认知双向中继网络中的联合功率分配及自适应中继算法

基于OFDM认知双向中继网络,提出了自适应中继策略.以认知系统的最大和速率为优化目标,以干扰温度门限作为约束条件,联合自适应中继策略,对功率分配问题进行了讨论.其中,首先利用拉格朗日对偶法将最优化问题分解为N个针对单载波的优化子问题,并根据不同的中继方式即AF或者DF,将每个子问题分为两种情况进行讨论.对于AF的情况,将其等效为凹优化问题进行求解;对于DF的情况,则根据中继节点解码顺序的不同,并采用次梯度投影算法对功率分配解进行计算.然后,根据以上的功率分配解,判断采用哪种中继方式.仿真结果表明:与单独采用AF或DF中继方案相比,自适应中继方案则在高SNR和低SNR下,均能获得良好的系统性能.     

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.     

基于离散频带的中继协作网络频谱聚合算法研究

随着移动通信的高速发展,传统的连续频谱分配策略已经无法满足当前用户的带宽需要。LTE-A建议采用频谱聚合技术,通过聚合离散的频谱碎片,解决用户对带宽资源的需求,动态地改善频谱效率。针对两跳中继协作通信系统,综合考虑频谱利用率和协作速率双重因素,提出了一种基于离散频带的中继协作网络中的频谱聚合方法。仿真结果表明,与传统的连续分配方法相比,该方法可以大幅度地提高系统吞吐量,改善频谱利用率,从而满足用户日益增长的带宽需求。     

Lognormal-Rayleigh信道中多跳MIMO-OFDM系统无线资源分配算法研究

面向新一代无线通信网络,研究基于MIMO-OFDM技术的多跳中继网络的容量及端到端吞吐量优化方案.在Lognormal-Rayleigh阴影复合衰落信道环境中,使用注水算法分配功率,分析对系统容量和多跳中继系统端到端吞吐量的影响.仿真结果表明:使用注水算法对多跳MIMO-OFDM系统中各跳子载波对应的子信道进行功率分配,可以显著提高系统吞吐量.     

基站覆盖下D2D两跳传输的功率控制

设备到设备(D2D,device to device)技术是当今无线通信研究的关键技术之一.在单小区场景下引入了多跳D2D通信系统功率控制算法.在该场景下,多条D2D链路间通过复用频带来通信,同一D2D链路的用户采用两时隙的两跳解码转发中继(DF,Decode and forward)方式传输信息.不同链路两时隙之间非完全同步下,使用了同一频带的中继会相互干扰.作者提出的功率控制算法先引入松弛因子得到功率闭式解,通过迭代优化该问题中用户的发射功率,来减少中继间的同频干扰.最后,通过数值仿真证明,在D2D系统中加入该功率控制算法后,可一定程度上提升用户传输速率.正随着无线通信技术的发展,作为下一代无线通信系统中的重要组成Device to Device(D2D)通信系统,在LTE-A[1]通信系统中引起了人们的广泛关注,D2D技术对基站负担增加不大的情况下,能够有效地提高通信速率.并且D2D通信系统的频谱分配较为灵活,既可使用小区的频段,又可以使用公共频段,如Wi MAX[2]频段,进一步提高了系统的频谱利用率.在文献[3-7]中,Klaus Doppler、Kaufman等人从不同角度提出了D2D建模方法和解决方案.文献     

超宽带车辆无线网络两跳中继接入研究

为了提高车辆无线网络的系统性能,引入了脉冲超宽带(IR-UWB)无线技术并研究了链路两跳中继接入条件.由于IR-UWB功率受限,通过分析给出数据链路中继接入条件,提出了低计算复杂度的多链路两跳数据链路中继节点分配算法(DLRA),提高了数据链路传输速率;针对IR-UWB车辆链路,采用两跳单中继获得分集增益,同时实现低开销中继接入.对IR-UWB网络并行链路中继接入进行了仿真,仿真结果表明:IR-UWB车辆链路在实行两跳中继接入后,在仿真场学中总体数据传输速率提高了60.6％,改善明显.     

