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。     

全双工双向中继系统的功率分配方案

提出了最大化系统的频谱效率(SE)和能量效率(EE)两种功率分配方案.EE优化问题用迭代算法求解,首先运用分式规划的方法把优化问题转变成易求解的非分式优化问题,然后运用Dinkelbach算法求得用户节点的最佳功率,再运用一维搜索求得最佳中继放大系数,最后利用迭代算法求得EE最大值.SE优化问题同样用迭代算法求解.仿真结果显示,针对不同目标函数的两种功率分配方案分别提高了系统的EE和SE,同时迭代算法能够快速收敛获得最优解.     

全双工中继协作下认知MIMO系统的自干扰收集

针对传统基于能量收集的全双工认知多输入多输出(MIMO)系统忽略自干扰对提高能量利用率的作用问题,建立了基于全双工MIMO的认知中继网络,通过能量收集技术进行自干扰收集.研究了系统能量效率最大化问题,在满足中继发送功率限制等约束条件下,对传输信号协方差和功率划分因子进行联合优化.利用半定松弛算法将系统优化问题转化成凸优化问题,并结合注水功率算法分析得到最优解.仿真结果表明:与传统自干扰消除模式相比,所提方案在保证系统频谱效率的同时,系统能量效率还可提高13.9%;在自干扰收集模式下,与系统容量最大化方案相比,所提方案每传输1 bit信息可降低近0.1 J的功率消耗.     

大规模MIMO多用户双向中继系统的物理层安全性能分析

对大规模多输入多输出(multiple input and multiple out,MIMO)多用户双向中继网络的物理层安全性能进行分析。系统模型中假设窃听节点可以获取第一跳用户发送信号和第二跳中继发送信号,分析大规模MIMO中继采用最大比合并和最大比传输信号处理时的系统保密速率,进一步推导出中继天线数趋于无穷时的系统渐近保密速率表达式,并进行仿真验证。理论分析和仿真结果显示,即使在不采用专门的物理层安全技术时,大规模MIMO双向中继系统也能获得可观的保密速率。证明即使当窃听节点具备多用户干扰消除能力时,通过设置合理的用户和中继发送信号功率,大规模MIMO双向中继系统仍然具有较好的物理层安全性能。     

储能发送模式下全双工双向中继系统的和速率优化

针对一类中继能量受限的放大转发全双工双向中继系统,提出了一种基于储能-发送模式的无线信息与能量同时传输方案.该方案在满足中继收集能量和节点传输功率等约束下,通过联合优化传输功率与时间切换系数等参数实现系统的和速率最大化.此优化问题在数学上是非凸的,很难或不可能求得其最优解.为此,首先提出分别优化传输功率和时间切换系数,然后利用收敛迭代方法求得原问题的次优解,最后,仿真结果验证了所提方案的有效性.与现有算法相比,所提联合优化算法能够显著提高系统的和速率.     

卫星通信系统双向中继转发自干扰消除算法

针对卫星通信系统频谱资源日益紧张、邻带干扰难以消除的问题,提出了一种双向中继转发自干扰消除算法。该算法对地面通信站上、下行频带采用相同的匹配频带,并通过中继卫星进行放大转发实现频率复用;利用地面通信站对自身发射信号已知的特点,通过延时寄存器对自身发射信号进行多抽头采样,然后根据各抽头采样对接收信号的干扰影响,对抽头采样进行加权处理并赋予不同权重,以减小自身发射信号的干扰;最后采用网络栅格方案对剩余信号进行解码。该算法可依据不同的信号调制方式和码延时长度动态调整网络栅格的大小,在保证误码率的情况下,能有效降低解码复杂度,从而缩短卫星通信链路的建立时间。仿真结果表明,与基于全网络栅格方案的双向中继转发通信相比,在16APSK调制下误码率为10-3时,信噪比为27dB,但解码复杂度只相当于全网络栅格方案的10%。     

双向中继网络多对大规模MIMO系统安全性研究

在配备有大量天线的多对大规模多输入多输出(MIMO)系统中,研究了多个用户通过双向中继网络交换消息的安全问题.首先,推导出用户的安全容量表达式;然后,通过分析结果,讨论信道容量、天线数和用户对数之间的数学关系,得出系统安全容量的近似表达式.仿真结果表明:当中继的传输功率和用户发射功率远远大于噪声功率时,安全容量与天线数量成正比,与干扰用户对数成反比.     

双向中继网络编码系统的迭代干扰抑制研究

在双向中继去噪转发(denoise and forward,DNF)网络编码的多址接入系统中,相互通信的配对用户共用一个多址资源块,使多址接入系统中用户之间的多址干扰减少一半,并设计了DNF网络编码中配对用户共用扩频码的通信模式.通过对DNF网络编码系统多址接入时不同配对用户的干扰进行建模,提出了基于Turbo迭代干扰抑制算法.通过仿真验证了使用DNF网络编码时,用户对共用多址接入资源块的可行性,相应的干扰抑制算法的有效性,以及对系统性能带来的提升.     

