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。     

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。     

基于定向天线的DF协作通信系统SER性能分析

针对使用定向天线的协作通信系统,对固定译码转发协议（decode and forward protocol,DF）的误符号率（symbol error rate, SER）性能进行探索性研究。首先建立了基于定向天线的DF协作通信系统模型,从理论上推导出该模型下的SER闭式表达式,确定SER上界,并以SER为优化目标分析最优功率分配问题,最后结合具体的数值仿真对所建立模型的SER性能进行详细分析比较。结果表明,在使用定向天线的条件下,DF协作通信系统的SER更小,系统性能优劣与各节点定向增益、信道质量和功率分配方式密切相关,最优功率分配比平均功率分配性能更优。     

基于定向天线的多中继节点的AF协同通信系统性能分析

研究了基于定向天线的多中继节点放大转发协同通信技术。首先,从理论上推导了全向发送全向接收（without beamforming transmit receive, N-BF),定向发送全向接收(beamforming transmit-without beamforming receive, T-BF)以及定向发送定向接收(beamforming transmit-beamforming receive, TR-BF)3种模式下信道容量及其中断概率。然后,结合具体的数值仿真对不同模式下的信道容量和中断概率分别进行了详细的分析比较。结果表明,TR-BF性能最优,TR-BF以及T-BF相比N-BF而言,系统受噪声影响更小。     

基于低密度格码的编码协作中继系统

提出一种联合低密度奇偶校验码(low density parity check,LDPC)的低密度格码编码协作(low density lattice code coded cooperation,LDLC-CC)改进方案。中继对源节点广播的LDLC码字进行译码,并向目的节点转发基于LDPC和LDLC编码的增强校验信息。通过利用校验矩阵下三角结构特性,源节点和中继节点可以简单地通过各自的校验矩阵进行整形和编码,且采用的LDLC校验矩阵可以构成高维下三角结构校验矩阵。此外,设计了目的节点联合迭代软译码算法。该算法建立了LDLC联合译码与LDPC软译码之间的联系,相比LDPC硬译码可以获得显著的编码增益。仿真结果显示,在瑞利慢衰落信道下提出的联合LDPC的LDLC-CC系统相比传统无协作直传LDLC系统最大可以取得近5 dB性能增益。     

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。     

基于RTS/CTS协议的协同中继网络功率分配研究

针对使用分布式线性弥散码的放大转发协同中继网络,提出一种基于MAC层请求发送/允许发送协议的分布式功率分配方案.此方案不需要处理中心集中处理后反馈信息,信源和各中继节点可以计算自己的优化发射功率,简单易实现.还从降低系统中断概率的角度给出了基于中继信道强度的瓶颈效应和调和平均值的两种发射功率分配算法.仿真结果表明,相比较传统的等功率分配,提出的方案充分体现了分布式线性弥散码的分集增益,不仅降低系统的中断概率,还大大改善了接收端的误码率性能,有很强的实用性.     

不均等双向解码转发机会中继通信性能分析

双向中继通信在保证传统单向协同通信空间分集收益的同时提高了频谱利用率。在双向不等速率要求场景下,针对结合解码转发网络编码的双向机会中继通信系统模型,给出了系统通信的近似中断概率闭式表达,并且提出了已知信道瞬时信息条件下的功率优化分配方法。仿真结果分析验证了解码转发双向机会中继通信的中断概率性能,表明在功率优化分配后和中等信噪比条件下,解码转发双向机会中继通信比模拟网络编码方式有2~3 dB的收益。     

面向能量收集的编码协作系统性能与码的设计研究

为解决编码协作系统中继节点的能量受限问题,研究了面向能量收集的编码协作系统。首先,提出了面向能量收集的重复积累(repeat accumulate,RA）编码协作方案,分析了系统的中断概率;其次,推导出了对应于信源节点与协作中继采用的RA码的联合校验矩阵,并通过联合设计,消除了该矩阵中所有两种类型的girth 4环。理论分析与仿真结果表明,与传统非能量收集的点对点系统比,所提方案大大降低了系统中断概率。与采用随机低密度奇偶检验码(low density parity check, LDPC)码的编码协作方案相比,采用联合设计RA码的系统误码性能更为优越。     

