一种新的支持智能天线应用的多址协议及其性能分析

主要研究将智能天线应用于Internet无线接入网络的中心接入点 (CAP) ,提出了基于轮询的自适应波束形成多址接入协议 (PB ABFMA)。该协议中 ,CAP接收或发送数据分组前 ,由CAP引导用户节点发送训练序列 ,CAP的智能天线据此计算出与用户节点对应的权矢量。CAP以轮询及动态TDMA方式为各节点安排发送时隙 ,采用微时隙为处于空闲状态的节点保持连接以降低时延。提出一种简单有效的竞争接入算法 ,保证新用户能够快速接入信道 ,该协议可工作于异步网络中。针对Internet中主要的“请求 -回应”(request reply)式业务 ,推导了信道利用率的计算公式。结果表明 ,PB ABFMA协议能有效支持智能天线应用并具有较高的信道利用率与良好的时延性能     

宽带多媒体卫星系统中MAC协议的设计与仿真

针对基于卫星多波束基带交换的宽带多媒体应用环境,对联合自由/按需分配多址接入协议（Combined Free/Demand Assigned Multiple Access CFDAMA）进行改进提出了随机联合自由/按需分配（Random Access-Combined Free/Demand Assigned Multiple Access RA-CFDAMA）的多址接入协议,并对帧结构进行设计,该协议具有较好的可实现性,十分适合星上基带交换的应用场景,通过仿真可以看出：与传统的联合自由/按需分配多址接入协议相比,该协议能够达到更好的端到端传输时延性能。     

同步卫星多用户接入控制及切换的优化算法

主要研究在同步轨道卫星中的多用户接入控制方案,分析了现有时分多址接入（time division multiple access, TDMA）的优缺点,在基于TDMA的情况下给出了改进的自由接入/优先级按需分配接入方式（free access/priority demand multiple access, FA/PDMA）,保证多用户接入时的公平性,以及在业务量不断增大的过程中,如何在大传播距离下通过优化现有的多址接入算法来确保用户的接入时延和端到端时延;并提出了用户在高速移动过程中卫星之间的切换策略算法。最后用OPNET仿真软件搭建网络平台,和TDMA进行对比仿真分析,得出结论,实现在大时延情况下,用户的实时接入和不同卫星之间的有效切换。     

基于遗传算法的混叠式非正交多址接入方法

为了提高稀疏码多址接入(sparse code multiple access, SCMA)系统的资源利用率, 提出一种基于遗传算法的混叠式非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)方法。该方法利用NOMA的过载特性, 允许相同的资源单元同时混叠承载调度接入和随机竞争接入业务, 从而实现了两种接入方式的细粒度融合。进而, 设计基于遗传算法的混叠式NOMA资源分配算法, 将两种接入方式的总容量作为优化目标以及遗传算法的适应度, 通过交叉和变异操作的多次迭代来优化资源分配效果。仿真结果表明, 所提方法相较于其他方法在各种场景下均能够获得更高的吞吐量性能，能够有效地联合支撑调度接入和随机竞争接入, 提高NOMA系统的资源利用率。     

MC-NOMA增强型反向散射网络中的谱能效率均衡优化

环境信号的不确定性导致不可预测的谱能机会。传输机会和能源供应的缺乏给反向散射通信网络的多址接入设计带来了极大的挑战。本文针对多载波非正交多址接入(multicarrier non-orthogonal multiple access, MC-NOMA)增强型反向散射网络, 提出了一种分阶段优化算法实现均衡调控下的谱能效率最大化, 该问题是非凸的且难以求解。因此, 首先将该问题分解成子载波分配和反射系数优化两个子问题, 然后基于Gale-Shapley匹配原理提出多对一稳定匹配算法求解最佳的子载波分配, 最后利用凸优化理论求反射系数优化。仿真结果表明, 与动态MC-NOMA方案(dynamic MC-NOMA, D-NOMA)和正交多址接入方案(orthogonal multiple access, OMA)相比, 所提优化方案在谱效和能效上均有显著的提升。     

适用于异构QoS环境的伺机频谱接入策略设计

针对认知无线电网络(Cognitive Radio Network,CRN)中认知无线电(Cognitive Radio,CR)用户单信道伺机频谱接入问题,从既满足CR用户各异的QoS需求又不对主用户(Primary Radio,PR)产生干扰的角度,定义新的度量指标CRN有效吞吐量,并以CRN有效吞吐量最大为目标建立单信道伺机频谱接入模型.提出基于最小速率差额的接入策略,给出相应的信道和功率分配算法(Minimum Rate Gap-based Channel and Power Allocation,MRG-CPA),并设计MAC协议以实现分布式接入.仿真结果表明,与现有的降序最佳适应算法、降序首次适应算法和基于最小速率需求的功率分配算法相比,MRG-CPA不仅提供较大的CRN有效吞吐量,并且提高CR用户QoS保证率.     

