AF-OFDM非对称通信双向中继系统能效优化

针对具有非对称通信需求的单中继协同放大转发正交频分复用(amplify forward orthogonal frequency division multiplexing,AF-OFDM)双向中继系统,提出一种中继能效优化策略。在AF-OFDM双向非对称中继通信系统中,子载波有两种工作模式:单向中继传输和双向中继传输。以系统能效为优化目标,构建联合中继传输模式选择、功率分配和比特加载组合优化模型;采用结构近似优化算法,首先固定子载波分配集合,优化单向中继传输和双向中继传输的功率分配,将原优化问题分解为两个子优化问题求解,然后优化子载波分配集合,利用子载波配对形成的线性结构搜索双向中继传输的最佳子载波数,避免穷举搜索造成的大运算量。仿真结果表明,该能效优化策略能有效提高AF-OFDM双向非对称中继通信系统的能量效率。     

Ad-hoc网络中基于博弈论和粒子群优化的协作算法

为了促使Ad-hoc网络中的“自私”节点进行合作,提出了一种基于博弈论和粒子群优化的协作算法（Nash Bargaining of game theory and particle swarm optimization, NGPSO）在算法的第一阶段,源节点通过对中继节点转发的数据进行价格补偿,从而达到使中继节点参与合作的目的。将源节点的最优出价归结为纳什谈判问题,得到具有帕累托最优的激励价格,保证源节点和中继节点在合作中同时获得最佳收益;在算法的第二阶段,中继节点在获得源节点的最优出价后,通过粒子群优化算法得到最优的转发功率,使其合作收益增益最大。仿真表明,和随机价格激励相比,所提出的NGPSO算法能使源节点和中继节点达到最优收益;和中继节点固定功率转发相比,所提出的NGPSO算法,能显著提高源节点的能量效率和中继节点的收益,同时在适当设置中继节点转发功率的搜索空间时,可以保证总的能量效率。     

基于最优中继集合选择的HDAF算法

为减少协作通信系统资源消耗,提出了一种基于混合译码放大前传(hybrid-decode-amplify-and-forward, HDAF)的中继选择算法。该算法以降低系统的中断概率和最小化总功率为目标,采用等效信道增益参数排序的方法,得到了最优中继集合的选择算法。该算法既保证通信过程更可靠,不易中断,又减少多余中继节点的使用,节省资源。仿真结果表明,采用最优中继集合选择算法,在10~30 dB的信噪比范围内,HDAF协作方式的中断概率要小于放大转发(amplify-and-forward, AF)和译码转发(decode-and-forward, DF)协作方式。该算法与功率分配相结合,在相同中断概率条件下,源节点所需功率比AF和DF协作方式少1~4 dBm,节约了系统资源的消耗。     

SC-FDMA系统中继波束赋形与用户功率分配算法

针对协作单载波频分多址（single-carrier frequency-division multiple access, SC-FDMA)系统提出了一种信干噪比约束下的中继波束赋形和用户功率分配联合优化算法。该算法能使得基站端输出信干噪比满足给定约束条件的同时最小化中继节点和用户节点的发射功率。该文通过利用矩阵分析中的瑞利商理论以及交替优化理论,分析并推导得出了最优的中继节点波束赋形和用户功率分配算法。仿真结果及分析表明,该文提出的中继波束赋形和用户功率分配〖JP3〗算法与采用正交频分复用系统下的算法相比能有效地节省中继和用户节点的发射功率。此外,为了降低算法复杂度以及所需反馈开销,该文还给出了用户端等功率分配的方法以及在此基础上的中继波束赋形算法。     

基于非正交多址技术的协作中继传输方案

针对星地频谱共享网络中深衰落认知用户传输速率低的问题,提出了一种基于非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)的协作中继传输方案。该方案的源节点采用NOMA技术广播信息并根据信道特性自适应地调节功率分配因子,中继节点通过中继-源节点功率比参数合理设置其传输功率并进行译码转发,在功率受限情况下最大化认知用户的传输速率。数值分析结果表明,功率比在一定范围内时,与正交多址接入的协作中继方案相比,该方案的传输速率提高了13.7%左右;当两种方案传输速率相同时,该方案的功率节约30%左右。     

