天线选择MIMO放大转发中继系统的中断概率分析

结合天线选择与波束形成,分析了双跳放大转发MIMO中继系统在Rayleigh衰落信道中的中断概率．在源节点任意数目发射天线、目的节点任意数目接收天线的情形下,通过使用互补累计分布函数和贝塞尔函数,得到端到端中断概率的封闭表达式．采用Maclaurin级数展开的方法,获得一个很紧的中断概率渐进近似,从中可以得到系统分集阶数．理论结果表明。天线数目较少的链路决定了系统的分集增益．给出MonteCarlo仿真结果,与文中给出的解析结果完全吻合．     

放大转发协作下多S-R-D节点网络中继选择策略

在多个信源、中继及目的端的环境中,研究了放大转发协作系统的中继选择策略与传输机制.为了求得最优解,在最优中继节点选择策略中使用了穷举算法,此方法计算复杂度会随着中继节点数目增加而大幅上升.在此基础上,提出了改进的中继节点选择策略,该策略先使系统的平均误码率最小,之后再使目的端中断容量最大化.仿真及分析结果表明,该策略除了能达到与最优算法类似的吞吐量之外,复杂度也大大降低.     

双向放大转发中继链路的能效

研究了一个双向数据传输的3节点中继链路,在考虑基带和射频电路功耗情况的同时,利用放大转发中继协议,在误码率小于给定值时分析调制速率对能效的影响.推导了射频电路的最小发射总功耗,以及基带电路功耗与调制速率相关时能效性能的函数表达式.利用数学优化方法解决了构建的优化问题,分析了调制速率对能效的影响,并进行了仿真验证.     

基于最大信号干扰噪声比的无线再生中继系统合并方案

为了提高无线再生中继系统的传输性能,提出了一种最大信号干扰噪声比(信干噪比)合并方案.通过引入归一化相关系数,推导出了源节点-中继节点-目的节点两跳传输链路的端到端等效高斯链路表达式,以及最大信干噪比合并权向量.由于考虑了中继节点的判决可靠性,最大信干噪比合并方案能提供更准确的软信息,获得更好的误码率性能.数学分析表明,该方案适用于各种调制方式.仿真结果验证了其相对于现有合并方案的性能优越性.     

基于QRD和SIC检测的多入多出中继网络分布式波束形成方案

摘要：
考虑多天线多中继两跳半双工无线网络,基于AF协议提出了RZF和IRZF MF 2种分布式波束形成方案.在中继节点,前者使用RZF技术进行接收和发射波束形成,后者分别使用IRZF和MF技术进行接收和发射波束形成.仿真结果显示,在瑞利信道下,2种方案与现有的MF RZF方案性能相当;而在莱斯信道下,文中RZF方案性能最优,但需要较高的计算复杂度.相对于除RZF方案的其他方案,IRZF MF实现了系统容量增益,并且其计算复杂度低于RZF方案.
关键词：
多输入多输出; 放大转发中继; 分布式波束形成; 正则化迫零预编码; QR分解
中图分类号： TN 925
文献标志码： A     

瑞利信道下基于增量中继的放大转发机会选择性能分析

为一步提高协同通信的平均频谱效率性能,采用增量中继的方法对放大转发机会选择中继节点选择策略进行了改进,并针对Rayleigh衰落信道,推导了当目的节点分别采用最大比值和选择合并方式时,基于增量中继的放大转发机会选择策略的中断概率和平均频谱效率的性能下界。采用MATLAB软件对系统性能进行了计算机仿真,仿真结果验证了理论分析的准确性。结果表明,当目的端节点采用最大比值合并和选择性合并方式时,采用增量中继可较大提高机会选择中继节点选择策略的平均频谱效率性能。     

基于地面中继的卫星通信系统性能分析

研究了基于地面中继的卫星通信系统的上行链路性能,其中用户到地面中继的信道服从Rayleigh分布,而地面中继到卫星的链路服从一般化κ-μshadowed分布.首先得到了放大转发机制下的端到端等效信噪比,使用特殊函数推导了系统中断概率的准确闭合表达式,给出了系统在不同的调制方式下的平均误码率计算公式.最后通过Monte Carlo仿真验证了所推导公式的正确性,并揭示了信道参数和系统参数对基于地面中继的卫星通信系统性能的影响,为实际系统设计提供有益参考.     

