喷泉中继传输网络中基于信道信息和剩余能量的中继选择算法

协作中继传输是无中心节点的无线网络中一种重要的传输方式,中继选择是中继传输中的一个重要问题。采用数字喷泉码的协作中继传输中的中继选择算法,给出了一种中继选择算法。该算法不仅考虑协作中继系统各条链路的信道状态信息,而且考虑中继当前的剩余能量信息。根据源节点到中继及中继到目的节点的信道信息选择出一组中继,再在这组中继中根据剩余能量的顺序,选择出所需要的中继节点。通过对源节点至目的节点总的传输时间和能量消耗的分析和仿真,以及不同门限值及中继节点数对系统性能影响的仿真。结果表明,与只考虑信道状态信息的中继选择算法相比,采用该算法可明显改善网络寿命。     

认知无线电系统中联合优化资源分配算法

在认知无线电系统中,次用户能够利用感知到的已授权频段进行通信,只要其传输过程对主用户通信引起的干扰处于主用户可以忍受的程度之内。协作中继方案能够利用中继节点的传输来有效提高频谱的利用率,并增强了直接链路的传输能力。文中研究在一个三节点的认知无线电网络中基于协作中继传输时的资源分配问题,为了保证在认知用户对主用户干扰可容忍的前提下使得通信系统端到端的可达吞吐量最大,提出了一种联合优化功率分配和信道分配的方案。仿真结果显示,相对于单独进行功率分配或者信道分配情况下该方案能够有效提高认知无线电系统端到端的传输性能。     

基于正交空间调制的多天线中继MIMO系统性能研究

为了在传统空间调制的基础上进一步提高无线中继MIMO通信系统的传输可靠性,本文设计了基于正交空间调制的多天线中继MIMO通信系统的传输方案,并对所设计的中继MIMO系统采用放大转发和译码转发两种中继传输协议.在系统的每个传输时隙,源节点与中继节点、中继节点与目的节点间均采用正交空间调制技术.仿真实验在瑞利平坦衰落信道下,以4QAM调制方式为例,结合不同协议下信号估计值表达式进行.实验结果表明:在系统天线配置相同时,基于正交空间调制的多天线中继MIMO系统比传统空间调制的中继MIMO系统的误码性能有明显的提高.     

基于压缩感知的协作系统物理层安全分析

将压缩感知技术引入协作通信系统中研究其物理层安全问题.在多源多中继协作通信系统中,将源节点通过中继节点到目的节点,源节点到窃听节点的信道矩阵作为压缩感知的测量矩阵,目的节点和窃听节点可以采用信号重构算法进行重构.通过系统仿真证明,窃听节点存在对信道估计存在误差,合法目的节点的重构性能优于窃听节点,可以达到安全传输.     

认知解码转发中继网络的安全性能分析

在认知中继安全通信网络中,研究了自适应解码转发中继节点采用机会式传输策略的物理层安全性能。在满足主用户对干扰功率限制的条件下,推导了在瑞利信道下的安全中断概率的闭合表达式,并进一步推导了安全中断概率性能的渐近表达式,从而可以直观地对系统性能进行分析。仿真结果验证了理论分析的正确性,并揭示了在认知中继网络中各系统参数对机会式传输方案的安全性能的影响。结果表明,可以通过增大主用户的最大干扰功率容限和增加次级中继节点个数来提升系统安全性能。     

基于信道质量和网络寿命的最优中继选择策略

针对中继节点因剩余能量不足而不能长时间协作通信的问题,在HDAF协作系统中,提出了一种基于各中继节点信道状态信息(CSI)和剩余能量信息(REI)联合考虑的多中继集合选择方案.该方案根据节点CSI和REI构造加权函数,通过控制容量增益门限进行多节点选择.仿真结果表明,该方案在满足系统通信前提下,很大程度上提升了系统的网络寿命;与传统基于CSI中继选择方案相比,该方案网络生存时间最高提升约19.8%.     

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。     

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。     

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.     

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。     

能量均衡的协作中继选择算法

为了最大化协作多中继通信系统的网络寿命,研究了在放大-转发(amplification-forward, AF)中继协作方式下网络寿命的折中优化问题,提出了一种最优能量均衡(optimal energy equilibrium, OEE)的中继协作节点选择方案。通过对AF中继每一跳接收端信噪比(signal noise rate, SNR)的计算,推导了AF两跳中继目的终端的误码率表达式,同时联合节点的剩余能量信息和信道状态信息(channel state information, CSI),利用能量均衡的思想,合理引入和设置优化因子来有效选择转发中继,延长网络寿命。理论分析和仿真结果表明,相比CSI中继选择和模糊综合评价(fuzzy comprehensive evaluation, FCE)中继选择方案,提出的中继选择方案不仅有效地提高了系统的网络寿命,而且在相同信噪比的情况下误码率性能有明显的改善。     

全双工蜂窝网络中用户协作D2D通信的性能分析与优化

提出一种蜂窝网络中全双工蜂窝用户协作D2D(device to device)通信机制,全双工蜂窝用户采用功率域叠加支持上行传输和D2D通信并发,为无直传链路的D2D用户对协作中继;分析了系统的可达速率域,提出了一种基于最大-最小可达速率的功率分配算法。仿真分析表明,随着自干扰消除性能的提升,系统的可达速率域扩大,全双工协作D2D通信的可达速率域显著大于半双工协作D2D通信,且蜂窝上行链路和协作D2D链路间存在可达速率折中;功率分配算法能根据信道状态动态调整蜂窝用户的发射 率和功率分配因子,功率效率高,且随着最大发射功率的增加,蜂窝上行链路和协作D2D链路的可达速率趋同,能满足最大-最小准则,兼顾蜂窝上行链路和协作D2D链路间的公平性。     