多源多目标网络下基于包聚合的选择协作方法

针对实际应用中广泛存在的源-目节点不等的无线传感网,提出一种基于包聚合的选择协作方法,以提升传输可靠性。首先,通过建立源-目节点间的关联矩阵将多源多目标传感网分解为多个多源单目标传感网;其次,将包聚合策略引入协作传输中,对多源单目标网络实施基于包聚合的选择协作通信;再次,考虑传输顺序对各源节点的影响,将3种调度方法引入选择协作方法中;最后,在保证系统传输可靠性的前提下,为方便系统的多目标优化,提出了3种中继选择策略。仿真结果表明,所提选择协作方法不仅能提高系统传输可靠性且能满足不同的网络需求。     

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。     

多用户双向AF MIMO中继系统的联合预编码算法

近年,双向放大转发(amplify-and-forward, AF)多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)中继系统中的预编码设计吸引了越来越多研究学者的兴趣。然而,在实际MIMO中继通信系统中,针对双向传输下的系统,对多用户模型进行的研究较少。由此，针对多用户双向AF MIMO中继系统模型，提出了一种联合预编码算法。采用在所有节点功率限制下,以最小和均方误差(minimun sum mean square error, MSMSE)设计准则去求解联合信源、中继和信宿端多用户的非凸优化问题,将最初的非凸优化问题转化成多个子优化问题,并利用半正定规划设计、平方约束二次规划设计以及二阶锥规划设计求解子优化问题。之后通过交替迭代方法进一步求解每个子凸优化问题局部优化值,达到优化所有节点矩阵变量的目的。所提算法较现有的算法,不仅在优化问题方面考虑更全面、更实用,而且实验仿真结果验证,提出的算法在系统和均方误差(sum mean-square-error, SMSE)性能、和速率以及误码率(bit-error rate, BER)上有均有改善。     

面向多源多目标协作网络的中继选择方法

在多源多目标无线网络中采用最佳中继协作方法时,多个通信对有可能同时选择同一个节点作为最佳中继来进行协作传输,从而导致最佳中继冲突问题,进而对系统的协作性能产生严重影响。为了解决这一问题,提出了两种低冲突的中继选择方法,并将其扩展至功率可分配场景;同时,还提出了一种支持功率分配的分布式选择方法。仿真结果表明,所提方法在保证系统分集增益不变条件下,相比于已有方法,显著降低了中继冲突情况发生,改善了系统协作效果;并在性能接近于最优方法的前提下,有效降低了中继选择方法的复杂度。     

混合译码放大转发协同通信的功率分配

协同通信中,有效降低系统的发射功率是移动网络绿色化的一种解决方案。针对未来移动通信系统的节能问题,给出了协同通信系统中混合译码放大转发（hybrid decode-amplify forward, HDAF）的功率分配方案。该方案以直接传输方式的中断概率值为约束条件和总功率最小化为目标,采用极值问题的分析方法,得到了准静态瑞利平坦衰落信道中 HDAF协作方式源节点和中继节点功率。数值分析结果表明,在相同的中断概率约束条件下,采用HDAF协作方式所需的总功率比放大转发（amplify-forward, AF）、译码转发(decode-forward, DF)协作方式少5 dBm~17 dBm,最大限度地节约了系统资源的消耗。     

非对称调制的双向全双工车载通信BER性能分析

在车载通信系统中,全双工中继技术可满足车联网的低时延需求以及缓解频谱资源短缺问题。然而,实际车载通信应用中不同信源车辆发送的信息相互独立,节点调制方式往往不对称。这种非对称传输会加剧全双工模式残余自干扰造成的译码错误。针对这一问题,提出一种非对称调制的全双工通信方法,该方法引入网络编码联合调制的解码转发方式解决了非对称调制带来的误码率增大的问题。此外,分析了全双工残余自干扰随功率动态变化情况下的优化约束条件,得到最优功率分配区间。数值分析结果证明:在不同功率区间内,所提方法都可找到最优功率比例,使得系统端到端误比特性能最优。     

基于动态AHP的海上移动节点网络选择算法

针对海上异构无线网络中现有的节点选择算法存在的实时有效性和与移动节点匹配性较差的问题, 提出了一种基于动态层次分析(dynamic analytic hierarchy process, DAHP)法和协同学原理的网络接入选择算法。该算法在满足多因素判决和静态节点网络选择的基础上, 采用DAHP法确定接入判决指标的主观权重, 运用协同学相关原理确定客观权重, 利用接收功率确定移动节点的位置权重, 并通过对主、客观和位置权重进行再分配, 实现了对移动节点周围的实时网络状态与任务通信需求的兼顾, 提高了算法实时性和与移动节点的匹配性。仿真结果表明, 该算法相对于基于传统AHP和协同学原理的网络选择算法、基于距离的移动节点算法, 能够在降低节点业务阻塞率的同时提高通信通畅度与实时性。