基于天线分组的携能中继的保密传输方案

由一个单天线的源节点、目的节点和一个多天线的中继节点组成的存在窃听节点的两跳无线网络,研究其在中继节点能量收集约束下的物理层保密传输方案。窃听节点的位置和信道状态不可知,采用由目的节点在第1跳时发送人工噪声进行协作干扰的方式保护两跳传输中保密信息。中继节点采用携能通信工作模式,从接收的信号和人工噪声中提取能量用于信号的转发。第1跳时,中继节点的天线分为两组,分别用于保密信号的接收合并和能量的收集。在第2跳时,中继节点利用所有天线采用波束赋形技术转发信号。由于不能获得窃听信道状态信息,因此以最大化目的节点的速率为目的,对中继节点的转发波束赋形矢量进行优化,并给出一种次优的低复杂度的天线分组策略。仿真结果表明,提出的方案能获得可观的保密速率,提出的天线分组策略的性能明显优于功率分裂策略。     

基于协同干扰的能量收集两跳中继系统保密速率的优化

在由一个源节点、中继节点、目的节点和窃听节点组成的两跳中继窃听信道模型中,假定各节点均具有能量收集能力,采用“储能-发送”模式工作,即先收集能量,然后再发送数据。中继节点采用放大转发方式,目的节点发送人工噪声协同干扰。首先分析得到目的端协同干扰方式下获得正的保密容量的条件;然后给出以最大化保密速率Rs为目标的吸收比例系数ρ和干扰功率分配因子α的迭代优化算法;最后对算法性能进行仿真。仿真结果表明,优化算法收敛速度快,能有效提高系统的保密传输速率。     

基于中继选择的星地协作传输系统性能分析

由于星地混合协作网络（hybrid satellite-terrestrial cooperative network，HSTCN）能显著提升卫星通信的服务质量，近年来受到了国内外学者的广泛关注，分析了基于中继选择的星地协作传输系统的性能。首先，在卫星和地面用户之间存在直达链路，并且所有中继节点在采用门限判断译码转发协议辅助卫星通信的情况下，得到用户端经过最大比合并后的输出信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）表达式。其次，针对卫星信道服从阴影莱斯分布，而地面信道服从Nakagami-m分布，推导出随机选择和最佳选择两种中继选择策略下系统的中断概率闭合表达式。接着，进一步得到高信噪比条件下中断概率的近似表达式，为分析各种参数对系统性能的影响提供了更加便捷的方法。最后，计算机仿真不仅验证了理论推导的正确性，而且定量分析了协作传输带来的好处，从而为HSTCN技术的实际应用提供理论依据。     

多用户MIMO系统中结合天线选择的协同差分空时传输方案

针对多用户多入多出(MIMO)系统中存在部分信道估计困难的情况,提出了一种新的协同差分空时传输方案。在此方案中引入了一种简单的自适应放大转发中继协议,该协议在中继节点结合了接收选择合并和发送天线选择,仅需要部分信道状态信息(CSI)。得出了最大似然差分检测方法,分析了系统的成对码字差错概率(PEP)性能。仿真结果显示,在相同收发天线数、功率及频谱效率条件下,所提方案比点对点MIMO系统中的差分传输方案获得了更高的分集增益和更好的误比特率(BER)性能。且在高信噪比情况下,还优于采用相干检测的非协同Alamouti传输方案。     

基于网络编码和中继选择的无码率协作传输

高频谱利用率的协作中继传输设计,是协作通信领域的一个研究难点。针对这一问题,结合网络 编码和中继选择协作,提出了一种新的无码率中继协作传输方案。在传输当前消息块的同时允许传输下个消 息块的部分信息,从而减少所需的传输次数,提高频谱效率。将准静态瑞利衰落信道等效成相应的删除信道, 分析了目的节点译码所需传输次数的概率质量函数和平均传输次数,并与其他无码率传输方案进行了性能 比较。理论分析和仿真结果表明,采用网络编码和中继选择的无率传输系统在传输次数上进一步改善系统 性能。     

基于行空间映射的连续中继网络预编码干扰消除方案

针对转发放大(amplify-and-forward,AF)模式下双路径连续中继(two-path successive relay,TPSR)存在的中继间干扰(inter-relay interference,IRI)问题,提出了新颖的基于行空间映射的中继干扰消除方案。新方案对源节点信号进行交替行空间预编码,从而将接收期望信号与IRI信号映射到不依赖信道的正交子空间,在未知信道下实现IRI和累计噪声的完美消除,从而消除非理想信道估计带来的剩余自干扰和累积噪声对TPSR性能的影响。在这基础上,推导不同信道估计误差下系统平均误比特率（bit error ratio,BER）的闭合表达式和近似表达式,并通过仿真验证理论推导的正确性。通过对比该方案与传统基于信道估计的干扰消除方案在不同估计误差下的检测性能,表明新方案能够完全消除IRI和累积噪声,有效提升连续中继网络性能。     

