多跳中继系统中子载波与功率的分配

以多跳中继网络中的资源分配为研究对象,提出了一种用于两跳中继系统下行传输的子载波与功率分配算法,目标是在总功率一定的条件下使得系统的吞吐量最大.该算法包括三个步骤:首先分配第二跳链路上的子载波,之后进行子载波配对,最后进行功率分配.在功率分配中基于运算复杂度不同提出了最优化功率分配(OPA)与平均功率分配(EPA).仿真结果表明,最优化功率分配的性能要优于平均功率分配,并且当第一跳链路与第二跳链路的信道质量相差不多时进行子载波配对可以有效提高系统性能,此外该算法能够获得多用户分集增益.     

OFDM协作网络中基于组合叠加导频的信道估计技术

针对三节点放大转发(amplify-and-forward, AF)的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)协作中继网络,为了高效获取级联和单跳链路信道状态信息(channel state information, CSI),本文提出基于组合叠加导频的信道估计方案。新方案在源节点和中继节点分别将不同的导频叠加到发送数据上,目的节点利用源导频和中继导频分别完成级联(S→R→D)信道和单跳(R→D)信道的估计。为了消除叠加导频方案中信息符号对于各链路信道估计造成的严重干扰,源导频设计采用发端预处理的数据置零叠加导频(data nulling superimposed pilots, DNSP)方式,并提出了基于协作干扰消除(cooperative interference cancelation, CIC)的中继导频设计方案,新方案一方面借助直达(S→D)链路检测符号来消除中继数据对R→D信道估计的影响,另一方面利用迭代重构来弥补源节点数据失真和提高检测性能。仿真结果表明,新方案在避免训练导频占用带宽开销的同时能获得与传统频分复用(frequency division multiplexing, FDM)导频相近的性能。     

基于多用户反馈的星地协作传输系统性能分析

研究了门限设置反馈条件下多用户星地混合协作传输系统的性能。首先, 在中继端采用放大转发协议和多用户机会调度方案下, 得到系统的输出信噪比表达式。其次, 在卫星链路服从阴影莱斯分布和地面链路服从瑞利分布的情况下, 推导出基于门限设置的信道状态信息反馈下系统的反馈中断概率、遍历容量和平均反馈用户数的闭合表达式。最后, 计算机仿真不仅验证了理论分析的正确性, 而且证明了所提出的基于门限设置反馈的多用户调度方案在性能几乎不变的情况下, 显著降低了系统反馈量。     

基于能量采集的友好干扰机辅助下多中继系统安全传输方案

针对多中继传输系统在同信道干扰下面临的保密信息安全传输和系统节点能量受限的问题，提出了一种联合中继选择和基于能量采集的友好干扰机辅助的物理层安全传输方案。首先，建立基于解码转发(decode-and-forward, DF)中继模式的多中继系统模型。其次，当发射机仅获得部分信道状态信息时，在第一时隙，以最大化系统保密容量为目标，给出了一种最佳中继节点选择策略。同时，友好干扰机基于功率分裂(power splitting, PS)协议从合法信号和同信道干扰中采集能量。在第二时隙，友好干扰机利用采集的能量，向窃听者发送人工噪声，进行协作干扰，从而实现两个时隙保密信息的传输。接着，推导了系统的保密中断概率闭合表达式。最后，利用蒙特卡罗仿真方法分析了发射信噪比、同信道干扰源数目及干扰信噪比等参数对系统保密性能的影响，验证了理论推导的正确性，仿真结果显示所提方案具有更优的保密性能。     

AF-OFDM非对称通信双向中继系统能效优化

针对具有非对称通信需求的单中继协同放大转发正交频分复用(amplify forward orthogonal frequency division multiplexing,AF-OFDM)双向中继系统,提出一种中继能效优化策略。在AF-OFDM双向非对称中继通信系统中,子载波有两种工作模式:单向中继传输和双向中继传输。以系统能效为优化目标,构建联合中继传输模式选择、功率分配和比特加载组合优化模型;采用结构近似优化算法,首先固定子载波分配集合,优化单向中继传输和双向中继传输的功率分配,将原优化问题分解为两个子优化问题求解,然后优化子载波分配集合,利用子载波配对形成的线性结构搜索双向中继传输的最佳子载波数,避免穷举搜索造成的大运算量。仿真结果表明,该能效优化策略能有效提高AF-OFDM双向非对称中继通信系统的能量效率。     

面向深空通信的中继协作喷泉码设计

针对未来深空超远距离通信无法建立有效的点对点链路及大路径损耗、大传播延时等难题,提出了一种基于中继协作网络模型下的喷泉编码转发方案。与现有的空间传输协议相比,喷泉码能够以较低的编译码复杂度为下行数据分组提供前向纠删保护,降低确认重传的次数,有效减少传输时延。在地球〖CD*2〗火星通信场景下,对中继编码协作转发方案的复杂度和能量开销进行了性能评估,并在理论上分析了中继卫星的位置对系统性能的影响。仿真结果表明,中继喷泉编码协作转发方案可有效节约深空环境下通信系统的能量开销。     

