Nakagami-m信道下双向中继选择的中断概率分析

在并行多双向中继通信系统中,提出了一种低复杂度的中断概率最优的中继选择策略,各个中继只需利用本地信道状态信息(CSI)进行分布式的选择.在Nakagami-m信道下分析了所提策略的中断概率性能,推导了系统中断概率的闭合表达式.仿真结果显示,该中继选择策略的中断概率性能在2种信道情况下均优于其他中继选择算法,且随着中继数的增加,所提策略可充分利用多中继分集提升系统中断概率性能.     

结合波束形成的双向中继选择策略

为了增强多天线信源和多个单天线双向中继通信系统的传输性能,并降低信号处理复杂度,提出一种结合波束形成的最优中继选择策略.各个中继只需利用本地信道状态信息进行分布式的选择,2个信源分别利用最大比发送(MRT)和最大比合并(MRC)准则设计发送和接收波束形成向量.利用信道的统计特性,在瑞利衰落信道下分析新传输策略的中断概率...     

基于非理想硬件的星地融合NOMA网络性能

主要研究非理想硬件和部分中继选择策略对非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)星地融合多中继网络的影响.NOMA技术可以增加频谱的利用效率,可以同时将信号传给多个用户.另外,部分中继选择策略的应用可以有效地降低系统的中断概率,提高系统的性能.特别地,得到了基于非理想硬件和部分中继选择策略下的星地融合NOMA多中继网络下的中断概率的闭式表达式,同时,为了进一步分析非理想硬件和部分中继选择策略对所考虑系统的影响,得到了中断概率在高信噪比下的渐进表达式,通过蒙特卡洛仿真可以验证所得公式的正确性.     

基于SWIPT的双向中继CR-NOMA系统研究

针对现有研究中CR-NOMA(认知无线电非正交多址接入)系统均配置单向中继,频谱利用率和能源利用率低的缺点,提出在CR-NOMA系统中通过双向中继辅助用户传输,并且中继采用无线信息和能量同时传输的方式.推导出在用户服务质量和最小能量捕获等约束条件下的次用户传输能效,将目标函数转化为单目标问题分别求解;利用交替迭代算法,对中继发射功率和功率分配因子等单目标最优解进行联合优化,以最大化次用户系统传输能效.仿真结果表明:与传统单向中继系统相比,所提方案在提高频谱利用率的同时,次用户传输能效也提高了45%.     

非正交多址接入下行协作网络的中断性能分析

针对非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)下行协作网络,首先研究不同链路采用不同衰落信道的固定增益放大转发(amplify-and-forward, AF)中继系统模型,同时考虑硬件损伤和信道估计对系统性能的影响;然后在接收端采用选择合并(selection combining, SC)算法处理接收到的信息,并给出不同用户信息的中断概率的确切和渐近闭式表达式;最后通过仿真验证了硬件损伤和信道估计误差对系统性能产生负面影响.     

基于NOMA的人工噪声物理层安全性能研究

添加人工噪声也是提升物理层安全性能的重要方式之一,能够有效抑制窃听行为,对于提升物理层的安全可靠性也有帮助。将非正交多址接入技术(NOMA)融入传统的人工噪声辅助方案中,在提升物理层安全性能的同时也可以节约频谱资源,考虑非信任中继节点的情况下,提出基于NOMA技术的人工噪声辅助方案,推导该方案的中断概率和遍历和速率,并给出了遍历和速率上界的表达式。仿真结果表明,NOMA方案相比传统的正交多址接入技术(OMA)中断概率更低,同时也提升了系统的遍历和速率,证明NOMA方案可以有效提升物理层的安全可靠性,也可以防止非信任中继节点对信息进行窃取。     

具有能量收集的认知双向协作中继网络中断概率分析

为了延长认知中继网络的生存时间和降低中断概率,提出了具有多主接收端的专用信号塔(PB,Power-beacon)辅助能量收集认知双向协作中继网络,并研究了采用译码转发模式和机会中继选择策略的衬底式认知网络中断性能。网络中次用户发射功率由收集自PB的能量和主接收端的干扰约束决定。推导了Rayleigh块衰落信道下次网络的精确中断概率,结果表明增大PB发射功率或主网络干扰约束将使中断概率单调下降。此外,还推导了有干扰约束和无干扰约束的次网络渐近中断概率,研究了中断饱和现象,PB位置对中断概率的影响,以及主接收端和中继数量、次网络端到端容量以及能量收集比率与中断概率之间的关系。仿真结果验证了理论推导。     