一种基于能效的中继选择和功率分配方案

为了进一步减少放大转发(Amplify and Forward,AF)策略下的单源中继协作通信系统的能量消耗,提出一种在近似高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)条件下的基于能效的中继选择和功率分配方案。该方案中的能量消耗不仅包括了传输功率,还包括了信号处理所消耗的功率。区别于当前大多采用精确SNR公式进行中继选择研究的情况,该方案在满足所需数据传输速率以及传输功率受限的前提下,采用简单的近似高SNR公式,以能效最大化为准则推导出中继选择和功率分配的表达式,同时还重新设计了两跳中继系统中能量效率和频谱效率间的折中方法。仿真结果表明,所提出的中继选择方案相比其他方案能更有效地提高系统的能量效率,并且能达到能量效率与频谱效率间不错的折中效果。     

基于中继OFDM系统的成比例公平分配算法

为了满足无线蜂窝小区内不同用户的业务需求,针对下行正交频分复用中继系统,提出一种基于成比例公平约束的资源分配方案,其主要包括基站与中继处的子载波和功率分配,并在子载波分配过程中提出2种算法.其中,严格的速率成比例公平算法以尽可能满足速率成比例公平为目标,将子载波优先分配给比例公平性最差的用户;松弛的子载波成比例公平算法将速率成比例松弛为子载波成比例,避免了信道较差的用户占用大量子载波.子载波分配结束后,根据子载波分配策略进行注水功率分配.仿真结果表明,2种算法均能够较好地满足成比例公平约束,且与传统无中继的资源分配算法相比,明显提高了系统吞吐量.     

OFDM协作通信中的机会中继和功率分配算法

研究了功率受限情况下多中继系统OFDM协作通信网络的上行链路容量最优化问题.利用混合二进制整数规划问题的优化分解方法,提出一种低复杂度的机会中继和功率分配的联合优化算法.首先针对每个中继子载波,提出了一种基于解码转发模式下的等效信道增益的机会中继选择策略;然后在此基础上通过凸优化算法,给出了源节点和多个中继节点之间的最优功率分配算法.仿真结果表明,相对于随机中继子载波选择以及平均功率分配,该算法具有较低复杂度的同时,能够显著提高系统性能和功率效率.     

信道状态信息存在误差情况下不可信中继系统的功率分配

研究在目的节点进行协作干扰的全双工不可信中继传输系统中,在信道状态信息(channel state information, CSI)存在随机误差的情况下,以最大化系统可达保密速率为目标的功率分配问题。为了研究提高全双工不可信中继传输系统的保密性能的功率分配方案,先推导系统可达保密速率的上界,针对随机信道状态信息的误差再求该保密速率上界的期望,即平均保密速率(average secrecy rate, ASR)。在此基础上,考虑源节点发送信息信号和目的节点发送人工噪声总功率的约束,以最大化ASR为优化目标,通过黄金分割法优化源节点和目的节点的功率分配。仿真结果表明,相比于固定功率分配因子和不考虑随机信道系数误差影响的功率分配方案,考虑信道的随机误差优化功率分配方案能有效提高系统的可达保密速率。     

MIMO-OFDM两跳再生中继系统下的迭代功率分配

分析了发射端与中继端和功率受限条件下MIMO-OFDM两跳再生中继系统发射功率优化问题.为最大化系统容量,提出一种迭代功率分配算法,该算法根据两跳信道条件,不断调节其发射功率,直到两跳容量相差达到设定的门限值,天线上功率分配考虑在各子载波上每跳各天线之间等功率分配和利用注水原理进行功率分配;其次,分析迭代功率分配时迭代精度的选择问题,最后,研究在功率分配之前考虑子载波配对.仿真结果表明,利用迭代功率分配系统容量得到有效优化,迭代精度的选取是权衡算法复杂度与系统容量的结果,考虑子载波配对系统容量亦有进一步提高.     

