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。     

增强选择性机会中继解码转发协议

提出了一种增强选择性机会中继解码转发协议,采用了3种传输模式:直传模式,直接重复传输模式和机会中继解码转发模式,系统通过目的节点检测接收到的信噪比范围来选择传输模式.同时,给出了该协议的中断概率性能的精确闭式表达和吞吐量.通过理论分析和数值仿真表明:该协议不仅具有选择性机会中继解码转发的高中断概率性能,而且兼具增强型机会中继解码转发的高吞吐量性能.     

基于信道特性的中继选择协作通信方法研究

根据信道统计特性,研究了放大转发(amplify-and-forward,AF)协作中继网络中的中继选择协作通信方法.首先分析指出在等功率条件下,当信噪比小于某个门限时,选择单个中继节点进行转发(pre-select single relay AF,SAF)比所有节点都转发(all relays AF,AAF)的中断概率小.基于此信噪比门限提出一种中继选择协作通信方法,并且指出这种选择方法使得SAF的中断概率最小;然后结合功率分配提出了一种使中断概率最小化的最优中继选择协作通信方法;最后为了降低复杂度,提出了一种次优中继选择协作通信方法.仿真结果表明,这种次优方法和最优中继选择协作通信方法相比,性能相近.     

基于授权系统通信状态和波束形成对认知中继系统吞吐量的改进

提出了一种认知中继系统采用半双工放大转发(amplify forward,AF)模式下的功率分配方案,在保证授权用户通信质量不变和认知系统总发射功率受限条件下,最大化认知网络吞吐量,在此基础上分两步实现吞吐量的最大化。首先,在认知中继端采用多天线利用波束成型方法滤除接收转发的干扰信号,然后,根据授权用户通信状态制定不同的最优功率分配方案。仿真结果表明,相比传统的授权用户干扰受限算法,该算法可有效提高认知网络的吞吐量。     

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%。     

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.     

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.     

D2D通信系统中的最优中继选择及功率分配策略研究

在D2D(device-to-device)通信系统与蜂窝网络共存的场景下,引入中继节点可以有效提高D2D链路的吞吐量同时减小D2D链路对蜂窝网络的干扰?阐述了一种新颖的半双工放大转发双向中继协助D2D通信方案,提出了对应的最优中继选择及功率分配算法?该算法能够在满足蜂窝系统所受干扰小于一定门限值的约束下最大化D2D链路的吞吐量?该算法优化了D2D链路上各发送节点的发送功率;选出了可以使D2D链路吞吐量最大化的中继节点作为最优中继节点?其中,在计算最优功率分配的时候,利用拉格朗日对偶理论以及最速下降法对原功率分配优化问题的对偶问题进行了分层迭代求解?仿真结果表明,提出的策略与已有的方案相比可以显著提高D2D链路的吞吐量?     

基于定向天线和机会中继的节点解码转发协作通信系统性能分析

定向天线(directional antenna,DA)的电磁波波束具有较小的成型角度,仅能覆盖某一方向上的通信节点,相比全向天线(omni-directional antenna,ODA),具有方向性好、功率增益大、传输距离远以及满足军事通信射频隐身等优点。协作通信技术通过节点间的相互辅助,对抗信道衰落,实现协作分集。为了实现有限节点间如车间、船间且需要采用定向天线的可靠通信,提出了将定向天线和采用解码转发型最佳中继选择的机会中继协作策略(opportunistic relaying,OR)相结合的解决方案,在此基础上推导出相应的通信系统中断概率理论公式,并对中断概率和信噪比、中继节点数、天线增益以及信道衰落系数之间的关系进行了数值仿真分析,以及和全向天线系统进行了比较分析。理论分析和仿真结果表明,在有限节点间定向通信中,采用定向天线的协作通信系统性能与各节点定向天线增益、信道质量和功率分配方式密切相关,适合在小信噪比及深衰落信道环境下采用。最后,进一步分析得出最优功率分配(optimal power allocation,OPA)比平均功率分配(average power allocation,APA)性能更优。     

