瑞利衰落信道中增量中继协作分集网性能研究

协作分集是利用单天线的辅助节点组成虚拟天线进行通信的一项技术,它通过使用中继节点向信宿转发信源信息获得空间分集.与普通的协作分集相比,它限制中继只处理信道条件差的信号,从而可以节约信道资源.协作分集网可以利用目的终端的反馈信息提高信道利用率,当信宿端提供传错的反馈时,中继才会重传信源信号,并且将信源信号和中继转发的信号整合在一起.在这篇论文中,使用放大中继模式研究在独立的瑞利衰落信道中增量中继协作分集网的性能,并进行了仿真.结果表明:和普通的协作分集网相比,增量中继协作分集网降低了误码率,提高信道利用率.     

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.     

单窃听双跳协作网络的中继选择方案及其性能分析

研究了安全通信意义下,单向译码转发（decode-and-forward,DF）协作无线网络的中继选择问题。针对窃听者既能获得信源发出的信号,又能窃取中继节点转发数据的通信系统,提出了3种中继选择方案来对抗窃听者,增强系统物理层安全性。其中,方案一选择到窃听者信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）最小的中继节点;方案二为最大最小（max-min）选择方案,即选择信源到中继节点和中继节点到信宿的较差信噪比中最大值所对应的中继节点;方案三根据窃听信道和主信道的瞬时信道状态信息（channel state information,CSI）选择使得窃听网络有最大保密容量的中继节点。在对各方案的性能分析过程中,得到了各中继选择方案拦截概率的闭式表示,进一步对拦截概率作渐近分析,获得了各中继选择方案的分集阶数。具体地,方案一的分集阶数为1,另外2个中继选择方案的分集阶数均为中继节点个数M。数值结果验证了理论分析得到的结论。     

干扰受限的增量型机会中继选择协作通信

协作通信让用户以协作的方式传输信息,是下一代无线通信系统为提升频谱效率所采用的关键技术之一。实际无线通信中的期望信号除了受到信道衰落和噪声的影响外,还可能受到来自其他用户同频信号的共道干扰。随着用户数的增加,大量的共道干扰就会取代噪声成为影响无线通信质量的主要因素,称为干扰受限。提出全网总功率约束条件下的增量型解码转发机会中继选择协作通信策略,并研究该策略在Nakagami/I.I.D.Nakagami信道衰落和干扰受限环境下的协作通信性能。理论分析和仿真结果表明,该协作策略能够在Nakagami/I.I.D.Nakagami信道衰落和干扰受限环境中有效抵抗信道衰落和共道干扰,实现协作分集增益。当源节点和中继节点的功率可以灵活调整时,合理的功率分配可以进一步提升协作通信性能。     

基于MIMO-OFDM协作系统的中继混合选择合并算法

提出了一种基于MIMO-OFDM协作系统的多中继混合选择合并算法。算法原理主要是采用地理位置信息得到一个性能最优的AF(放大转发中继)中继节点,根据瞬时信噪比门限值或相对最小BER门限值选择符合要求的多个DF(译码转发中继)中继,所选择出来的最优AF中继和多个DF中继将协作MIMO-OFDM系统完成信号的转发,最后在目的节点处对直传链路信号和中继链路信号进行最大比合并(MRC)。对该算法进行了理论分析,并研究了该算法对系统误比特率性能的影响,并在MATLAB上进行链路级仿真分析比较。仿真结果表明所提出的多中继混合选择合并算法能有效提高空间分集增益,从而降低系统误比特率。     

一种在宽带无线网络环境下的协作分集方法

协作通信可以使单天线的移动终端共享它们的天线而产生虚拟多发射天线阵列以获得发射分集.提出了一种在频率选择性衰落信道条件下的协作分集方法,信宿不仅利用转接节点转发的信号而且还利用了信源直接传来的信号来进行解码.通过计算机仿真,比较了考虑信源到信宿的直接传榆的协作方法和未考虑信源到信宿的直接传输的协作方法的误比特率性能.结果表明,考虑信源到信宿的直接传输可提高系统的协作分集增益.     