基于多功率电平-多前导的mMTC免授权随机接入方案

传统的免授权随机接入方案存在严重的前导碰撞，这大大限制了终端的接入性能。为了降低前导碰撞及提高免授权随机接入概率，提出一种基于多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)和多功率电平-多时隙联合的免授权随机接入方案。在该方案中，活跃用户从前导池中随机选择多个前导序列构成组合前导，并根据自身位置选择一个发送功率电平，将组合前导和信号以该功率电平依次发送至基站；基站采用顺序干扰抵消技术分离不同功率电平的信号，通过前导检测识别竞争用户并估计随机接入冲突。仿真结果表明，相比单一非正交多址(non-orthogonal multiple access, NOMA)方案和单一多前导方案，所提方案能够有效提高用户的接入成功概率，对大规模随机接入场景具有更好的适应性。     

一种MTC快速上行授权接入改进算法

快速上行授权接入是大规模机器类通信的关键技术之一，而缓解上行共享信道资源紧张并针对时延和速率等服务质量(quality of services, QoS)高效地进行调度是对其进行优化的重要方向。针对这一问题，提出一种应用多臂赌博机(multi-armed bandit, MAB)学习和功率域非正交多址接入(power-domain non-orthogonal multiple access, PD-NOMA)技术的快速上行授权接入算法。所提算法通过多路MAB筛选高接入速率、低接入忍耐时延要求和低接入速率、低接入忍耐时延要求的两类设备，允许其优先被调度并复用上行资源进行接入。仿真结果表明，算法降低了系统的上行资源浪费率，在提高了接入能力的同时减少了因非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)造成速率损失带来的影响，并优化了系统QoS。     

#br# 基于POMDP的机载网络信道接入策略研究

针对机载网络随机竞争类媒介接入控制(medium access control,MAC)协议在网络负载较重时性能下降严重、接入门限值设置缺乏理论依据和多优先级业务服务质量无法有效支持等问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程的信道接入策略。在以不同优先级分组占用信道代价作为目标函数的基础上建立动态规划方程,采用状态空间压缩方法对问题求解进行简化,得到各优先级分组间理论近似最优接入门限值的数学表达式,可为不同优先级分组的接入决策过程提供理论依据并实现接入冲突的有效控制。仿真结果表明,该算法能够有效提高数据传输的时延、成功概率等性能,满足军事航空通信中数据传输的实时性和可靠性需求。     

MIMO-NOMA系统中短包传输的功率分配方法

多输入多输出非正交多址接入(multiple input and multiple output-non-orthogonal multiple access,MIMO-NOMA)技术能够增加设备连接数量,有效提高系统的频谱效率,针对超可靠低时延应用业务中需要短包传输,而多用户簇的MIMO-NOMA系统同一簇用户对内远用户的吞吐量较低的问题,利用奇异值分解和最大比合并的方法消除簇间干扰,考虑近用户解码远用户的块错误概率低于给定阈值条件下,利用交替迭代算法联合优化簇内用户的发送功率和最大可达传输速率,实现远用户吞吐量的最大化。仿真结果表明与短包传输MIMO正交多址接入(orthogonal multiple access,OMA)系统相比,在保证块错误概率低于10^-5的条件下,远用户的吞吐量提高了32%。     

Designing cost-effective network-on-chip by dual-channel access mechanism

A dual-channel access mechanism to overcome the drawback of traditional single-channel access mechanism for network-on-chip (NoC) is proposed.In traditional single-channel access mechanism,every Internet protocol (IP) has only one channel to access the on-chip network.When the network is relatively idle,the injection rate is too small to make good use of the network resource.When the network is relatively busy,the ejection rate is so small that the packets in the network cannot leave immediately,and thus the probability of congestion is increased.In the dual-channel access mechanism,the injection rate of IP and the ejection rate of the network are increased by using two optional channels in network interface (NI) and local port of routers.Therefore,the communication performance is improved.Experimental results show that compared with traditional single-channel access mechanism,the proposed scheme greatly increases the throughput and cuts down the average latency with reasonable area increase.     

Performance analysis and threshold selection for cooperative multiple packet reception based on NDMA

To accurately assess the performance of cooperative multiple packet reception (MPR) based on network-assisted diversity multiple access (NDMA), non-ideal collision detection is introduced in ALLIANCES (ALLow improved access in the network via cooperation and energy savings). To provide a unified analysis framework, the length of cooperative transmission epoch is fixed to the detected collision order. The mathematical analysis of potential throughput (PTP) and potential packet loss rate (PPLR) are given under a pessimistic assumption and an optimistic assumption. According to the analysis of PTP and PPLR, threshold selection is done to optimize system performances, e.g. the optimal threshold should guarantee PTP to be maximum or guarantee PPLR to be minimum. In simulations, the thresholds are selected according to PTP under the pessimistic assumption. Simulation results show that the proposed cooperative MPR scheme can achieve higher throughput than NDMA and slotted ALOHA schemes.     