单发多收无线窃听信道中的自适应保密速率传输方案

针对无线通信中基于保密中断的物理层安全问题,提出了一种单发多收(SIMO)窃听信道下使用保密中断概率约束的自适应保密速率方案。利用信道估计与信道的衰落特性分别获得发射端到合法接收端信道(主信道)的信道状态信息(CSI)与发射端到窃听者信道(窃听信道)的统计CSI。在发射端已知主信道CSI而未知窃听信道CSI的情况下,根据主信道CSI和窃听信道CSI的概率密度函数对保密传输速率进行自适应调整,并根据保密中断的定义确定发射门限,然后在满足保密中断概率约束的条件下实现保密吞吐量的最大化。在准静态瑞利衰减信道条件下进行了仿真验证,结果表明:与以往的SISO系统方法相比,在保密中断概率低于0.1、合法接收端天线数不少于窃听端时,系统的保密吞吐量可提高1倍以上;即使合法接收端的天线数少于窃听端,只要合法接收端的天线数足够多,SIMO系统的保密吞吐量仍能优于SISO系统。     

能量采集双向衬底式认知中继网络中断性能分析

针对具有硬件损伤的能量受限网络传输效率低、生存周期短的问题,提出了基于硬件损伤模型和多天线能量信标(PB)辅助能量采集的衬底式双向认知中继网络模型。次网络节点发射功率由采集自多天线PB的射频信号能量和多主接收端的干扰约束共同决定。推导了次网络在瑞利分块衰落信道下中断概率的精确和渐近闭合解。理论分析和蒙特卡洛仿真结果表明:随着PB天线数目和发射功率、主网络干扰约束和能量转换效率的增加,次网络中断概率减小;随着主接收节点数目、次网络节点硬件损伤水平以及PB与次网络间距离的增大,次网络中断概率提高。     

非完美CSI下大规模MIMO DF中继多用户对全双工通信系统性能研究

通过解码转发（DF）协议中继,研究了在非完美信道状态信息（CSI）下,多用户对双向全双工通信系统的性能.通过配备大量天线,可以大大增加通信系统的频谱效率（SE）.对到达中继端的信号采用迫零（ZF）线性接收处理并预编码,推导了SE的近似表达式,提出了与天线数量相关的功率缩放定律,讨论了在导频功率固定和变化条件下缩放因子的取值.所提的功率缩放定律可以在保持稳定的频谱效率的同时,将发射功率降低.研究了在非完美信道状态信息下,经过解码转发协议中继的多用户对双向全双工通信系统的性能.     

CR-NOMA双向中继自干扰能量回收传输方法

针对单向中继自干扰能量收集的认知无线电系统中,窃听用户的接入概率增加,从而影响次用户物理层安全性能的问题,在认知无线电非正交多址接入系统中通过双向中继辅助次用户传输,同时在中继能量捕获受限等约束条件下,最大化弱用户物理层安全速率.由于优化问题为复杂的非凸问题,因此根据半定松弛理论将其转化为凸问题,并通过迭代算法对信号协方差矩阵、中继发送和接收的功率分配因子进行联合优化,进而得到弱用户物理层安全速率的全局最优解.仿真结果表明:与单向中继自干扰能量收集相比,在保证中继节点收集能量和强用户安全传输条件下,弱用户物理层安全速率提高了15.4%.     

基于SWIPT NOMA的星地系统性能分析

为了提高星地系统的资源利用率和用户公平性,提出一种无线携能(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT) 非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)技术辅助星地系统的传输方案.首先,在非理想信道状态信息(channel state information,CSI)条件下研究了系统的中断性能,并推导了中断概率表达式.其次,通过分析渐近中断概率,发现由于存在非理想CSI导致中断概率在高信噪比区域出现了错误平层.此外,还研究了不同程度的信道估计误差和阴影衰落对系统吞吐量和能量效率的影响.最后,通过数值仿真结果验证了理论推导的正确性和SWIPT NOMA技术引入星地系统所获得的性能增益.     