随机分布多跳协作分集系统中断性能研究

针对解码转发(DF)多跳分集系统不能满足空间满分集和通信终端移动性不足的问题,构造了一种随机分布中继多跳协作分集系统模型.根据模型提出新的改进的选择性解码转发(SDF)算法,推导了在高信噪比条件下选择解码转发(SDF)中继系统的中断概率近似表达式.仿真结果表明在随机分布多跳协作分集系统中,SDF较DF相比能够有效提高此系统的传输可靠性,并能获得空间满分集增益.同时,得出此通信系统性能随着中继选择区域覆盖半径的增加而有所改善.     

随机分布多跳协作分集系统中断性能研究

针对解码转发(DF)多跳分集系统不能满足空间满分集和通信终端移动性不足的问题,构造了一种随机分布中继多跳协作分集系统模型.根据模型提出新的改进的选择性解码转发(SDF)算法,推导了在高信噪比条件下选择解码转发(SDF)中继系统的中断概率近似表达式.仿真结果表明在随机分布多跳协作分集系统中,SDF较DF相比能够有效提高此系统的传输可靠性,并能获得空间满分集增益.同时,得出此通信系统性能随着中继选择区域覆盖半径的增加而有所改善.     

一种增强型选择放大转发机会协作分集协议

针对协作分集系统中放大转发协议存在的噪声放大问题,提出了一种增强型选择放大转发机会协作分集协议.该协议首先在多个中继中选择最优的中继,然后目的节点对源节点第1步广播的信息做出成功、半成功和失败3种反馈,源节点和最优中继节点根据反馈信息分别采取非协作传输、源节点重传和中继放大转发3种方式,由于加入了源节点重传,因此减少了中继放大转发次数及噪声的放大.理论分析和仿真结果表明,当中断概率为10-3、中继个数为4时,与增强型放大转发机会协作分集协议相比,该协议约有0.4dB的信噪比增益,并且达到了和理想分布式空时码相同的分集-复用折中.     

基于功率最优化分配的选择性协作通信模式

对于资源受限的无线网络,协作通信技术被认为是一种能够有效提高传输功率效率的空间分集技术.为了解决协作通信会引入由于中继节点运行和中继处理带来的额外功率这一难题,提出了一种功率效率最优的选择性协作通信模式,既能满足通信链路的设计要求,又只在必要的时候引入协作机制.在误符号率受限和节点最大功率受限的条件下,给出了源节点和中继节点最优的功率分配,然后选择功率效率最大的传输模式.计算机仿真说明,提出的选择性协作通信模式比传统的协作通信模式具有更高的功率效率.     

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。     

无线网络中节点均匀分布的解码转发机会中继性能分析

研究了节点空间随机均匀分布情况下, 采用机会中继结合解码转发方式进行协作通信的自组织网络的传输容量和可靠性。同时在保证网络连通性的前提下, 通过最大化网络传输容量, 实现网络的拓扑优化控制。在考虑路径损耗及块衰落独立信道条件下, 分别推导和分析了两节点间采用传统机会中继和增量机会中继方式下的中断概率和网络传输容量。数值仿真结果表明, 虽然空间随机分布破坏了中继节点提供的分集阶数, 但机会中继仍比直接通信有更好的抗信道衰落能力。与直接通信的网络传输容量随节点密度或发送功率单调递减不同, 机会中继需要考虑网络传输容量的极大值对网络拓扑优化的影响。     

混合ADCs大规模MIMO放大转发中继系统安全性能分析

为了改善大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)中继系统的能量效率和安全性能,提出了基于混合模数转换器(analog-to-digital converters,ADC)的大规模MIMO放大转发中继系统,该系统的中继天线由独立的两部分构成,M0个天线配置中分辨率(5 ～ 12) ADCs和M1个天线配置1 bit低分辨率ADCs.该大规模MIMO放大转发中继系统,通过采用随机矩阵理论,首先获得系统总的安全中断速率,然后根据构建的能量消耗模型,获得系统的安全能量效率(secrecy energy efficiency,SEE).仿真分析表明,在基于混合ADCs的大规模MIMO中继系统中,用中等分辨率ADCs代替高分辨率ADCs不仅能保证系统的安全中断性能,同时还能有效地改善系统的SEE;且存在使系统SEE最大的信源最优发射功率;同时,中分辨率天线数M0和低分辨率天线数M1的比例也是影响系统性能的重要参数.     

