联合干扰功率限制下的认知中继网络性能分析

频谱共享的Underlay认知中继网络中,为了保证主用户的可靠通信,要求次用户网络中源节点及中继节点的发射功率必须满足主用户接收端干扰功率的限制。基于主用户峰值干扰功率和平均干扰功率的联合限制,分析了中继节点采用选择协作解码转发协议时潜伏式频谱共享认知中继网络的性能。值得一提的是,考虑中继传输中由主用户接收端干扰功率限制引起的第1跳链路信噪比之间的相关性,推导了瑞利衰落环境下次用户中断概率和信道容量准确的闭合表达式。仿真结论显示,次用户中断概率与信道容量的解析曲线与仿真结果一致,系统性能因频谱共享的认知网络中次用户源节点与主用户接收机链路之间的相关性而有所下降,中断概率约有2dB的性能提升。     

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。     

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。     

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。     

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.     

一种基于轮询的认知无线网络频谱分配机制及性能分析

在认知无线网络中,认知用户机会式地占有授权用户暂时不使用的频谱,从而提高频谱的利用率.在采用集中式频谱分配机制时,认知用户对空闲频谱的使用由中央控制器协调和管理.由于授权用户对频谱的使用具有抢占优先权,使得认知用户的数据传输可能被中断.考虑认知用户对空闲频谱使用的公平性,提出一种基于纯限量轮询策略的频谱分配机制,并建立具有传输中断的离散时间纯限量多重休假排队模型.使用再生循环法,对所提出的频谱分配机制进行性能分析,给出平均响应时间、吞吐量、频谱切换率和频谱有效利用率的表达式.通过数值实验和系统仿真,分析系统性能指标对系统负载的依赖关系,并给出授权用户业务量的优化方案.     

Nakagami-m衰落信道中的机会中继策略

针对单中继与等功率全中继策略在Nakagami-m衰落信道中通信中断率较高的问题,提出了在m为任意值的Nakagami-m衰落信道中能够明显降低通信中断率的基于放大转发协议的机会中继策略.该中继策略的最优中继选择过程无需知道全部的信道信息,仅依据源与目的地发出的标志信息来实现,从而简化了系统设计.所提策略以降低通信中断率为目标,采用近似理想功率分配原则进行信息传输,能适用较普遍的信道条件,其通信中断率的精确值还可通过计算得到,因此它不仅能改善系统的性能,还具备较好的实用性.理论分析及仿真结果表明,在Nakagami-m衰落信道中,当衰落系数m为4,通信中断率为10-2时,与等功率全中继和单中继策略相比,机会中继策略能获得约9 dB的信噪比增益.     

协作通信中联合信道-网络编码的性能分析与资源分配

针对无线网络中用户到协作节点和目的节点的上行链路不可靠的问题,研究了协作通信系统中具有特定协作节点的协作方案.在用户到协作节点的上行链路不可靠的情况下,将信道编码、网络编码同时引入到协作通信系统而建立了基于联合信道-网络编码的协作通信机制,并推导出系统中断概率的表达式;以中断概率作为系统性能的衡量标准,研究了能量分配、码率分配对系统性能的影响,给出了合适的分配方法.仿真实验表明,即使用户到协作节点的上行链路不可靠,所提协作机制也能获得空间分集,从而提高了网络的性能.     

基于协作中继的认知无线电网络性能优化

认知无线电被认为是一种在允许主从网络共存的情况下,完成高效频谱利用的智能无线通信系统.其中有一个基本挑战,是在最大化认知无线电用户的传输速率的情况下保证主网链接的服务质量(QoS).研究了在次要网络中基于协作的频谱存取方式.在严格的QoS要求下,认知无线电被允许传输的功率很低,因此传输速率受到限制.如果认知无线电用户可以获得来自周围认知无线电用户的协作,这将有利于提高传输速率.能够提供最大传输速率的最佳中继被用来进行协作.对峰值干扰受限和平均干扰受限的传输速率性能进行研究.仿真结果 表明,通过协作,认知无线电链路的传输速率可以提高,尤其是当直接链路的功率受限时.在平均干扰约束下,由于传输端和中继的功率适应性,传输速率优于峰值干扰限制下的情况.传输速率要优于直接传输.并且随着潜在中继数量的增长,将获得更高的增益.     

认知多中继网络中基于最佳功率分配的中断性能

研究了认知多中继网络的功率分配方案,提出了简单的最优功率分配(OPA)方法,并给出最优解.仿真了不同的认知中继位置对认知系统中断性能的影响,并联合考虑频谱感知和认知多中继协作传输两个过程.仿真结果表明,文中提出的最佳功率分配方案的中断性能优于等功率分配(EPA)方案,且存在最佳的感知时间使认知多中继网络的中断性能最优.     

