非对称全双工双向中继系统能效研究

研究了频率非选择性瑞利衰落信道中,具有不对称业务特性的全双工双向中继系统能效问题,其中两个源节点在不同信息发送速率情况下,借助全双工中继节点进行消息的互通。基于解码转发中继策略,在瑞利衰落信道环境下,将能效优化问题转化为一个递进式两阶段优化子问题:首先固定传输时间,优化各个传输节点的发射功率;再对传输时间进行优化,从而给出能效优化问题的闭式解。基于此解,提出一种最小化系统总发射功率的节点功率控制和传输时间分配的联合实现算法,并通过数值仿真实验验证了所提算法的有效性。仿真结果表明:在源节点具有不对称业务情况下,所提算法具有能效性能优势,并随着业务不对称度的提高,能效性能优势越加显著,在强不对称业务情形下,比“仅发射功率控制”算法可节约60 dB总发射功率。     

基站覆盖下D2D两跳传输的功率控制

设备到设备(D2D,device to device)技术是当今无线通信研究的关键技术之一.在单小区场景下引入了多跳D2D通信系统功率控制算法.在该场景下,多条D2D链路间通过复用频带来通信,同一D2D链路的用户采用两时隙的两跳解码转发中继(DF,Decode and forward)方式传输信息.不同链路两时隙之间非完全同步下,使用了同一频带的中继会相互干扰.作者提出的功率控制算法先引入松弛因子得到功率闭式解,通过迭代优化该问题中用户的发射功率,来减少中继间的同频干扰.最后,通过数值仿真证明,在D2D系统中加入该功率控制算法后,可一定程度上提升用户传输速率.正随着无线通信技术的发展,作为下一代无线通信系统中的重要组成Device to Device(D2D)通信系统,在LTE-A[1]通信系统中引起了人们的广泛关注,D2D技术对基站负担增加不大的情况下,能够有效地提高通信速率.并且D2D通信系统的频谱分配较为灵活,既可使用小区的频段,又可以使用公共频段,如Wi MAX[2]频段,进一步提高了系统的频谱利用率.在文献[3-7]中,Klaus Doppler、Kaufman等人从不同角度提出了D2D建模方法和解决方案.文献     

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%.     

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.     

MIMO-OFDM两跳再生中继系统下的迭代功率分配

分析了发射端与中继端和功率受限条件下MIMO-OFDM两跳再生中继系统发射功率优化问题.为最大化系统容量,提出一种迭代功率分配算法,该算法根据两跳信道条件,不断调节其发射功率,直到两跳容量相差达到设定的门限值,天线上功率分配考虑在各子载波上每跳各天线之间等功率分配和利用注水原理进行功率分配;其次,分析迭代功率分配时迭代精度的选择问题,最后,研究在功率分配之前考虑子载波配对.仿真结果表明,利用迭代功率分配系统容量得到有效优化,迭代精度的选取是权衡算法复杂度与系统容量的结果,考虑子载波配对系统容量亦有进一步提高.     

利用地理位置的中继选择及功率分配

在协作多中继蜂窝系统下行链路中,提出根据中继节点地理位置和吞吐量增益联合选取中继节点参与移动用户和基站间的协作通信方案,并运用凸优化算法分配各节点功率.仿真结果表明:该方案不仅改善了用户的误码率,并且提高了系统吞吐量.     

一种基于能效的中继选择和功率分配方案

为了进一步减少放大转发(Amplify and Forward,AF)策略下的单源中继协作通信系统的能量消耗,提出一种在近似高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)条件下的基于能效的中继选择和功率分配方案。该方案中的能量消耗不仅包括了传输功率,还包括了信号处理所消耗的功率。区别于当前大多采用精确SNR公式进行中继选择研究的情况,该方案在满足所需数据传输速率以及传输功率受限的前提下,采用简单的近似高SNR公式,以能效最大化为准则推导出中继选择和功率分配的表达式,同时还重新设计了两跳中继系统中能量效率和频谱效率间的折中方法。仿真结果表明,所提出的中继选择方案相比其他方案能更有效地提高系统的能量效率,并且能达到能量效率与频谱效率间不错的折中效果。     

基于IEEE 802.16j的协作中继切换方法

在多跳中继宽带无线接入网络中,使用多点协作通信时,消息的同步传榆对系统性能影响非常大.为了确保在切换过程中消息传输的同步性,基于IEEE 802.16j协议中的单点协作中继切换流程,提出了一种新的双协作中继切换流程,该流程在执行切换步骤时先进行‘网络重进入'过程,再执行‘关闭连接'过程.此外,该方法以信号强度和时延作为切换判决,能够实现2个中继节点同时参与协作.     

不对称速率双向中继系统的中继选择及功率分配

研究了不对称速率双向放大转发中继系统中的中继选择及功率分配问题.以中断概率作为约束条件,以系统总发射功率最低为目标,通过将几何规划问题转化成凸优化问题推导了功率分配的闭式解.在此基础上,提出了最小化最低总功率的中继选择标准.最后给出了中继选择与功率分配联合优化策略及实施步骤.仿真结果表明在给定的中断概率门限下,文中的联合优化策略能显著降低系统的功率消耗.     

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.     

DF多跳协作系统中基于最大系统容量的功率分配优化算法

针对多协作节点参与的多跳协作通信系统,以最大化系统容量为目标,在总发射功率受限的条件下提出一种译码转发(DF)模式下的功率分配优化算法,基于这种算法得到了最大化系统容量的功率分配最优解.仿真时采用BPSK调制.仿真结果表明,提出的算法和基于最小化中断概率优化算法、平均功率分配算法及直接传输相比误码率明显下降.     