基于网络编码的双向中继系统节点选择及功率分配策略

考虑在多个节点间的中继双向信道中,将中继分配和功率分配结合起来.每一对节点间的通信可以看做是通过一个中继的双向中继信道.中继使用网络编码同时向对应的节点发送信息.中继分配考虑了两种分配方案,第一种方案考虑到了所有节点对和中继的排列组合,选取其中性能最好的一组;第二种方案选取所有排列组合中的一部分,选取性能最好的一组.第二种方案略微降低了整个系统的性能,但是大大降低了运算的复杂度.将功率分配策略和这两种方案结合,进一步优化了整个系统的性能,相比较没有加入功率分配的系统,有大约2～3dB的提升.     

一种正交调制协作系统的功率分配方法

针对正交调制协作系统中本地和中继信号采用等功率分配(EPA),导致系统资源利用率低的问题,提出了一种正交调制功率优化分配(QM-OPA)方法.QM-OPA方法以最小化系统误码率为目标,根据用户上行信道和用户间信道的平均信噪比来计算本地和中继信号的功率优化分配因子,并利用反馈信道将功率分配信息发送给协作用户,从而实现了功率的自适应分配,提高了系统的资源利用率.QM-OPA方法能降低系统误码率,且实现复杂度较低.仿真结果表明,在实际的非理想协作场景下,与EPA方法相比,QM-OPA方法在误码率为10-2～10-4时最大可提供约7 dB的信噪比增益.     

多跳分集系统优化功率分配方案

针对协同通信中广泛使用的等功率分配(EPA)方案性能往往不是最优问题,采用理论推导和仿真的方法找出了最优功率分配方案.推导了在高信噪比条件下解码转发(DF)多跳分集网络的中断概率近似表达式和分集度,选取此表达式为代价函数,提出一种适合于DF多跳分集系统的近似最优功率分配方案.仿真结果验证了理论分析的正确性,在DF多跳分集系统中采取此近似最优功率分配方案(AOPA)要优于等功率分配(EPA)方案.与等功率分配(EPA)方案相比,此近似最优功率分配方案(AOPA)能更有效地提高系统的性能.     

基于正交随机波束成型的多用户多波束选择策略

针对正交随机波束成型(ORBF)当系统用户少时性能下降严重的问题,提出一种基于ORBF的多用户多波束选择策略.其基本思想是针对ORBF选定的优化用户集再次反馈部分信道信息,使得在系统用户数较少时系统总速率得到有效提高,并对功率平均分配和自适应功率分配两种情况分别进行了分析.仿真结果表明,该策略在增加部分反馈信息和提高发射机复杂性的条件下,可极大地提高系统总速率.     

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.     

一种改进的MIMO中继系统中比特与功率分配算法

比特和功率分配是基于正交频分复用的多输入多输出(multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing,MIMO-OFDM)系统自适应资源分配中的一个重要研究问题.针对单用户MIMO放大转发中继系统中功率分配的问题,提出了基于注水定理的比特和功率分配算法,算法采用对分法搜索注水线,相对于传统的注水算法,减少了迭代次数,复杂度较低.仿真结果表明,该算法能够有效提高系统谱效率,并且在误码率性能上也有一定的提高.     

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.     

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.     

高公平性的OFDMA自适应资源分配方案

针对基于速率自适应准则的正交频分多址自适应资源分配中系统容量和用户公平性的不兼容性问题,提出一种高公平性的自适应资源分配方案.该方案通过基于高公平性的子载波分配算法和基于模拟退火的人工蜂群算法的功率分配实现.在子载波分配算法中,通过引入比例因子a,将子载波分为两部分,首先选取a N个子载波分配给速率比例低的用户,以保证用户间的高公平性;然后将剩余子载波分配给信道增益最高的用户,且每个用户最多只能分配一个子载波,以提高系统容量.在功率分配中,利用基于模拟退火的改进人工蜂群算法实现在所有用户之间的功率寻优,以此获得更大的系统容量.仿真结果表明:所提出的方案不仅保证了用户之间的高公平性,而且有效增加了系统容量,证明了该算法的有效性.