基于动态树冲突分解的协作随机接入方案

提出一种基于动态树冲突分解的协作随机接入方案(DTCRA)。该方案设置一个由冲突节点个数决定的信道增益门限值,若源节点与接入点间的信道增益大于该门限值,则源节点重传数据包,否则由中继节点放大转发,从而实现了动态树冲突分解,获得了多用户分集增益并降低了空时隙数量。数值与仿真结果表明,提出的方案相比于其它传统类和跨层类随机接入方案,具有更好的吞吐量、时延和能量效率性能。     

双向认知网络物理层安全策略建模及仿真研究

为提高移动通信系统的性能,构建了一个存在主网络干扰和窃听者的双向认知中继网络的物理层安全传输模型,设计了一种中继选择和功率分配的联合优化策略,用于对抗窃听者,保护收发节点的信息传输。通过仿真分析得出,此非凸优化问题限制条件较多,难以保证粒子群优化算法随机生成的初始解的可行性,从而造成求解困难。提出了一种基于可变网格优化和粒子群优化算法的混合优化算法。仿真结果表明此算法提高了次级网络的保密速率,提升了次级网络的安全性能。     

基于不完全信道信息的MIMO双向中继系统线性预编码算法#br#

针对配置两个通信节点的多输入多输出双向中继系统,提出一种基于不完全信道状态信息的预编码设计方案,该方案综合考虑信道估计误差与信道反馈延迟的情况。在中继发射功率受限的条件下,以最小均方误差为准则设计以预编码矩阵为变量的优化问题,提出矩阵分解和联合迭代两种线性预编码算法。矩阵分解法通过矩阵分解推导得到中继矩阵的闭式解;联合迭代法利用迭代算法交替迭代来联合优化预编码矩阵和接收端处理矩阵,直到算法收敛数。仿真结果表明,随着信噪比由0到25 dB逐渐增大,与现有方案相比,矩阵分解法能有效地降低系统的误比特率,联合迭代法能获得最佳的系统性能提升。     

双向中继网络中基于正交预编码的盲干扰抵消

双向中继网络(two way relay network, TWRN)在提高频谱效率的同时会引入额外的自干扰,针对放大转发模式下的自干扰抵消问题,从消除非理想信道估计带来的剩余自干扰着手,提出一种基于正交预编码的盲干扰抵消方案。新方案通过对端节点信号进行“右乘”正交预编码,将期望目标信号与自干扰信号映射到不依赖于信道状态信息的正交子空间,实现未知信道状态下自干扰抵消和期望信号分离,从而消除非理想信道估计带来的剩余自干扰对TWRN性能的影响,提高了系统的鲁棒性。在此基础上,通过推导平均误比特率(bit error rate, BER)的闭合表达式和渐进表达式,分析不同方案下信道估计误差对平均BER的影响,并通过仿真对比验证了理论推导的正确性。     

OFDM协作网络中基于组合叠加导频的信道估计技术

针对三节点放大转发(amplify-and-forward, AF)的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)协作中继网络,为了高效获取级联和单跳链路信道状态信息(channel state information, CSI),本文提出基于组合叠加导频的信道估计方案。新方案在源节点和中继节点分别将不同的导频叠加到发送数据上,目的节点利用源导频和中继导频分别完成级联(S→R→D)信道和单跳(R→D)信道的估计。为了消除叠加导频方案中信息符号对于各链路信道估计造成的严重干扰,源导频设计采用发端预处理的数据置零叠加导频(data nulling superimposed pilots, DNSP)方式,并提出了基于协作干扰消除(cooperative interference cancelation, CIC)的中继导频设计方案,新方案一方面借助直达(S→D)链路检测符号来消除中继数据对R→D信道估计的影响,另一方面利用迭代重构来弥补源节点数据失真和提高检测性能。仿真结果表明,新方案在避免训练导频占用带宽开销的同时能获得与传统频分复用(frequency division multiplexing, FDM)导频相近的性能。     

基于多用户反馈的星地协作传输系统性能分析

研究了门限设置反馈条件下多用户星地混合协作传输系统的性能。首先, 在中继端采用放大转发协议和多用户机会调度方案下, 得到系统的输出信噪比表达式。其次, 在卫星链路服从阴影莱斯分布和地面链路服从瑞利分布的情况下, 推导出基于门限设置的信道状态信息反馈下系统的反馈中断概率、遍历容量和平均反馈用户数的闭合表达式。最后, 计算机仿真不仅验证了理论分析的正确性, 而且证明了所提出的基于门限设置反馈的多用户调度方案在性能几乎不变的情况下, 显著降低了系统反馈量。     

异构网络下的改进校准方案

异构网络中通过不同节点的协同多点传输进行协同波束赋形,可以消除小区间干扰,而系统得到信道信息的准确性直接影响协同波束赋形的性能。提出了一种基于校准矩阵法异构网络下的改进校准方案,无需系统测量影响信道互易性的增益因子,突破常见优化校准矩阵算法对收发端天线数目的约束。通过链路级仿真和先进的长期演进技术下的异构网络系统级仿真对该方案进行仿真验证,仿真结果表明该方案能够有效地恢复时分双工系统的信道互易性,修复系统的误码率以及吞吐量性能。     

