下行链路NOMA中继网络功率分配策略及性能分析

非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)技术可以在有限的信道资源内,容纳更多的用户,有效提升频谱效率.针对下行链路NOMA中继网络,推导得到系统中断概率以及遍历容量的闭合表达式.为了最小化系统中断概率,研究了功率分配问题,并分析功率分配因子以及用户的目标数据速率等网络参数对系统性能的影响.最后,蒙特卡洛仿真验证了理论结果的正确性.     

基于极大似然比频谱检测的认知无线电子载波分配算法

在认知无线电多载波调制系统中,子载波分配是实现主用户与认知用户频谱共享的前提.研究了认知OFDM中基于极大似然比检测(MLD)的子载波分配算法,认知用户采用MLD模型对主用户频谱使用情况进行分布式检测,利用频谱检测信息动态分配子载波,通过认知基站对认知用户子载波频谱感知信息进行融合判决.推导了MLD模型的判决区域上下界阈值、检测概率与虚警概率,并与能量检测进行性能比较.仿真结果表明,相对于能量检测,MLD判决阈值与子载波平均接收信噪比(SNR)有关,检测性能自适应信道变化.MLD用于CR多载波调制中的子载波分配,可明显提高认知OFDM子载波频谱感知性能,从而达到高效利用频谱资源,实现"绿色通信".     

基于用户QoE的室内可见光通信系统接入策略

在可见光通信网络室内场景中,针对用户难以选择合适的发光二极管进行接入从而实现高质量流量服务的问题,以用户为中心,引入系统性能指标:用户体验质量(QoE).以QoE概率覆盖模型为基础,提出基于用户QoE优化的贪婪接入算法.通过MATLAB进行仿真,将贪婪接入算法与就近接入方法在用户数量、覆盖概率、接入阈值、接收视角等方面...     

认知无线电网络中动态频谱分配策略的收费方案

针对认知无线电网络中的动态频谱分配策略,考虑次级网络的响应性能,令中断传输的次级用户数据包立即离开系统.通过构造个人收益函数,基于可观察排队情形,给出均衡状态下系统中次级用户数据包的数量阈值,并建立一个带有传输中断的有限容量排队模型.基于Poisson 过程,建立转移率矩阵,导出次级用户数据包的平均响应时间,系统吞吐量和频谱切换率等性能指标.为了实现动态频谱分配的社会最优,面向次级用户提出频谱接入的收费方案,并给出该收费方案的数值结果.     

MIMO下行链路低反馈开销双阈值机会传输

针对多用户多输入多输出(MIMO)下行链路,提出一种降低反馈开销的双阈值机会传输策略.该策略采用双阈值判断机制,其中严格阈值用于降低反馈开销,宽松阈值保证系统具有低的中断概率.在每个时隙,仅信道质量满足阈值要求的用户向基站反馈信息.基站根据所获信道信息从候选用户中选择一个进行通信.此外,各用户进行自适应通信方式,包括波束成形和空分复用,使反馈开销动态变化,有效利用发射功率,改善通信性能.理论分析和仿真结果表明,该策略能够显著降低反馈开销,获得高的吞吐量和好的中断性能.     

全双工多中继网络的中断分析与中继决策

为了降低无线通信的中断概率,改善无线网络的通信性能,针对含有多个用户节点与中继节点的全双工无线网络,在考虑聚集干扰与节点自干扰的前提下,分析了网络的中断性能并设计了相应的中继决策方案.首先,基于Nakagami-m衰落信道条件和放大转发中继策略对网络进行中断概率分析,并求解出相应的闭合表达式.然后,基于最大带权匹配的思想,根据用户节点对中继节点的渴求度提出一种最小化系统中断概率的最大渴求度匹配算法(Maxi-mum Craving Matching,MCM)来实现中继决策.最后,通过蒙特-卡罗仿真模拟了不同系统参数条件下系统中断概率变化情况,并验证了MCM算法的有效性.仿真结果表明,提升节点发射功率能降低系统中断概率,但其改善效果在达到某一特定值后趋于饱和状态,此后继续增加功率对中断性能不再有改善作用.饱和状态下,与现有部分中继选择算法相比,采用MCM算法的系统中断概率会降低约4％～7％.     

双向中继系统的中断概率及功率分配策略

研究了Nakagami-m衰落信道下双向中继系统的中断性能,首先推导了中断概率的下界,并将通过Monte Carlo仿真得到的中断概率与此理论中断概率的下界进行了对比,结果表明仿真值非常接近于理论值;其次,考虑在系统总功率受限的情况下,以最小化系统的中断概率为优化准则,提出一种基于信噪比平衡的功率分配方法,此方法使得2目的节点能根据已知瞬时信道状态的变化自适应地调整发射功率,仿真结果表明基于该方案的中断性能明显优于基于等功率分配方案的中断性能.     

