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.     

一种基于放大转发的中继选择策略

针对传统多中继放大转发协作通信网络中所有潜在中继均参与协作,导致系统的低资源利用率问题,提出了一种中继节点选择策略.该策略以最小化系统中断概率为目标,引入了中继节点的选择门限,并据此逐一令低于门限的中继节点不参与协作,将其资源重新分配给其他节点,从而提高系统资源利用率.所提策略运算开销小,且选择门限只与中继节点数、平均信道增益以及当前系统信噪比有关,可在传输开始前事先确定而无需实时更新,从而节省了系统开销.仿真实验表明,与所有潜在中继都参与协作的方法相比,所提策略在中断概率为10-3～10-3时可获得约3～4 dB的信噪比增益.     

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.     

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.     

OFDM协作通信中的机会中继和功率分配算法

研究了功率受限情况下多中继系统OFDM协作通信网络的上行链路容量最优化问题.利用混合二进制整数规划问题的优化分解方法,提出一种低复杂度的机会中继和功率分配的联合优化算法.首先针对每个中继子载波,提出了一种基于解码转发模式下的等效信道增益的机会中继选择策略;然后在此基础上通过凸优化算法,给出了源节点和多个中继节点之间的最优功率分配算法.仿真结果表明,相对于随机中继子载波选择以及平均功率分配,该算法具有较低复杂度的同时,能够显著提高系统性能和功率效率.     

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.     

一种采用空时网络编码的多向中继通信方案

针对多用户中继通信网络在单天线场景下多源信息交互效率较低的问题,提出了一种采用空时网络编码(STNC)的多向中继通信方案。由于STNC编码向量具备可识别条件,能够将多个用户的调制信号合并为一个高阶调制信号,且合并前后的信号一一对应,因此该方案可利用STNC编码向量和预均衡技术来区分N(N3)个用户的信息,能够保证用户在多周期传输方案中获得满分集增益。当系统结构对称时,该方案在系统总发射功率相等的情况下,可平均分配中继和用户之间的功率,使系统误符号率(SER)性能最优。此外,推导了该通信方案的平均吞吐量,指出其系统自由度是传统的单向中继(OWR)方案的N/(N-1)倍。实验结果表明:该方案能够获得满分集增益,与传统的双向中继方案相比显著提高了系统在衰落信道中的误码性能;当N为4和6时,在高信噪比条件下,该方案的平均吞吐量相对OWR方案分别提高了33%和20%。     

基于极化分集的DF机会中继协作通信系统性能分析

提出对机会中继协作通信系统节点配置极化天线,实现节点到节点无线信号的极化分集,达到通过改善通信链路质量来提升DF机会中继协作通信系统整体性能的目的。由于电磁波信号在传播过程中经过地表及障碍物多次反射、折射、散射以及极化偏转,协作节点和目的节点配置的极化天线接收到的两路极化分集信号具有一定相关性和功率不平衡特性。研究了极化分集信号存在相关性和功率不平衡特性对机会中继协作通信系统性能的影响。结果表明,即使两路极化分集信号具有一定的相关性和功率不平衡特性,DF机会中继协作系统在相同信噪比和相同的信道衰落环境下,性能指标也优于未采用极化分集技术的DF机会中继协作通信系统。     

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。     

多信道节点分布式协作MAC协议的研究

当前协作通信是现实条件下实现分集增益的关键技术,单天线节点通过相互协作传输信息实现空间分集可有效提高系统的整体性能。在协作通信研究中,协作节点的选择非常重要,选中好的协作节点可以极大地提高数据传输速率与效率,但是针对完全分布式无线网络多信道数据传输情况下,考虑到系统整体性能最优的协作节点分配和选择问题,并没有得到很好的研究。由此本文提出了一种基于协作增量值（CIV）的协作MAC协议（命名为CIV-MAC）。在CIV-MAC中,备选协作节点通过侦听多路信道控制帧获得信道状态信息（CSI）,并计算自身CIV;根据节点的CIV,协议会实行协作节点分配和选择机制并选出最优的协作节点,同时通过采用最小功率控制算法来降低系统能量消耗。最后,以网络实际有效吞吐量和能量效率两个参数为网络性能指标,通过两个不同场景的仿真实验结果得到,相对于RBAR协议和CRBAR协议,CIV-MAC可以极大地提升系统性能。     

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%.     

基于信道特性的中继选择协作通信方法研究

根据信道统计特性,研究了放大转发(amplify-and-forward,AF)协作中继网络中的中继选择协作通信方法.首先分析指出在等功率条件下,当信噪比小于某个门限时,选择单个中继节点进行转发(pre-select single relay AF,SAF)比所有节点都转发(all relays AF,AAF)的中断概率小.基于此信噪比门限提出一种中继选择协作通信方法,并且指出这种选择方法使得SAF的中断概率最小;然后结合功率分配提出了一种使中断概率最小化的最优中继选择协作通信方法;最后为了降低复杂度,提出了一种次优中继选择协作通信方法.仿真结果表明,这种次优方法和最优中继选择协作通信方法相比,性能相近.     

基于定向天线和机会中继的节点解码转发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。     

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。     

Ad Hoc网络中一种空时协作中继方案的性能研究

在Ad Hoc网络中,数据通过多跳传输到达目的节点.因此,中继节点的选择在Ad Hoc网络中有着至关重要的作用.传统的中继方案往往根据信道状态的好坏,从源节点的邻居节点中选出一个状况最佳的节点作为中继节点,但是当中继与目的间的信道状态不好时,这种中继方案仍存在一定的问题.为了解决这一问题,考虑利用无线信道的广播特性,基于空时编码,给出了一种依赖于两个中继节点的空时协作中继方案;并基于有限状态Markov模型,对系统的误比特率、吞吐量、时延和丢包率等性能进行了分析.仿真结果表明,相比于传统的单中继方案,该方案能获得较好的性能增益.     

基于中继选择的协作通信系统 遍历信道容量分析

本文对中继选择协作通信网络系统的遍历信道容量展开研究.在假设独立同分布瑞利信道条件下,分别推导出机会中继选择算法和部分中继选择算法解码转发中继模式下一些重要因素的闭式表达式,包括累计概率密度函数,累积分布函数和遍历信道容量.结果表明,利用中继选择技术能有效提高系统分集度.此外,遍历信道容量性能受中继节点数目、链路信噪比的影响.通过数值仿真分析验证了理论闭式解的正确性.实验结果表明通过信道反馈状态信息调节最优数据发送速率,非中断信道容量能达到遍历信道容量.     

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.     

一种基于自适应遗传算法的星地协作系统中继选择策略

针对星地协作系统的多中继选择问题,提出一种基于自适应遗传算法的中继选择策略。与现有的选择一个中继节点的选择算法不同,该策略建立了为源节点选择一个或多个中继节点模型,以最大化目的端接收信噪比为优化目标。对陆地卫星移动通信系统进行分析,在源节点(卫星)到目的节点(地面终端)间采用解码前传模式,并在目的节点处进行等增益合并。仿真结果表明,同基于最大接收信噪比的中继选择策略相比,该策略下系统在目的端接收信噪比约提升8dB且具有更高的能效;与穷举搜索策略相比在保证信噪比性能的同时能带来约75%的时效提升。     

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.