基于最小干扰距离的多点源支援干扰效果评估

为了能够迅速准确地对多部干扰机进行支援干扰时的效果做出评估,通过雷达干扰的空间能量方程,在对单部干扰机进行分析的基础上,推导出多部干扰机进行支援干扰时的压制区域模型。通过仿真绘制了压制区域图形并设计了支援干扰区域的GUI仿真界面,由此可以得到每个方位上的最小干扰距离。以最小干扰距离作为干扰效果评估准则,对不同态势下的干扰效果进行了仿真,并分析了影响支援干扰效果的各种因素,为如何对有源干扰资源进行合理布站和分配以及对定量研究支援干扰效果提供了新的方法。     

空间分集干扰对齐研究

干扰对齐(interference alignment, IA)通过在接收端把干扰对齐到同一个子空间中,可以在干扰信道中实现最大的自由度,但在低信噪比时,IA可靠性较差,针对这个问题,研究了实现分集IA的条件,提出了基于子空间投影的单端分集及双端分集的具体实现方案。通过理论分析和仿真验证阐述了分集对改善IA性能的机理,给出了IA中分集与复用的折中方案。分集能提高IA的接收信噪比,减小差错概率,从而改善IA在低信噪比时的性能。最后,通过仿真验证了分集IA的性能。     

大规模MIMO中继系统基于LoS的等增益传输方案

在中继分布大规模多输入多输出天线阵列情况下,对莱斯衰落环境中的双向放大转发多对中继系统进行了探讨。为了能有效减轻信道估计负担、提高频谱利用率,首先提出了一个只基于视距(line-of-sight, LoS)分量的线性传输方案。该方案采用实现复杂度低的等增益合并与等增益传输相结合的中继处理。然后分别推导了该方案无功率缩放和有功率缩放情况下的渐近可达速率闭式表达式。与传统的基于全部信道状态信息的线性传输方案比较,该方案更宜在LoS分量较强的情况下得到应用。     

高速降噪差分混沌键控系统

差分混沌键控(differential chaos shift keying, DCSK)系统的最大缺点是参考信号和数据信号消耗了相同比例的能量和数据传输速率。为了克服这一缺点,提出了一种高速降噪的差分混沌键控(high rate noise reduction differential chaos shift keying, HRNR-DCSK)系统。该系统将数据信号扩展为多个时隙,每个时隙传输不同的数据比特,并且参考时隙的长度随着传输比特数量的增加而缩短,最后在接收端通过降低接收信号噪声的方差来提高系统的误码率(bit error rate,BER)性能。该方式提高了数据传输速率,降低了比特能量。采用高斯近似法(Gaussian approximation, GA)推导出加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise,AWGN)信道以及瑞利信道中的比特BER公式并进行仿真。理论分析和仿真表明:在两种信道中理论推导和仿真曲线有较好的吻合,同时HRNR-DCSK系统能有效改善系统的传输速率,在混沌通信领域具有一定的应用前景。     

协作通信中继选择与功率分配的联合优化

最优中继节点的选择是协作通信系统必须解决的问题。根据目标节点信噪比要求提出一种选择中继节点的方案,并在此基础上推导了基于信噪比的源节点和中继节点最优功率分配方法。通过在matlab中仿真验证表明所提的功率分配方案能满足目标用户的信噪比要求,分析结果表明采用源节点的最优功率分配方案更有利于提高系统的功率效率。

Abstract：

The relay selection is one of the important parts in relay cooperative communication system.A strategy for relay nodes selection was proposed which based on signal to interference plus noise ratio constraints.The optimal solution for the power adaptation at the base station and the relay nodes was analyzed.Simulation results show that the proposed scheme achieves the respective target for multiple users.Results indicate that the optimally distributes power among the source nodes can improve system performance and energy efficiency,thus can be effectively used in cooperative communications.     

衰落信道下的QCAM性能分析

对AWGN和Rayleigh信道衰落下K-QCAM系统性能进行了研究,分析了K-QCAM系统对不同K值在一定的信噪比下系统性能和信道的关系,并推导出零均值Logistic映射的QCAM系统在不同衰落信道中的误比特率的表达形式。仿真结果表明,在相同的传输信道和信噪比条件下,仿真结果与理论值有很好的吻合性。     

多跳筛选无线传感器网络决策融合

为了在保证传感器工作效果的同时控制系统能耗,在资源受限的无线传感器网络决策融合系统中同时引入传感器信息的多跳传输方式和筛选传输策略。在瑞利分布信道模型下,推导出该系统的最优融合规则。但该规则需要信道的实时状态信息,实用性差。为此提出基于信道统计分布信息的次优似然比融合规则,并给出了小信道信噪比情况下的简化形式。理论分析和仿真表明,次优规则性能损失较小,运算量更低,信息需要更少,符合资源受限系统的要求;同时使用筛选策略,降低了系统的传输能耗。