大规模MIMO系统中的双向搜索天线选择算法

大规模MIMO(Massive MIMO)拥有众多天线,如果按照传统的方式配备等量的射频链路,势必会大幅度增加硬件成本及系统复杂度.天线选择技术能够在不损害多天线系统优势的前提下,使射频链路成本明显下降.天线选择的主要方法其思想是在全部天线中选出部分天线传输数据,从而使射频链路成本不再成为限制因素,在实际的无线信道中,信道状态变化多样,为了达到所需性能指标,通信系统需要选择不同数目的天线进行数据传输,而现有的天线选择算法往往只适用于固定天线数的场景.本文针对多变的信道状态,基于递增选择算法与递减选择算法提出了双向搜索天线选择算法,能够灵活应对不同的天线数需求,并且保持了较低的计算复杂度.     

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％.     

双向中继系统阀值速率影响分析

为了更好地分析阀值速率不对称对实际双向中继系统性能的影响,提出了阀值速率比因子性能分析法.该方法首先根据2个方向阀值速率定义了阀值速率比因子,然后求出系统性能表达式作为阀值速率比因子的函数,并根据函数研究该因子对性能表达式的影响,从而得到阀值速率不对称对系统性能的影响.使用该方法对Nakagami-m衰落下的系统中断概...     

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%.     

双向中继信道中用户和中继协作干扰管理算法

针对目前提出的大部分双向中继信道中干扰对齐算法得到的结果通常不是系统全局最优解的问题,通过用户协作和中继协作设计预编码矩阵实现干扰对齐算法,优化整个系统的总速率性能.此外,分别通过用户和中继协作功率控制将干扰当作噪声处理,实现双向中继信道中的干扰管理.仿真结果表明:用户协作和中继协作干扰管理算法的系统整体性能都较好,当中继节点发送功率较大时,用户协作模式系统的总速率性能优于中继协作模式的.     

全双工相控阵天线收发隔离分析

雷达和通信系统在系统组成上具有较大相似性,为雷达通信一体化设计提供了可能性。根据全双工通信系统收发同时工作特点,对雷达通信系统常用相控阵天线进行收发隔离分析。提出了收发隔离设计考虑要素,结合案例给出了收发隔离详细计算过程,并推广至多通道相控阵天线收发隔离设计,可用于指导全双工相控阵天线工程设计实现。     

一种双向中继系统中的中继处理方案

研究了在放大转发模式下多中继双向中继系统的中继处理方法,提出了一种基于MMSE准则的中继处理方案.在所有中继总发送功率受限的条件下,文中通过拉格朗日乘子法找到能使双向链路的和均方误差最小的中继处理矩阵,且给出了一种减小计算复杂度的简化方法.仿真结果表明,提出的中继处理方案可以获得比其它方案更低的误码率和更高的传输速率.     

直达链路下的多用户分集与全双工中继系统

针对多目的地传输网络,研究基于时间切换协议的全双工协作中继方案.考虑源和每个目的地之间存在直达链路,中继采用天线选择技术以实现最小化自干扰,目的地采用最大比合并技术以实现最大化接收信噪比.运用高斯-切比雪夫积分和次序统计量,推导出4种目的地选择策略下的延迟受限吞吐量近似闭合表达式.数值分析和蒙特-卡洛仿真结果表明:最佳吞吐量取决于协议的时间切换比和源功率分配比;与其他3种策略相比,最佳目的地选择策略更适用于分布式多用户选择网络;提高源发送功率或增加目的地个数均能显著提升系统吞吐量性能.     

多小区全双工分布式天线系统的能效资源分配

针对多小区全双工分布式天线系统(DAS),提出了高能效的资源优化分配策略。所提策略在保证用户服务质量(QoS)需求的前提下,通过联合优化上下行波束赋形因子、用户发射功率和远端天线单元(RAU)选择来最大化系统能效。首先,把优化问题重新规划为一个秩约束的半正定规划问题,通过分式规划将目标函数由分式形式转化为减法形式,引入惩罚函数来处理整数变量,采用半正定松弛,提出了一种需要解决内部优化问题的迭代资源分配算法;然后,利用层次分解和连续凸逼近,将内部非凸问题转化为一系列凸优化问题循环迭代求解。仿真结果表明,文中提出的算法可以很快收敛,并且和其他基准算法相比可以极大地提升能效。     

基于网络编码的双向中继系统中断性能分析

研究了频率非选择性瑞利衰落信道中,基于网络编码的双向中继系统的中断性能问题。基于放大重传(Amplify-and-Forward,AF)和联合解码重传(Joint Decode-and-Forward,JDF)机制,在瑞利衰落信道环境下,通过理论分析得出一般情况下的节点和系统中断概率解析式。在此基础上完成了数值仿真实验,结果表明在小信噪比情况下,JDF的中断性能优于AF系统;在大信噪比情况下,AF的中继性能将超过JDF系统的中断性能;随着信噪比以及信道不对称度的增加,AF和JDF系统的中断性能将趋于相同。此外,研究还发现,当速率大于0.5 bit/s.Hz时,JDF系统的中断性能急剧下降。     

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%.