一种增强型选择放大转发机会协作分集协议

针对协作分集系统中放大转发协议存在的噪声放大问题,提出了一种增强型选择放大转发机会协作分集协议.该协议首先在多个中继中选择最优的中继,然后目的节点对源节点第1步广播的信息做出成功、半成功和失败3种反馈,源节点和最优中继节点根据反馈信息分别采取非协作传输、源节点重传和中继放大转发3种方式,由于加入了源节点重传,因此减少了中继放大转发次数及噪声的放大.理论分析和仿真结果表明,当中断概率为10-3、中继个数为4时,与增强型放大转发机会协作分集协议相比,该协议约有0.4dB的信噪比增益,并且达到了和理想分布式空时码相同的分集-复用折中.     

瑞利信道下全双工中继系统性能研究

针对全双工(full-duplex)中继系统,研究了瑞利信道环境下解码转发(decode-and-forward)全双工中继系统性能。综合考虑了数据传输过程中可能会发生的平均数据包错误率,以及全双工中继接收端与发射端可能产生的自干扰影响,推导出以源节点和中继节点调制等级为变量的端到端系统稳定性表达式,利用该表达式能进行中继的选择以及该系统好坏的判定,最后通过matlab仿真验证了全双工中继系统在5 dB信噪比条件下比半双工(half-duplex)中继系统性能提高了11%.     

能量采集多天线中继网络中基于人工噪声辅助的安全传输方案

针对多天线中继系统中继节点面临的可用能量受限问题和存在的严重信息泄露隐患,提出了一种基于能量采集技术的联合中继波束成形和多天线友好干扰机协作干扰的物理层安全传输方案.首先,构建基于放大转发（Amplify-and-Forward, AF）模式的多天线协作中继网络,其次,中继节点和友好干扰机在时隙切换（Time Switch, TS）策略下进行能量采集和保密信号传输.接着,以系统保密速率最大化（Secrecy Rate Maximization, SRM）为目标,在满足中继节点和友好干扰机采集能量约束条件下,联合设计出最优中继信号传输波束成形矩阵、人工噪声（Artificial Noise, AN）协方差矩阵和时隙切换系数.然而,由于条件约束,导致该SRM问题为非凸问题,故通过结合半定松弛（Semi-Definite Relaxation, SDR）技术以及拉格朗日对偶理论,设计出一种双层优化算法求得最优解,并且,为了降低复杂度和对比方案性能,给出了一种基于迫零预编码的次优传输方案.最后,仿真结果表明,所提方案能够显著提高系统保密性能,具备一定抗窃听攻击能力.     

基于瑞利衰落信道的MISO-CDSK通信方案及其性能分析

为了提高混沌通信的可靠性,提出多输入单输出相关延迟键控（MISO-CDSK）,并且推导出该方案基于瑞利衰落信道的误码率公式.通过在发射端设置多根独立的天线,该方案能够克服信道衰落问题.理论分析和仿真表明：与CDSK相比,MISO-CDSK误码性能更好;对于给定的平均信道增益,该方案误码率随着Eb/N0值的增加而降低;对于给定的Eb/N0值,该方案误码率随着平均信道增益的增加而降低;对于不同的Eb/N0值,选择合理的扩频因子能够实现该方案误码性能最优化.     