基于网络编码的双向中继系统中断性能分析

研究了频率非选择性瑞利衰落信道中,基于网络编码的双向中继系统的中断性能问题。基于放大重传(Amplify-and-Forward,AF)和联合解码重传(Joint Decode-and-Forward,JDF)机制,在瑞利衰落信道环境下,通过理论分析得出一般情况下的节点和系统中断概率解析式。在此基础上完成了数值仿真实验,结果表明在小信噪比情况下,JDF的中断性能优于AF系统;在大信噪比情况下,AF的中继性能将超过JDF系统的中断性能;随着信噪比以及信道不对称度的增加,AF和JDF系统的中断性能将趋于相同。此外,研究还发现,当速率大于0.5 bit/s.Hz时,JDF系统的中断性能急剧下降。     

基于部分信道状态信息的双向中继系统性能分析

在两信源均配置多天线的双向放大转发中继通信系统中,两个信源分别采用存在反馈延迟的部分信道状态信息(CSI)设计发射波束形成向量,分析了反馈延迟对系统性能产生的影响,在瑞利衰落信道下推导了系统中断概率和平均误符号率的解析表达式.仿真结果表明,天线数的增加会改善系统性能,但反馈延迟的增大会使系统性能恶化,且无反馈延迟时系统分集阶数大于存在反馈延迟时的分集阶数.数值仿真结果与解析曲线吻合验证了分析结论的正确性.     

Nakagami-m信道下认知中继网络的中断概率上界闭式解模型

为更准确地反映和评估无线信道衰落指数对认知中继网络中断性能的影响,提出了认知用户在Nakagami-m信道模型下的中断概率上界闭式解模型.首先在Nakagami-m信道模型下,对认知中继网络频谱重叠共享和最佳中继选择准则的联合约束限制进行分析,再利用分部积分推导出认知用户接收机信噪比的概率密度函数和累积分布函数,进而对概率密度函数进行条件积分,根据蕴合法则即事件概率不等式得出其中断概率上界闭式解模型.仿真结果表明:相比传统的瑞利信道模型,Nakagami-m信道模型下的中断概率闭式解能够反映信道衰落指数大于1时的系统中断性能,从而更准确地反映了实际信道衰落情况对认知中继网络的影响;此外,由于该闭式解模型考虑了主用户干扰限制条件,限制了认知用户的实际发射功率,因而降低了系统的中断概率.     

双向中继网络多对大规模MIMO系统安全性研究

在配备有大量天线的多对大规模多输入多输出(MIMO)系统中,研究了多个用户通过双向中继网络交换消息的安全问题.首先,推导出用户的安全容量表达式;然后,通过分析结果,讨论信道容量、天线数和用户对数之间的数学关系,得出系统安全容量的近似表达式.仿真结果表明:当中继的传输功率和用户发射功率远远大于噪声功率时,安全容量与天线数量成正比,与干扰用户对数成反比.     

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.     

MIMO-OFDM双向多中继选择的网络资源优化

为加强多输入多输出-正交频分复用(multiple-input multiple-output orthogonal frequency division multiplexing,MIMO-OFDM)双向中继系统的频域和空间复用增益,研究放大转发(amplify-forward,AF)协议下的中继系统模式,提出一种双向信道的预编码矩阵,能够将复杂的双向MIMO-OFDM信道划分为多个独立的物理层网络编码(physical network coding,PNC)子信道.在此基础上,将系统扩展至多中继,并提出在已有的频域子载波和空间子信道的最佳配对方案下,以最大化用户接收信号信噪比为准则,为每组配对方案分配合适的中继来改善中继网络的性能.通过联合优化的中继选择策略,单节点功率约束条件以及拉格朗日对偶方法,获取优化的系统资源分配方案.仿真结果证明,所提算法较一般功率分配方法带来的性能增益随着中继的增加,增益幅度随之增加.     

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。     

一种混合协作NOMA系统的缓冲辅助中继选择方案

为了提高系统的中断性能及分集增益,研究了一种混合协作非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统。系统包含一个基站、K-1个配有缓冲器的中继、一个配有缓冲器的近端用户和一个远端用户。其中,基站与近端用户可通过直传方式进行通信或由中继协作通信,而与远端用户通过近端用户或中继进行协作通信。针对该混合协作NOMA系统,提出了一种缓冲辅助中继选择方案,能够基于信道状态信息和缓冲器状态,选择近端用户或最佳中继进行协作传输。推导了系统中断概率和平均包裹时延的闭式表达式,给出了高信噪比下的分集增益。证明了当最大缓冲单元数不小于3时,所提方案能达到满分集增益2K。仿真结果表明,相对于基准方案,所提方案在系统中断概率与时延之间可以实现更好的折中。