协作通信系统中继功率分配算法的研究

研究了协作通信系统中功率分配的问题,主要研究了固定放大转发协议下单中继系统的功率分配.首先对系统的误码率进行了推导并以最小化系统的误码率为目标对优化问题进行了定义;其次引入惩罚因子将有约束的最小误码率优化问题转化为无约束优化问题进而建立新的目标函数;最后提出了人工鱼群和粒子群相结合的算法对系统优化问题进行了求解.仿真结果表明所提算法提升了系统的性能并降低了计算复杂度.     

多源多中继协同通信的快速中继选择算法

针对多源多中继协同通信系统的中继节点分配算法(ORA)复杂度较高和带宽消耗较大的问题,通过构建增益函数降序排列的候选中继集合降低检索次数,提出了一种快速中继分配算法(FRA).同时为了提高系统总容量,通过中继节点之间选择性的再转发信号进一步优化接收端的信噪比,给出了一种优化系统容量的方法(OCA).仿真结果表明:FRA可以降低中继选择的复杂度和带宽消耗,同时OCA可以提高系统的总容量.     

采用随机酉矩阵调制的协作分集传输算法

针对分布式空时编码的最大比合并算法(MRC-DSTC)中处理矩阵存在零矩阵的问题,提出了采用随机酉矩阵调制的协作分集传输算法(RU-CD)。在中继节点,该算法首先利用随机生成的酉矩阵对中继节点各个天线上的接收信号进行处理,并通过正交扩频码序列将多个时隙的信号线性合并,随后再通过共轭处理使得中继发送的信号仅占用2个时隙传输;在目的节点,该算法可以利用复信号特性进行解码,实现发送信号实部和虚部的独立解码,因而降低了解码复杂度。仿真结果表明,在系统具有单中继节点以及2个中继节点的条件下,RU-CD算法分别比MRC-DSTC算法的误比特率降低了3dB和5dB左右。     

基于增强蚁群优化算法与排序的 MIMO 检测算法

基于最大似然比的多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)检测算法的计算复杂度随着天线阵的规模呈指数级增加,提出一种计算复杂度较优的MIMO检测算法.采用基于对数似然比的排序QR分解技术将信道矩阵分解为正交矩阵与上三角矩阵,相应地修改信号的发射顺序,降低错误判断引起的错误传播效应;为传统人工蚁群优化算法的信息素更新策略引入负信息素概念,有效地控制系统的拥塞;根据优化路径的距离积累了信息素.该方法设计了基于负信息素的信息素更新策略,增加MIMO系统的拥塞控制能力,考虑信道的衰落本性,基于路径的距离积累信息素.为了测试该算法的性能,进行了多组对比实验,结果表明,误码率性能优于其他智能优化算法,且对于64×64等大规模天线阵,该算法的计算复杂度随天线规模增长较小.     

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.     

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.     

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.     

协作机会波束成形门限算法及性能界分析

节点参加协作波束成形会增加复杂度和能耗,因而中继处理方法和协作区域的选择对整个协作网络非常重要.协作机会波束成形算法,仅选择部分节点发送信号使得目的节点接收信号近似相干叠加,降低了实现复杂度,但最优节点选择矢量的计算复杂度随中继节点数呈指数增加.为了降低计算复杂度,提出了协作机会波束成形的门限算法,并讨论了最优协作区域的大小.理论分析表明,目的节点接收信噪比随节点密度线性增加,且最优协作区域仅覆盖源节点周边有限区域.     

协作通信系统中的一种高效分集传输技术

研究协作通信系统中结合空时分组码与频域均衡的传输方案,采用判决反馈与干扰抵消等算法对该方案进行优化. 中继节点对发射信号进行空时分组编码后发送,接收机将收到的信号做快速傅里叶变换处理,再进行空间-频域的联合均衡,最后变换回时域判决,即可得到发送信息的估计结果. 该方案可获取中继提供的协作分集增益,且频域处理复杂度很低. 本文通过判决反馈和干扰抵消等信号处理手段降低均衡过程带来的信噪比损失,提高了该算法在协作通信信道下的传输性能,计算机仿真结果表明,当信噪比为12 dB时,新算法可将原算法的误码率从10-2以上降低到10-3以下.      

多中继物理层网络编码系统加密设计及安全性能研究

多中继通信系统信息传输过程复杂,存在吞吐率下降、误码率高、安全性能差等问题.针对以上问题,提出多中继物理层网络编码系统与密钥加密技术联合设计的解决方案.首先,阐述三中继双向物理层网络编码系统加密传输的工作机制;然后,构建三中继物理层网络编码与LDPC码、加密算法联合通信模型,设计适应多路信号叠加的中继映射解决方案,推导出该系统的置信传播译码算法公式.实验仿真结果表明,采用的密钥加密技术能有效保证系统数据传输安全性,降低因多中继系统信息传输与信道窃听带来的性能损失;同时,LDPC编译码提升了该系统的译码准确率,系统解密能力得到改善,从而有效提高了多中继通信系统数据传输的有效性、可靠性.     