基于效用的自适应协同多业务传输研究及系统级仿真验证

协同通信是目前无线通信的研究热点之一,协同通信中的节点选择,功率分配等问题已得到深入的研究,但对于多业务传输问题目前并没有得到足够的关注。通过建立协同通信中的资源分配模型,基于效用的自适应协同多业务传输(utility-based adaptive cooperative multi-traffic transmission,UACMT)算法解决了多业务在协同通信中的传输问题,并能够自适应的在协同与非协同传输模式中进行选择。系统级仿真结果表明与传统协同和非协同传输相比,UACMT能够在一定误块率BLER约束条件下提高用户的业务效用。     

IWSN物理层防全双工攻击节点的多层Stackelberg博弈模型

针对工业无线传感器网络通信链路上存在的节点安全问题, 提出一种可抵御节点攻击的多层Stackelberg博弈模型。选择最佳协作干扰节点协同抵御全双工攻击节点, 将合法节点与攻击节点之间的对抗关系以及合法节点间的内部协作关系建模成多层Stackelberg博弈模型, 分析博弈模型的闭式均衡解; 设计分阶最优响应迭代算法求解Stackelberg博弈均衡。仿真结果表明, 所提的最佳协同干扰节点选择方案对攻击节点具有较好的干扰效果且节省能耗; 与其他功率控制模型相比, 所提模型可有效增加协作干扰节点的收益，提高协作的积极性。     

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.     

通信距离受限下多无人机分布式协同搜索

针对无人机之间的通信距离受到限制的情况,提出了一种基于Voronoi图的分布式协同搜索策略.首先建立了环境、无人机、传感器、通信等的数学模型;然后设计了速度约束下各架无人机的控制律;在通信距离不小于两倍视场半径的情况下,给出了各架无人机利用通信距离之内的邻居信息计算各自视场范围内的Voronoi图区域及其质心的方法,并设计了通信距离受限情况下的搜索策略,给出了通信周期与采样周期不同步情况下的信息更新公式.仿真结果表明,该分布式搜索策略比贪婪搜索和随机搜索策略在降低区域不确定度上具有更快的收敛速度,可实现通信距离受限情况下的多无人机分布式协同搜索任务.     

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。     

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。     

多元偏好、社团结构与网络合作涌现仿真研究

在综合考虑复杂社会网络高集聚性、无标度性以及"社团结构"的基础上,依据"囚徒困境"博弈,建立了基于多元偏好的复杂社会网络演化博弈模型,创新性地将节点影响力运用于博弈策略的更新规则中,并利用Matlab平台进行仿真。从宏观特征和微观结构两方面,通过对照仿真实验,系统研究了多元偏好、社会网络的"社团结构"以及外部连接对合作涌现的影响及其作用机理。研究发现,多元偏好特征下社团结构特征影响主体的异质性期望水平;"社团结构"可以促进合作行为的涌现;社团外部影响力对合作涌现的影响与社团规模有关。     

局部通信条件下多无人机协同搜索方法

针对复杂场景中障碍物、电磁干扰等因素造成的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)编队部分通信链路不可达问题, 提出局部通信条件下的协同搜索(cooperative search under local communication, CSLC)方法。首先, 根据各UAV的实时位置计算当前时刻编队通信拓扑关系, 建立UAV编队的局部互通网络。在此基础上, 综合考虑UAV通信能力和编队协同目标搜索能力, 构建基于通信链路稳定收益和协同编队收益的协同搜索模型。最后, 设定多UAV编队所需的安全距离和最大运动速率的约束条件, 保证模型能够得到最优路径可行解, 提高多UAV协同搜索效率。实验结果表明, 与现有的目标搜索方法相比, CSLC方法在保证协同搜索路径可行性的同时, 提升了多UAV协同搜索的能力。