基于SCMA和卷积编码的联合检测译码算法

随着卫星星座及卫星数量的不断增多, 卫星测控中海量用户多址问题亟待解决。稀疏码分多址接入(sparse code multiple access, SCMA)技术能在有限信道资源上承载更多用户, 有望解决大规模卫星的多址测控问题。针对传统的SCMA译码方式——消息传递算法(massage passing algorithm, MPA)译码性能不理想的问题, 提出基于SCMA和卷积编码的联合检测译码(joint detection and decoding, JDD)算法, 进行多轮对数似然信息的更新以及多卫星数据交叉提供概率域的迭代, 以提高系统译码性能。分析和仿真结果表明, 采用基于SCMA和卷积编码的JDD算法可有效提高天基测控系统用户容量, 并保证在算法复杂度适中的情况下有效提高系统误比特性能。     

Low complexity hybrid power distribution combined with subcarrier allocation algorithm for OFDMA

To improve the total throughput of the uplink orthogonal frequency division multiple access system,a low complexity hybrid power distribution(HPD) combined with subcarrier allocation scheme is proposed.For the fairness mechanism for the subcarrier,the inter-cell interference is first analyzed to calculate the capacity of the multi-cell.The user selects the subcarrier with the largest channel gain.Based on the above subcarrier allocation scheme,a new kind of HPD scheme is proposed,which adopts the waterfilling-power-distributed scheme and the equal-power-distributed scheme in the cell-boundary and the cellcenter,respectively.Simulation results show that compared with the waterfilling-power-distributed scheme in the whole cell,the proposed HPD scheme decreases the system complexity significantly,meanwhile its capacity is 2% higher than that of the equal-powerdistributed scheme over the same subcarrier allocation.     

基于非合作博弈模型的跨层资源分配算法

针对多用户多输入多输出 正交频分复用(multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiple, MIMO-OFDM)系统的上行链路提出一种基于非合作博弈模型的跨层资源分配算法。基站为用户分配初始上行速率后,各用户间通过非合作博弈方式实现功率最小化。功率未饱和的用户向基站申请增加吞吐量,基站在调整用户吞吐量时综合考虑用户信道条件与媒体访问控制（media access control, MAC）层缓存的状态。仿真表明,算法既降低了用户终端的功率开销,同时兼顾了多用户间的公平性。     

基于反馈信道状态信息的水声自适应OFDMA

在时变水声信道中, 为了提高自适应正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)在时延反馈信道状态信息(channel state information, CSI)条件下的资源分配性能, 提出多节点反馈CSI的时隙复用接入方法, 降低反馈时延; 提出载波时-频相关系数和载波时-频均值两种反馈CSI表征参数, 通过实验数据分析了两种反馈CSI参数及其对水声自适应OFDMA性能的影响; 提出多节点公平的自适应载波、比特、功率联合分配算法, 在最大功率和节点吞吐量约束条件下最小化系统误比特率。仿真和湖上实验数据的结果显示, 所构建的水声自适应OFDMA系统在多种反馈CSI条件下误比特率均低于交织载波分配, 表明其在实际的水声信道应用中具有良好性能。     

基于条件概率选择更新的SCMA系统译码方案

稀疏码分多址(sparse code multiple access, SCMA)是针对第5代移动通信系统提出的一种新型非正交多址方案,其接收端采用的消息传递算法(message passing algorithm, MPA)在迭代更新过程中存在冗余计算,因而复杂度过高。针对这一问题,首先利用蒙特卡罗法对接收信号的条件概率密度函数值进行统计分析,发现随着信噪比的变化,条件概率密度函数值呈现一定的统计规律。然后,根据统计结果,提出基于条件概率选择更新的MPA(conditional probability selection update MPA, CPSU-MPA)。该算法选取一定比重的条件概率密度函数值进行更新,同时对未参与更新的外部信息进行舍弃补偿。仿真结果表明,所提算法能有效地降低译码复杂度,且误码率性能牺牲较小。     

基于OPNET的机群数据链混合TDMA协议仿真

针对当前数据链的时隙分配问题,提出并实现了一种基于灰色关联分析法的混合时隙分配协议。通过灰色关联分析法对吞吐量、时延和当前报文缓冲区的负载程度做聚合,得到各节点综合得分,根据综合得分对时隙进行动态分配,同时采用固定时隙分配的方式保证网络中的节点最少有一个时隙可用。仿真结果表明：与固定TDMA(time division multiple access)协议和P-TDMA(priority-TDMA)协议相比,该协议在减少竞争冲突的同时,也保证了较低的时延、相对较高的吞吐量和高时隙利用率。