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.     

协作中继传输网络中基于无线供电的能量交易方法

为了让协作中继传输网络中的中继节点能够获得能量自愿协作转发源节点的信息,提高信息的传输效率,提出一种基于无线供电的能量交易方法.所提方法中包含一个源节点和目的节点以及一个中继节点和多个能源供应点(Energy Supply Points,ESP).当源节点到目的节点链路的信道质量较差时,需要中继节点帮助转发源节点的信息到目的节点.但是中继节点往往是自私的,不愿意牺牲自己的能量帮助转发别人的信息.为了使得中继节点愿意帮助转发源节点的信息,目的节点支付给周围ESP一定的报酬,以换取其通过无线供电的方式给中继节点提供能量,使得中继节点能够利用接收到的能量帮助转发源节点的信息.通过利用斯塔克尔伯格模型,研究如何对所提方法中目的节点支付给ESP的报酬和ESP提供给中继节点的能量进行优化,最大化目的节点和ESP双方的效用.仿真结果表明,本文所提的能量交易方法能够让目的节点和ESP的效用同时达到最优值,有效提高信息的传输效率.     

两跳无线网络中的中继调度算法

针对两跳无线网络的中继调度问题,提出了一种基于信道容量最大化的中继节点迭代调度算法.该算法基于放大转发型中继协议,以目标节点进行联合译码时的瞬时容量最大化为准则而依次选取中继节点,直至中继数达到源节点发射天线数或信道容量不再增加.仿真结果表明,在不同的中继节点总数、源节点发射天线数以及前后向信道信噪比条件下,该算法比传统算法获得了较大的容量增益和多中继分集增益,更加接近于信息论意义上的容量上界.     

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.     

信息和能量同传全双工中继信道的物理层安全方案

给出一种信息和能量同传中继无线信道中的物理层抗窃听安全传输方案。中继工作于全双工模式,采用放大转发方式转发信号,同时采用信息和能量同传模式从所接收到的射频信号中收集能量,并用于信号的转发。目的节点也为全双工节点,在接收信息的同时发送人工噪声去干扰窃听节点的接收。以最大化系统的保密速率为目标,对中继采用功率分裂方式和时间切换方式时的功率分裂因子、能量收集时间比例因子和信号与人工噪声功率分配因子进行优化。由于无法得到关于最优参数的表达式,因此,采用二维搜索方法来对优化问题进行求解。仿真结果表明,功率分裂因子、能量收集时间比例因子、信号与人工噪声功率分配因子的优化和目的端的协作干扰能显著提高系统的性能。     

基于人工噪声和SWIET的安全双向中继通信

针对基于解码转发的对称双向中继网络的安全传输问题,提出一种基于人工噪声干扰和信息、能量同时传输技术(SWIET)的物理层安全传输策略.系统采用两时隙传输方案,能量收集节点利用第一时隙收集的能量发射人工噪声干扰,而用户节点和中继分别通过功率分配技术将目的节点先验已知的人工噪声干扰添加到有用信息中,以降低窃听信道的传输质量.建立双向中继网络窃听信道下联合能量收集和无能量收集节点的两种数学模型,推导基于人工噪声干扰的系统保密容量的数学表达式,分别求解两种模型的最大化系统保密容量下最优功率分配因子,并分析了SWIET技术对系统保密容量的增益.仿真结果表明:对应于不同的窃听节点位置,所提出的联合SWIET技术的方案能使双向中继网络保密性能改善3%~90%,且能量收集节点越靠近窃听节点,系统性能越好.     

一种可变放大增益MIMO放大转发中继系统的误码率分析

提出了一种可变放大增益MIMO放大转发中继方案,其中多天线节点同时进行天线选择与波束形成.为了降低系统复杂度与成本,节点选择两个天线进行波束形成.在瑞利衰落信道中分析了端到端误码率,在源节点与目的节点天线数量大于等于2时获得了误码率的封闭表达式.在高信噪比条件下得到了端到端误码率的渐进近似表达式,进而分析了系统分集阶数.最后采用MATLAB仿真工具进行了上述中继方案仿真,证明了解析结果的正确性.     