一种在宽带无线网络环境下的协作分集方法

协作通信可以使单天线的移动终端共享它们的天线而产生虚拟多发射天线阵列以获得发射分集.提出了一种在频率选择性衰落信道条件下的协作分集方法,信宿不仅利用转接节点转发的信号而且还利用了信源直接传来的信号来进行解码.通过计算机仿真,比较了考虑信源到信宿的直接传榆的协作方法和未考虑信源到信宿的直接传输的协作方法的误比特率性能.结果表明,考虑信源到信宿的直接传输可提高系统的协作分集增益.     

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DTN路由算法

针对DTN长延时、高动态拓扑、节点分布稀疏、频繁断路等网络特性,提出一种基于存储-携带-转发机制的DTN路由算法.该算法的源节点不以建立到目的节点的路由为发送数据的前提,而是在通信范围内选择与目的节点之间传输概率最大的节点,作为数据中继节点,中继节点存储数据,遇到目的节点或更优中继节点进行数据转发,经过逐跳携带转发,最终到达目的节点.在存储-携带-转发过程中,充分利用网络频繁变化的特点,针对到目的节点或更优中继节点的短时局部连通路径,采用Ad Hoc网络路由策略,提高效率.通过NS2仿真表明:所提出的算法具有较好的性能,适合在DTN中应用.     

Space-time spreading and space-time coding for correlated frequency-selective channel in the presence of interference

The space-time spreading (STS), superimposed training sequences and space-time coding (STC) are adopted to obtain a closed-form of average error probability upper bound and maximum likelihood estimation expression for multiple input and multiple output (MIMO) correlated frequency-selective channel in the presence of interference(colored interference). Moreover, the correlation at both ends of the wireless link that can be incorporated equivalently into correlation at the transmit end is derived. Finally, the mean square error (MSE) of the maximum likelihood estimate is also derived.     

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.     

Joint Source and Relay Precoding/Beamforming Algorithm for OFDM Multi-user Cooperative Relay Systems

In order to reduce the feedback load of multi-user orthogonal frequency division multiplexing （ OFDM ） -based wireless systems, a practiral limited bits feedback precoding algorithm is proposed with direct source-destination link based on amplify-and- forward cooperative relay network under frequency selective fading channels. Using joint minimum mean square error（MMSE） filter, the receiving decoding matrix is designed for each user in the paper. Source precoding （beamforming） matrix is optimized with convex function of weight mean square error （MSE）. Relay precoding matrix is obtained under MSE decomposition and convex optimization. The precoding matrix index is fed back for clustered subcarrier of OFDM with limited feedback. Then using interpolation algorithm, all precoding matrices are achieved at base station （BS） and relay nodes. Simulations indicate the effectiveness of the proposed limited feedback joint precoding and beam_formlng design. The proposed method can improve bit error rate （BER） performance and obtain better sum-rate performance in contrast to existing algorithms. It displays the BER performance is close to that of the unquantified precoding feedback method.     

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.     

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。     

无人机网络中基于位置预测的最优中继选择

为了解决无人机（UAV, Unmanned Aerial Vehicle）协作通信网络在完成任务时由于高机动性而会影响链路状态的问题,提出了一种基于UAV位置预测的信道中继选择算法。根据卡尔曼算法预测出UAV下一时刻的位置,提前判断链路优劣性,使更换UAV中继节点的时机更为精准。通过UAV源节点到UAV中继节点以及UAV中继节点到UAV目的节点的瞬时信道状态信息（CSI, Channel State Information）选出备选UAV中继节点集合。最优的备选UAV中继节点由贪婪算法计算而得。仿真结果证明了此方法的有效的性,链路中断的概率比随机选择算法降低了10%,且链路更加稳定。     

两跳多中继网络中改进的前向放大中继策略

单源单宿多中继多天线系统中,中继总功率受限的最大化系统传输速率问题为非凸优化问题.针对此问题分别提出TFSA (Target Function Simplified Algorithm)和CCSA（Constrain Conditions Simplified Algorithm）两种优化算法.TFSA通过缩放信道矩阵与其共轭转置矩阵乘积的特征值使此问题成为凸优化,并使用传统凸优化方法获得其最优数值解;CCSA通过缩小此优化问题的约束集并转换自变量使之成为凸优化,再利用拉格朗日算法获得其解析解,能够实现算法复杂度和系统性能的折衷.实验仿真表明,TFSA算法能逼近最优算法实现的系统性能; CCSA与已有算法比较获得了一定的速率增益,且实现复杂度低.