次网络直接链路和次网络节点硬件损伤的功率信标(PB)辅助能量收集认知协作中继网络,推导出在瑞利块衰落信道下采用机会中继选择策略和选择合并方式的次网络精确和渐近中断概率,并对理论分析结果进行蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真验证。研究结果表明:主接收端干扰约束或者PB发射功率的提升会使中断概率单调下降并趋于饱和;中断概率随着次网络节点硬件损伤水平、主接收端数目和次网络端到端信道容量的增大而增加,并随着中继和次目的节点数目的增多而减小;恰当设定能量收集比率能有效降低中断概率。     

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。     

移动通信中继系统中减少反馈调度的算法研究

对于多用户中继系统中上行反馈量过大的问题,研究提出了一种基于多门限减少反馈的半分布式调度算法.该算法在基站与中继分别设置反馈门限,依据在多门限假设下可以得到总反馈用户数表达式,进而算出多个门限值;又根据中断概率算得一个门限,将该门限值作为多门限的下限.将两种门限值相结合以限制用户反馈量.对AF(Amplify and Forward)协议下采用该算法的反馈用户数及系统容量等性能指标给出了理论推导.仿真结果表明,该算法可较单门限算法进一步地减少反馈量,并降低系统的反馈中断概率,增大了系统容量.     

基于NOMA的人工噪声物理层安全性能研究

添加人工噪声也是提升物理层安全性能的重要方式之一,能够有效抑制窃听行为,对于提升物理层的安全可靠性也有帮助。将非正交多址接入技术(NOMA)融入传统的人工噪声辅助方案中,在提升物理层安全性能的同时也可以节约频谱资源,考虑非信任中继节点的情况下,提出基于NOMA技术的人工噪声辅助方案,推导该方案的中断概率和遍历和速率,并给出了遍历和速率上界的表达式。仿真结果表明,NOMA方案相比传统的正交多址接入技术(OMA)中断概率更低,同时也提升了系统的遍历和速率,证明NOMA方案可以有效提升物理层的安全可靠性,也可以防止非信任中继节点对信息进行窃取。     

窃听环境下多源无线协作网络的中继选择与功率分配方案

现有的窃听环境研究大多是针对单源场景,仅考虑一条链路的安全效益,而在多源场景下若只考虑一条链路的性能就会损害其他链路的性能,从而降低整个系统的性能。因此,针对窃听环境下的多源无线协作网络模型,研究了一种中继选择策略与源节点和中继节点的功率分配相结合的方案,提升系统的整体安全性能。仿真结果表明,中继选择和功率分配相结合的方案与传统方式相比,安全中断概率性能可以提高2 dB左右。     

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。