协同认知网络中功率分配与协同节点选择

针对认知无线网络中次级用户通信性能优化问题,以最大化次级用户的传输速率为目标,研究引入协同通信的认知网络中协同节点选择和发送功率分配问题.通过引入中断概率增量因子,简化主用户接收机中断容量损失受限的约束条件,同时依据目标函数的不同将问题分解,对形成的原优化问题进行了有效求解.仿真结果表明,文中算法实现了最优的功率分配和协同节点选择,在保护主用户通信业务的前提下,有效地提升了次级用户的传输速率.     

Impacts of feedback delay and estimation error on secrecy performance of MISO single eavesdropper cognitive radio networks

Due to the broadcast nature of wireless transmission medium,security threats may hinder propagation of cognitive radio systems for commercial and military data application. This paper sets a channel error analytical framework and studies the joint impact of estimation errors and feedback delay on secrecy performance in cognitive radio networks. Under the assumption that system applies beamforming and jamming scheme,a multi-antenna cognitive base station( CBS) sends confidential signals to a secondary user( SU) in the presence of M primary users( PUs) and an eavesdropper. Assuming only imperfect channel state information( CSI) about the receivers is available,secrecy rate,outage probability,secrecy throughput are deduced to obtain a closed-form expression. It is shown that while the transmit power increases,secrecy throughput would reach to a constant. Simulation results show that feedback delay adversely impacts on secrecy rate,connection outage probability and secrecy throughput,while estimation error causes more impact on secrecy outage probability. Furthermore,the secrecy rate could increase progressively with the transmit power only if there exists no feedback delay.     

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。     

一种新型的多址接入中继协作方案

现有多址中继协作方案的编码增益有限且用户之间不能相互辅助,为此,文中提出了一种结合网络与信道编码的多址中继协作方案:在中继端利用网络编码将不同用户的编码冗余同时转发,目的端通过对某个用户信息的正确译码恢复出其他用户的编码冗余.通过对译码错误事件概率的分析,推导了该方案的中断率与误码率近似值表达式.仿真结果表明,随着信噪比的提升,文中方案可获得比编码协作更好的中断率和误码率性能,同时信噪比较高的用户还可辅助提升信噪比较低的用户的性能.     

一种低复杂度的最大化资源效用的最优感知节点数目优化算法

协作频谱感知技术是认知无线电中的重要技术.首先定义了认知网络的效用函数,该函数考虑了协作频谱感知中的感知错误概率和感知用户所占用的资源以平衡感知性能和资源利用效率.然后推导了在所有感知用户的信噪比相近的情况下,为达到资源效用最大化所需要的最优的感知用户数目.仿真结果表明通过最优感知用户数目的选择,认知网络的效用高于其他算法,并和穷举算法的效用接近,但是计算复杂度大为降低,从而降低融合中心的计算能耗,有助于绿色节能认知网络的实现.     

基于链路自适应的机会协作系统性能分析

为了提高协作通信质量,提出基于自适应解码前向的机会中继协作方案,并通过建立一个统计概率模型来分析该方案下的系统性能.推导出瑞利衰落信道下的系统概率密度函数,以及基于自适应调制下的系统频谱效率、中断率和平均误码率的闭式解.蒙特卡洛仿真实验结果表明:自适应解码前向机会协作系统的性能要优于放大前向机会协作系统,其频谱效率高于放大前向机会协作系统30%左右.     

协作网络中基于干扰分析的协作建立机制

针对协作通信中调度复杂度和干扰问题,提出一种基于协作分集和用户干扰的折中分析算法。该算法首先分析协作与非协作模式下中断概率与干扰的关系,然后分析在不同传输距离和干扰强度下中断概率的变化情况,通过对两种模式下中断概率的对比,制定出一个协作建立的判断方法。最后仿真结果表明,协作通信在传输节点稀疏分布的情况下中继节点协作是有益的,反之,在网络密度大的时候,非协作则更好。     

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.     

Differential space-time modulation based on orthogonal design for cooperative network

Differential modulation was widely used for wireless networks in which channel estimation was difficult. Based on orthogonal design, a novel distributed differential space-time coding/decoding scheme for M-PSK modulations was proposed, which had a high code rate of 2/3 and second-order diversity for the two-user cooperative networks. The performance of decode-and-forward (DF) protocols was evaluated. Simulations show that the differential space-time modulation scheme in this paper has better bit error rate (BER) performance or higher code rate than the schemes proposed by Tarasak and Wang when interuser channel states are good enough. The impacts of transmission error between two users for the whole system BER performance were also investigated.