基于随机几何的无人机通信系统性能研究

为了分析无人机通信系统的实际性能,针对有限三维空间内的无人机通信系统进行研究,提出了一种基于随机几何理论分析无人机通信系统的模型。较好地捕获无人机基站分布的随机性和无人机基站间的距离关系,得到无人机通信系统实际性能的上界和下界,充分兼顾无人机发射天线数、天线功率等参数对无人机通信系统性能的影响。仿真结果表明,所提模型能有效分析无人机通信系统的频谱效率、中断概率,且可以通过增加发射机天线数和设定较低的发射功率得到较好的无人机通信系统性能。     

基于空时分组编码的OFDM系统频率分集方案

增加发送或接收天线的个数可以提高无线通信系统分集增益和性能,但通过增加天线个数往往会大大增加系统的尺寸和成本,尤其是对于接收端显然是不现实的.针对空时分组编码正交频分复用(STBCOFDM:Space-Time Block Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统提出频率分集方案,在相同符号错误率(SER:Symbol Error Rate)条件下,利用频率分集无须增加发送天线的个数.分析了该方案成对错误概率(PEP:Pairwise Error Probability)的上限值,给出了系统的编码增益和分集增益.结果表明,该方案可同时获得频率分集和空间分集增益.仿真实验证实了该方案在10-3符号错误概率条件下,与2发1收的STBC-OFDM系统相比,信噪比增益提高3 dB,与4发1收的STBC-OFDM系统具有几乎相同的误码性能.     

Exploiting cooperative multipath –Doppler diversity in relay-assisted high-speed train communications

Severe doubly selective channel fading, or the time- and frequency-selective fading, prevailing in high- speed train （HST） communications, has been a critical issue that hinders the improvement of system efficiency and reli- ability. In this paper, a relay-assisted HST communication system is considered, and a low-complexity but effective scheme is proposed to cooperatively exploit the joint mul- tipath-Doppler diversity of both the direct link and the relay link and thus to mitigate the negative effect of channel fading and improve the system reliability. In particular, using a special precoding structure followed by two-dimensional Fourier transform, the transmit signal is generated which in effect parallelizes the doubly selective fading channel. As a result, in the transform domain, pointwise combining and equalization, which are of linear complexity, become feasi- ble and diversity gain is obtained. The maximal diversity order is then analyzed under the amplify-and-forward relay settings, which reveals that by cooperative relaying the joint multipath-Doppler diversity of both links can be well exploited. Simulation results verified our analysis.     

基于QRD和SIC检测的多入多出中继网络分布式波束形成方案

摘要：
考虑多天线多中继两跳半双工无线网络,基于AF协议提出了RZF和IRZF MF 2种分布式波束形成方案.在中继节点,前者使用RZF技术进行接收和发射波束形成,后者分别使用IRZF和MF技术进行接收和发射波束形成.仿真结果显示,在瑞利信道下,2种方案与现有的MF RZF方案性能相当;而在莱斯信道下,文中RZF方案性能最优,但需要较高的计算复杂度.相对于除RZF方案的其他方案,IRZF MF实现了系统容量增益,并且其计算复杂度低于RZF方案.
关键词：
多输入多输出; 放大转发中继; 分布式波束形成; 正则化迫零预编码; QR分解
中图分类号： TN 925
文献标志码： A     

Multiple input multiple output CDSK chaotic communication system and its performance analysis

This paper propose a novel noncoherent chaotic communication scheme named multiple-input multiple-output correlation- delay-shift- keying (MIMO-CDSK). In this scheme, multiple antennas are employed to strengthen the robustness in transmission, and to get more diversity gain. The bit error rate (BER) of the MIMO-CDSK is studied analytically in AWGN channel model and multipath fading channel model. The theory and simulation results show that, the performance gain can be obtained with multiple antennas allocated in the transmitter and receiver. Moreover, it is observed that MIMO-CDSK system can effectively reduce the multipath interference.     

空时编码OFDM/SDMA系统的性能分析

分析了每用户双发送天线的空时编码OFDM／SDMA系统上行链路的性能，对采用空时分组码和空时格码的OFDM／SDMA系统分别给出了不同的多用户检测算法。仿真结果表明，采用相同数目的接收天线时，空时分组编码的系统性能优于无编码的系统；而空时格码编码的系统性能在采用双倍接收天线时才优于无编码的系统，在抑制多用户干扰方面，空时分组码优于空时格码。