基于定向天线和机会中继的DF协作通信系统性能分析

定向天线(directional antenna,DA)的电磁波波束具有较小的成型角度,仅能覆盖某一方向上的通信节点,相比全向天线(omni-directional antenna, ODA),具有方向性好、功率增益大、传输距离远以及满足军事通信射频隐身等优点。协作通信技术通过节点间的相互辅助,对抗信道衰落,实现协作分集。为了实现有限节点间如车间、船间且需要采用定向天线的可靠通信,提出了将定向天线和采用解码转发型最佳中继选择的机会中继协作策略(opportunistic relaying,OR)相结合的解决方案,在此基础上推导出相应的通信系统中断概率理论公式,并对中断概率和信噪比、中继节点数、天线增益以及信道衰落系数之间的关系进行了数值仿真分析,以及和全向天线系统进行了比较分析。理论分析和仿真结果表明：在有限节点间定向通信中,采用定向天线的协作通信系统性能与各节点定向天线增益、信道质量和功率分配方式密切相关,适合在小信噪比及深衰落信道环境下采用。最后,进一步分析得出最优功率分配(Optimal power allocation, OPA)比平均功率分配(average power allocation,APA)性能更优。     

基于定向天线和最佳中继选择AF策略的协作通信系统

提出了采用定向天线和最佳中继选择AF协作策略的多中继协作通信系统,从理论上推导出相应的系统中断概率公式.结合理论分析结果对中断概率和信噪比、信道衰落系数、天线功率增益、中继节点数以及节点功率分配系数之间的关系进行了仿真分析.结果表明:采用定向天线和最佳中继选择AF协作策略的通信系统,不但满足军事通信的射频隐身特性要求,而且在小信噪比、深衰落信道及参与协作中继节点有限的条件下,比采用相同策略的全向天线协作通信系统具有更小的中断概率,提高了通信可靠性.     

功率分裂的无线信息与能量同传中继方案的优化

研究了无线信息与能量同时传输两跳协作中继系统中的传输方案优化问题.方案中,第1跳中继节点对接收到的源节点发送的信号进行功率分裂,一部分信号用于信息的译码;另一部分转换成能量用于第2跳的信息转发.中继采用译码转发协议,与常规方案不同,所提方案两跳采用不等时长方式,在传输总信息量一定的情况下,以两跳总传输时间最小化为目标,对功率分裂因子进行优化求解.由于无法直接完全通过解析求解获得优化结果,故采用部分解析求解和遍历搜索求解相结合的方法求解优化问题.仿真结果表明,在无线信息与能量同时传输中继模型下,所提方案的传输速率和系统吞吐量明显优于传统的两跳等时长的译码转发和放大转发方案.     

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。     

AF-DSTC协作通信中基于中断概率的功率分配方法

为了降低协作通信系统中的通信中断概率,研究了放大转发-分布式空时编码(AF-DSTC)协作通信协议,分析了各协作节点间的功率分配问题,并提出了一种在已知信道平均增益时,以降低系统中断概率为目标的功率分配方案.各协作节点根据其收到的源信号功率以及到目标节点的信道平均功率增益,计算其选取决定系数(SDP),其中SDP高于选取门限的协作节点将平均分配发射功率.研究结果表明,该方案计算复杂度低,仅需知道信道的平均增益,较大地降低了通信中断概率,在B3G/4G移动通信系统中具有一定的实用价值.     

基于功率加权的延长网络寿命的机会中继策略

针对采用解码-转发协议的无线协作中继网络,提出了一种基于功率加权的机会中继策略,即根据每个节点的剩余能量设定其功率的权重因子,每个源节点根据加权能量消耗最小准则选择最优的协作中继,并通过单纯型法得到源节点和中继节点之间的最优功率分配,以提高能量利用率和平衡网络中每个节点的能量消耗.仿真结果表明,与其它策略相比,文中策略可以有效延长整个协作中继网络的寿命.     

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.     

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。     

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％.     

协作网络中基于可信与不可信中继节点的物理层安全性能优化（英文）

为了获得最优物理层安全性能,在无线协作网络中提出了新的功率分配算法.提出了存在外部窃听节点时,可信中继节点采用放大转发和解码转发两种协作机制下的最优功率分配算法.此外,还提出了不可信中继节点采用转发放大协作机制下的最优功率分配算法,仿真结果表明在总功率一定时,对于可信中继与不可信中继的两种情况,所提出的新算法相较于传统的均等功率分配算法都获得了更高的安全容量.     

基于中继能量收集的协作通信中的吞吐量分析

研究了无线协作通信系统中基于中继能量收集的吞吐量最大化问题。首先对源端单天线工作模型的吞吐量进行了分析,由于无初始能量,中继需要对源端发射的射频信号进行能量收集,当收集的能量达到阈值后,中继将源端发射的信号放大转发至目的端。然后提出源端双天线工作模型,中继同时从两根天线发射的信号中收集能量,当中继收集的能量达到阈值后也同样把信息转发给目的端,在一个时隙内,两个信道中只要有一个信道完成信息转发即拥有吞吐量。仿真分析验证了表达式的正确性,仿真结果还表明提出的源端双天线通信模型的性能优于单天线模型。