基于SWIPT的协作中继系统动态时间分配策略

无线信息与能量同步传输技术为通信系统中能量受限型节点提供了解决方案,可延长节点生命周期。为研究时间分配对系统中断性能的影响,针对采用解码转发策略的SWIPT协作中继系统,研究构建系统信道容量模型,在满足系统最低传输速率的约束下,提出一种中继动态时间分配策略来优化传输。该策略首先对系统目的端节点的中断概率进行分析,推导得出系统中断概率与时间分配系数之间关系的表达式,然后以最小化中断概率为目的构建优化求解模型,利用迭代算法得到问题的解。仿真结果表明,与现有的传输策略相比,动态时间分配策略可以显著减少系统中断概率,能较好地改善系统传输性能,保障系统的可靠运行。     

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.     

正交频分多址系统中最低速率限制下的自适应载波分配

针对用户有最低传输速率要求的正交频分多址系统中,传统资源分配算法频谱利用率低的问题,提出了一种自适应载波分配算法.该算法根据用户最低传输速率的要求、信道状态和当前载波分配状况,确定子载波分配给用户的效用,进而将子载波分配给可以带来最大效用的用户.该算法综合考虑了效率和公平性,从而显著改善了系统性能.仿真结果表明,当用户数不超过系统负载时,与效率和公平分开考虑的算法相比,所提出的算法频谱效率可提高10%,系统负载在同样中断概率下可提高60%.     

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.     

Dynamic selection scheme for cooperative relay under high mobility environment

The mobility of relay has great influence on the performance of a cooperative relay system.This paper proposes a dynamic selection scheme under the amplify-and-forward communication mode in high mobility environment,based on the estimation of channels and the power allocation for each relay node by comparing it with the pre-set threshold.This scheme is used to choose the cooperative relay dynamically for a multiple relay scenario.Simulation results show that this proposed relay selection scheme decreases the outage probability effectively,maintains system capacity well,and improves the performance of the relay system.     

可重构智能表面辅助传输的电力通信中继系统性能分析与功率优化分配

利用电力线通信和可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助传输可提升室内电力物联网的边缘覆盖能力,有必要研究信道、RIS部署和功率分配等对系统性能的影响。针对电力线接入和分布式RIS辅助传输的混合通信场景,采用对数正态分布的电力线衰落模型、多个RIS模块独立且不同参数的Nakagami分布无线衰落模型,推导了系统中断概率和误码率等理论性能;考虑信道估计算法精度对系统性能的影响,采用矩生成函数近似等算法建模分析了非理想信道估计条件下的系统中断概率性能;通过序列二次规划法进行系统功率优化分配,获得最佳功率分配值。仿真验证了理论性能的有效性和准确性,对比分析了RIS数量及位置、双媒质信道参数、功率分配因子等影响中继系统性能的规律,为电力线通信和RIS在电力物联网应用提供了理论和技术支持。     

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.     

超密集异构网络下的系统建模和时域干扰协调分析

采用基于随机理论的空间泊松点过程建立超密集异构网络的系统分析模型.在此模型下,通过分析异构网络中使用小区范围扩展技术和增强型小区间干扰协调技术引起的小区扩展区域和非扩展区域干扰类型不同的情况,分别推论出不同区域的中断概率和频谱效率等性能指标的表达式.针对异构蜂窝网络中存在几乎空白子帧(ABS)时,用户接入选择和资源分配方法过于复杂的情况,提出了一种动态分配几乎空白子帧算法.仿真结果表明:相较于固定几乎空白子帧算法,所提算法在兼顾各区域用户公平性的同时,可以使系统平均遍历容量提升10%~25%,同时也改善了扩展区域内的用户干扰问题.     

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.     

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。     

增量选择解码前传中继系统的二阶统计特性

针对解码中继系统由中继译码错误产生的系统性能降低以及频谱利用率低的问题,提出选择中继和增量中继相结合的增量选择解码前传(Incremental selection decode-and-forward,ISDF)中继系统,并且研究ISDF系统的中断性能,分析系统的二阶统计特性(平均电平通过率和平均中断时间)。在Nakagami-m衰落信道下,给出ISDF中继系统的中断概率、平均电平通过率和平均中断时间的闭合表达式。将ISDF系统与选择解码中继系统进行比较。研究结果表明:ISDF系统明显地提高了系统的性能,降低了中断概率;当切换门限和中断门限相等时,中断性能最优;ISDF系统的平均电平通过率和平均中断时间依赖于切换门限与中断门限的选择;ISDF系统性能受到源到中继链路和中继到目的地链路中较差的链路所限制。     

窃听环境下多源无线协作网络的中继选择与功率分配方案

现有的窃听环境研究大多是针对单源场景,仅考虑一条链路的安全效益,而在多源场景下若只考虑一条链路的性能就会损害其他链路的性能,从而降低整个系统的性能。因此,针对窃听环境下的多源无线协作网络模型,研究了一种中继选择策略与源节点和中继节点的功率分配相结合的方案,提升系统的整体安全性能。仿真结果表明,中继选择和功率分配相结合的方案与传统方式相比,安全中断概率性能可以提高2 dB左右。