基于网络编码的双向中继系统节点选择及功率分配策略

考虑在多个节点间的中继双向信道中,将中继分配和功率分配结合起来.每一对节点间的通信可以看做是通过一个中继的双向中继信道.中继使用网络编码同时向对应的节点发送信息.中继分配考虑了两种分配方案,第一种方案考虑到了所有节点对和中继的排列组合,选取其中性能最好的一组;第二种方案选取所有排列组合中的一部分,选取性能最好的一组.第二种方案略微降低了整个系统的性能,但是大大降低了运算的复杂度.将功率分配策略和这两种方案结合,进一步优化了整个系统的性能,相比较没有加入功率分配的系统,有大约2～3dB的提升.     

基于信道统计平均的中继选择与功率优化算法

针对无线网络中继节点选择存在的中断概率较大和算法复杂度较高的问题,提出了一种基于信道统计平均的中继选择和功率分配优化算法.首先对源节点和各个中继节点进行优化功率分配,并将源节点到中继节点和中继节点到目的节点的所有信道系数的统计平均值作为阈值门限将部分信道质量较差的中继节点过滤掉,以减少候选中继节点的数量;然后从候选中继节点中选出最优中继节点;最后对最优中继节点进行优化功率再分配,并以放大转发的方式完成信号的传输.仿真实验结果表明:该优化算法可以降低系统的中断概率和减小运算的复杂度.     

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。     

基于红外光的语音传输及中继系统设计

设计的红外通信及中继装置是以红外光为传输媒质,运用数字锁相环集成电路,实现红外语音的直接通信和经过多个中继节点的间接远距离通信。该装置由红外发射、接收以及中继部分组成,能够实现远距离的多方向、多节点语音传输,并且具有较高的传输速度、干扰小、系统稳定可靠、成本低廉、制作简单和传输距离可根据需要、利用多个中继节点延长的特点,在实际中有着很好的应用前景。     

基于固定增益中继选择技术的无线通信系统

为了提高多输入多输出MIMO中继通信系统的可靠性和有效性,对中继节点采用的相关选择技术的研究很有必要.本文在阐述MIMO通信系统的调制、检测等相关关键技术与固定增益中继选择技术的基础上,创新性地设计了基于MIMO固定增益中继选择技术的无线通信系统,并进行了仿真实验.仿真结果表明:中继选择技术在整体上提高了系统的传输性能,降低了误码率,使通信系统有较强的抗干扰能力.     

基于复合中继的车载自组织网络数据传输算法

在车载自组织网络中,传输安全类相关的数据时,要求满足低时延和高可靠性,针对高速公路场景中危险警告消息数据的传输,提出一种基于邻居信息的多候选复合中继安全数据传输算法.车辆节点之间通过相互交换Hello Message构建2跳邻居表,在选择下一跳转发节点时利用2跳邻居节点信息得到一个复合参数,该复合参数综合考虑了车辆速度、位置和行驶方向3个因素.根据得到的复合参数值确定转发优先顺序,最高优先级车辆节点被确定为最佳中继转发节点,次优先级车辆节点作为备选中继转发节点.在最佳转发节点发送消息失败时,由备选转发节点继续完成消息转发任务,从而提高数据传输成功率.理论分析和仿真结果表明,提出的算法在实时性和可靠性方面有明显提升.     

多跳协作中继网络的能量分配及路由算法

为了减少无线多跳网络的能量消耗,提出了一种协作路由算法. 在传统非协作路由的基础上,通过译码-转发与放大-转发混合的协作中继方式减少路由长度. 根据信道状态信息,推导了满足源节点和目的节点之间信道容量的前提下,节点所需的最小发射功率. 结合功率分配,提出了基于路由最小功率的协作路由算法及实现方式. 仿真实验结果表明,该能量分配方式和路由选择算法在保持低功耗的同时,降低了数据误码率,提高了节点的通信可靠性和能量利用率.      

深空通信中基于中继选择的文件传输协议

针对深空通信传播时延大、误码率高以及链路间歇性中断的问题,提出一种基于中继选择的深空文件传输协议。该协议将文件传输过程分为跳到跳发送和端到端重传2个阶段。在发送阶段,提出一种中继选择算法,通过分析天体运动规律选择合适的中继节点,并结合深空链路信道特点,分析链路丢包率和信道增益的关系,选择最优中继链路逐跳进行传输,降低丢包率进而减少重传次数;在重传阶段,目的端对数据包进行校验和检查,丢失的数据包通过端到端链路进行重传,保证文件的可靠传输。仿真结果表明,当端到端误码率大于10－5时,所提协议能有效减少重传次数,进而降低传输时延。在误码率为10－3时,与空间数据系统咨询委员会（consultative committee for space data systems,CCSDS）提出的文件传输协议（CCSDS file delivery protocol,CFDP）相比,该协议的传输时间缩短了40％,能较好地适应深空通信环境。     

MIMO双向中继信道能量效率优化算法

研究了多输入多输出(multiple input multple output,MIMO)双向中继信道的能量效率优化问题。首先考虑无功率约束下的能量效率优化问题,采用嵌套优化方法得到最优的功率分配。然后求解有功率约束时的能量效率优化问题,如果无功率约束时的最优解在最大功率约束内,则该最优解为有功率约束时的最优解;否则通过确定一部分节点的最优发射功率,减小剩下节点的发射功率的优化区间来求解该问题。仿真结果验证了所提优化算法的有效性。