混合RF/ FSO 中继系统中断性能研究

为准确评价混合射频/ 自由空间光通信(RF/ FSO: Radio鄄Frequency/ Free Space Optics) 中继系统性能,利用Meijer's G 函数推导得到混合RF/ FSO 中继系统端到端中断概率闭合解析表达式。该混合RF/ FSO 中继系统采用放大转发中继、RF(Radio Frequency)双天线发射技术。RF 信道衰落服从Rayleigh 分布, FSO(Free Space Optics)信道衰落服从M 分布。蒙特卡洛仿真验证了推导结果的准确性。     

基于实干扰对齐技术的两用户中继辅助信道的安全自由度分析

中继辅助信道是无线通信中的一种重要信道模型?针对源端与目的端有直接链路的两用户中继辅助干扰信道模型,2个合法发送端分别将保密信息通过中继发送给对应的期望接收端,而不希望被非期望接收端窃听到保密信息?结合实干扰对齐技术和协作干扰技术,从保密速率和安全自由度(secure degrees of freedom,S-DOF)2个指标来研究该模型的安全性能,使接收端能分离出期望信号,而非期望信号与协作干扰信号在接收端完美对齐?该方案中,中继采用放大转发的方式,同时发送一个协作干扰信号?然后设计实干扰对齐方案,分析得出系统的总安全自由度为1?     

一种无线携能通信系统中的中继协议

无线携能通信技术的出现为解决节点能量受限问题提供了可能性。在无线携能通信系统中,中继节点通过无线射频(RF)信号获得能量,利用所获得的能量来转发信息。本文研究了基于放大转发(AF)中继的三节点无线携能通信系统,考虑中继端电路能耗的存在,在功率分配(PS)中继协议的基础上提出了开关型功率分配(OPS)中继协议,并推导了该协议下系统中断概率与吞吐量的表达式。仿真结果表明:在该协议下,系统的中断概率与中继端电路能耗无关,系统的吞吐量随着电路能耗的增大而降低。     

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.     

用于多跳无线传感器网络的自适应退让算法

为了解决802.15.4标准MAC层规定的CSMA-CA接入方式的退让算法不能很好地满足动态网络和多跳要求问题,提出了中继数据优先的策略,该策略能更可靠地传递远端节点的信息,以适应突发流量和非突发流量网络.另外还提出了一种新的自适应流量变化且避免第2次冲突的退让算法(AASC),离散M arkov链模型的数值分析和仿真证明新算法在网络节点数目变化时有更高的吞吐量,适应突发量和非突发流量应用,在多跳通信方式下能更多地中继远端节点的数据到目的节点,并同时减少节点的重传次数节省能量.     

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。     

Outage Probability Based on Relay Selection Method for Multi-Hop Device-to-Device Communication

To improve the connectivity of device-to-device(D2D) communication between delay-assisted vehicles, a multi-hop D2D relay selection strategy based on outage probability is proposed. The algorithm firstly clusters the relay users based on the distance of D2D users, and determines the number of one-hop relay nodes through the outage probability threshold. Two-hop relay nodes directly select the same number of relays as one-hop relay nodes according to the descending order of signal noise ratio(SNR) to establish a square matrix. The Hungarian algorithm is used to assign the relay nodes of two clusters to complete the inter relay communication. Finally, the information is sent to the D2D receiver by combining technology. The simulation results show that this algorithm can reduce the cost of relay probing process and the outage probability of system in multi-hop D2D relay communication.     

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。     

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。     

一种DTN路由算法

针对DTN长延时、高动态拓扑、节点分布稀疏、频繁断路等网络特性,提出一种基于存储-携带-转发机制的DTN路由算法.该算法的源节点不以建立到目的节点的路由为发送数据的前提,而是在通信范围内选择与目的节点之间传输概率最大的节点,作为数据中继节点,中继节点存储数据,遇到目的节点或更优中继节点进行数据转发,经过逐跳携带转发,最终到达目的节点.在存储-携带-转发过程中,充分利用网络频繁变化的特点,针对到目的节点或更优中继节点的短时局部连通路径,采用Ad Hoc网络路由策略,提高效率.通过NS2仿真表明:所提出的算法具有较好的性能,适合在DTN中应用.     

译码转发协同通信网络自适应中继选择算法

为了优化译码转发协同通信网络的性能,提出一种自适应中继选择算法(ARS),并对系统中断概率和平均协同中继数进行分析.该算法在源节点到目的节点的直接传输失败时,目的节点对译码集中的中继节点按信道质量进行降序排列,依次选择序列中的中继节点参与协同,直到目的节点的瞬时接收信噪比不低于预置信噪比门限.仿真结果表明,ARS算法能够获得最优系统中断性能,有效减少平均协同中继数,从而提高带宽效率,降低系统开销.