QTDMAC: MAC protocol for QoS support in MANET using smart antennas

Unlike directional antennas, smart antennas offer MANET (Mobile Ad hoc Net works) potential increases in their achievable throughput and capacity. Based on the development of smart antenna technology, we studied the MAC protocol for QoS support was studied, which becomes the hot issue in multimedia services. The protocol divides the channel into the data channel and the control channel, node sends forecast guarantee to compete the channel. And after completing the RTS / CTS handshake appointment, node is reserved for data transmission. Node can send Busy Tones to prevent the problem of the deafness nodes and hidden terminal. At last if the direct link between the sender and receiver has low quality and low rate, data packets may be delivered faster through a relay node. Through the analytical results, QTDMAC with the protocol IEEE802.1 and DMAC were compared. The QTDMAC protocol is proved the superiority in throughput and the realtime delay business.     

基于智能反射表面的中继协作安全通信技术

在传统中继协作的通信过程中,中继节点在对信号处理时,会放大中继节点自身的干扰信号。此外,现实通信场景中往往存在窃听节点窃取重要信息。智能反射表面具备无源反射特性,能对信号的相位进行调整,以及在处理信号时能减少干扰信号的产生。针对中继节点增大干扰信号和安全传输问题,提出了基于智能反射表面的中继协作安全传输技术。考虑通信场景中存在恶意窃听节点,且窃听链路与合法链路的相关性较高的情况下,通过部署智能反射表面将基站发送的信号反射给合法用户,提高系统的安全通信质量。为了解决保密速率表达式的非凸性,采用交替优化、黎曼共轭梯度下降的算法对波束形成向量及反射相位进行交替优化。最后,通过仿真结果验证在3 GHz高频段载波下,基于智能反射表面协作通信技术在数据传输、能效、安全方面的作用优于传统中继协作通信方法。     

物理层网络编码与卷积信道编码相融合的无线通信方案

信号不同步是物理层网络编码研究中的热点,为了提高系统的信道容量和鲁棒性,针对异步通信条件下误码率高的难题,提出一种物理层网络编码与卷积信道编码相融合的无线通信方案.首先将置信传播算法引入到中继节点编码中,然后将信道译码和物理层网络编码联合起来,减少异步通信带来的不利影响,最后采用仿真实验测试其有效性和优越性.仿真实验结果表明,相对于其它编码方案,物理层网络编码与卷积信道编码方案不仅降低了数据传输的误码率,提高了系统通信的可靠性和信息传输速率,而且增强了系统对相位偏移和符号偏移的鲁棒性,具有更高的实际应用价值.     

联合网络编码与预编码方案抗干扰技术

双向中继信道（TWRC）传输模型中,用户通过中继与基站构成的上下行链路进行传输,采用现有的时分方案时,传输时隙数与用户数成正比,并可联合物理层网络编码消除自身信号的干扰;在用户数增多的情况下,不仅增大传输系统复杂度,而且降低了数据传输速率.针对此问题,提出物理层网络编码联合预编码方案,仅利用2个时隙便可完成信息传输,在不影响传输速率的同时,还可提高复用增益且避免了同信道干扰.从中断概率和遍历容量两个角度对这2种方案进行性能分析和比较,结果表明网络编码联合预编码方案在高信噪比情况下,性能更优,且随着用户数的增加,系统性能会得到进一步提高.     

多节点协同中继信道容量分析及功率分配

基于译码转发(DF)模式,在信道状态信息未知,源节点发射功率与各中继节点发射总功率分别受限于P1、P2的假设下,针对带直传(DT)和不带直传2种模型的多节点协同中继,进行了信道容量上下限的分析和推导。在功率限固定的情况下,分析了容量与中继节点数目之间的关系,给出了容量随中继节点数目增加而提高所需的条件。在功率限之和受限的情况下,获得了2个功率限的最佳分配。理论分析和仿真结果都表明:源到中继的信道条件较好时,只有当增加的新链路性能优于现有链路的平均值时才能提高容量;2种中继模型在功率限最佳分配下可获得最大容量。     

无人机网络中基于位置预测的最优中继选择

为了解决无人机（UAV, Unmanned Aerial Vehicle）协作通信网络在完成任务时由于高机动性而会影响链路状态的问题,提出了一种基于UAV位置预测的信道中继选择算法。根据卡尔曼算法预测出UAV下一时刻的位置,提前判断链路优劣性,使更换UAV中继节点的时机更为精准。通过UAV源节点到UAV中继节点以及UAV中继节点到UAV目的节点的瞬时信道状态信息（CSI, Channel State Information）选出备选UAV中继节点集合。最优的备选UAV中继节点由贪婪算法计算而得。仿真结果证明了此方法的有效的性,链路中断的概率比随机选择算法降低了10%,且链路更加稳定。     

一种基于负载平衡的无线传感器网络收集树算法

主要研究了大规模无线传感器网络的多跳树状路由协议,提出了一个基于heuristic算法建立近于全域平衡的资料收集树算法(Balance Convergecast Tree,BCT)该算法能降低资料堆积程度,减少资料收集时间并延长网络断裂的发生时间,同时在该算法中增加一个节点同步传输程度的频道分配机制,使得树上的节点以最少的通信时隙与有限的码字来组合配置通信频道作为资料传递时使用,提高同步传输程度,减少资料停留在节点中的时间,使整个网络中资料收集速度更快速.仿真结果显示该算法能更快速的收集网络上的资料并延长网络运行时间,同时证明了负载平衡的树能大大提高树状结构收集资料的运行效率.