分布式无线通信系统中STBC和V-BLAST的组合方案

在分布式天线分簇放置的单用户分布式无线通信系统中,为了有效地实现下行分集与复用的折中,提出了一种空时分组码(space-time block code,STBC)和垂直分层发送方案(vertical bell-labs layered space time,V-BLAST)的组合方案。在发送端根据反馈的发送相关矩阵的特征值,提出了天线选择和功率、速率分配的方案,使得系统误符号率(symbol error rate,SER)的上界最小。仿真结果表明:不同方案实际SER性能之间的关系和通过SER上界得到的关系完全一致。该方案简化了下行发送方案的设计,适合于实际应用。     

基于空时分组编码的OFDM系统频率分集方案

增加发送或接收天线的个数可以提高无线通信系统分集增益和性能,但通过增加天线个数往往会大大增加系统的尺寸和成本,尤其是对于接收端显然是不现实的.针对空时分组编码正交频分复用(STBCOFDM:Space-Time Block Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统提出频率分集方案,在相同符号错误率(SER:Symbol Error Rate)条件下,利用频率分集无须增加发送天线的个数.分析了该方案成对错误概率(PEP:Pairwise Error Probability)的上限值,给出了系统的编码增益和分集增益.结果表明,该方案可同时获得频率分集和空间分集增益.仿真实验证实了该方案在10-3符号错误概率条件下,与2发1收的STBC-OFDM系统相比,信噪比增益提高3 dB,与4发1收的STBC-OFDM系统具有几乎相同的误码性能.     

两跳OSTBC传输的通信性能分析

考虑信源有多根天线、中继和终端均只有单根天线的两跳中继转发系统。为了获得空间分集,信源利用了正交空时分组编码的发射策略。为了尽可能简化中继配置的复杂度,中继采用固定增益放大转发的协议。导出了瑞利衰落下系统中断概率和误码率的封闭表达式,并通过计算机仿真和数值结果的比较,验证了理论导出表达式的精确性。     

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。     

重叠Nakagami-m信道协作通信最优功率分配方案

为了解决重叠Nakagami-m信道衰落模型下中继译码转发协作通信系统中源与中继间由于等功率分配(EPA)造成的功率资源浪费问题,提出了一种基于渐近误符号率(SER)最小准则的最优功率分配方案(OPA).首先分析系统渐进SER解析式,在典型应用场景下对其进行进一步简化,然后将简化的系统SER作为目标函数,总功率受限作为约束条件,将功率资源分配抽象为典型的条件受限凸优化求解问题,最后利用拉格朗日乘数法对此凸优化问题进行求解,从而得出在总功率资源受限时典型场景下重叠Nakagami-m信道协作通信系统的最优功率分配方案.仿真结果表明:相较EPA方案,在较大的信噪比区间内及相同的信道条件下,OPA分配方案均能获得约1 dB的信噪比增益,且获得的实际信噪比增益与理论推导值一致.     

跳时M元双正交脉冲位置调制超宽带通信性能研究

针对目前超宽带（UWB）通信调制方式传输效率低下、误码率过高的问题，提出了采用跳时M元双正交脉冲位置调制（TH—MBPPM）改善系统性能的方法．TH—MBPPM方法将需要传送的多个信息比特分别调制到信号的幅度和位置上，同时在信号中加入伪随机跳时码，解调端采用概率密度函数的方法对各匹配滤波器输出端的多址干扰成分进行精确的计算，将所有干扰信号建模为高斯白噪声并根据最大似然准则对接收的信号进行判断，得到了系统误符号率的封闭表达式及其简化的计算表达式，该表达式精确地反映了系统的误符号率性能且计算复杂度较低．与跳时M元正交脉冲位置调制UWB通信系统相比，TH-MBPPM方法误符号率更低，且系统复杂度降低了50％。     

Nakagami衰落信道中STBC码的性能估计

基于Alamouti提出的BPSK调制下空时分组码在Rayleigh衰落信道中的码性能原理,推导出高阶调制方式下Nakagami衰落信道中空时分组码的符号差错率的最小距离球界,仿真分析了两信道下引入空时分组码的多天线系统中发射和接收天线分集增益,发射天线数量的“地板效应”．     

Transmit Antenna Selection with Power and Rate Allocation for Spatial Multiplexing in Distributed Antenna Systems

Introduction Future mobile and wireless applications will require significantly higher data rates and significantly-reduced costs per transmitted bit as compared to the third generation systems.However,single antenna sys-tems cannot meet the requirements …