基于行空间映射的连续中继网络预编码干扰消除方案

针对转发放大(amplify-and-forward,AF)模式下双路径连续中继(two-path successive relay,TPSR)存在的中继间干扰(inter-relay interference,IRI)问题,提出了新颖的基于行空间映射的中继干扰消除方案。新方案对源节点信号进行交替行空间预编码,从而将接收期望信号与IRI信号映射到不依赖信道的正交子空间,在未知信道下实现IRI和累计噪声的完美消除,从而消除非理想信道估计带来的剩余自干扰和累积噪声对TPSR性能的影响。在这基础上,推导不同信道估计误差下系统平均误比特率（bit error ratio,BER）的闭合表达式和近似表达式,并通过仿真验证理论推导的正确性。通过对比该方案与传统基于信道估计的干扰消除方案在不同估计误差下的检测性能,表明新方案能够完全消除IRI和累积噪声,有效提升连续中继网络性能。     

大规模MIMO中继系统基于LoS的等增益传输方案

在中继分布大规模多输入多输出天线阵列情况下,对莱斯衰落环境中的双向放大转发多对中继系统进行了探讨。为了能有效减轻信道估计负担、提高频谱利用率,首先提出了一个只基于视距(line-of-sight, LoS)分量的线性传输方案。该方案采用实现复杂度低的等增益合并与等增益传输相结合的中继处理。然后分别推导了该方案无功率缩放和有功率缩放情况下的渐近可达速率闭式表达式。与传统的基于全部信道状态信息的线性传输方案比较,该方案更宜在LoS分量较强的情况下得到应用。     

多用户MIMO系统中结合天线选择的协同差分空时传输方案

针对多用户多入多出(MIMO)系统中存在部分信道估计困难的情况,提出了一种新的协同差分空时传输方案。在此方案中引入了一种简单的自适应放大转发中继协议,该协议在中继节点结合了接收选择合并和发送天线选择,仅需要部分信道状态信息(CSI)。得出了最大似然差分检测方法,分析了系统的成对码字差错概率(PEP)性能。仿真结果显示,在相同收发天线数、功率及频谱效率条件下,所提方案比点对点MIMO系统中的差分传输方案获得了更高的分集增益和更好的误比特率(BER)性能。且在高信噪比情况下,还优于采用相干检测的非协同Alamouti传输方案。     

Raptor码在下行协作无线蜂窝系统中的研究

不同于传统的采用固定码率编码的协作中继系统,在发送端不知道信道状态信息(channel state in formation,CSI)时,提出协作蜂窝系统下行链路中使用无限码率Raptor码及分布式空时分组码(distributed space-time block code,DSTBC)的新方案,并研究该方案有效性、可靠性和健壮性的问题。理论分析和仿真结果证明,当发送端不知道CSI时,结合应用Raptor码和DSTBC,即使在低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)环境中仍能降低总传输时间及能量消耗,给无线蜂窝系统带来显著的性能增益。     

一种适用于我国的TDRSS星座方案

提出了一种适用于我国的跟踪与数据中继卫星系统(tracking and data relay satellite system,TDRSS)星座方案。系统以中轨卫星星座为基础,由卫星星座、星际链路和地面信关站组成,可为我国的低轨航天器与地面站之间提供不间断的数据链路。理论分析和仿真结果表明,采用该星座方案的卫星中继系统能全天时覆盖全球低空空域,有较好的对地覆盖特性。     

电力巡检车载无人机协同作业优化

无人机以其安全、灵活和高效的特点已被广泛用于替代传统的人工巡检，但现有的车载无人机和保障车在电力巡检协同作业中面临重重困难，巡检成本较高且效率较低。针对车载无人机电力巡检的协同作业优化问题，构建基于时空网络的无人机与保障车时空路径协同优化模型；以拉格朗日松弛为主要框架，嵌入基于贪心规则的松弛解转换算法，提高模型求解的收敛速度和精度，经数值实验对比验证了该优化方法在求解较大规模问题时的有效性。此外，还通过敏感性分析实验研究无人机电池最大载荷对系统整体运行状态的影响。本研究为提升车载无人机电力巡检系统运行效率和降低管理成本提供科学的决策依据，为有效解决车载无人机电力巡检协同作业难题提供新方法。     

基于不完全信道信息的MIMO双向中继系统线性预编码算法#br#

针对配置两个通信节点的多输入多输出双向中继系统,提出一种基于不完全信道状态信息的预编码设计方案,该方案综合考虑信道估计误差与信道反馈延迟的情况。在中继发射功率受限的条件下,以最小均方误差为准则设计以预编码矩阵为变量的优化问题,提出矩阵分解和联合迭代两种线性预编码算法。矩阵分解法通过矩阵分解推导得到中继矩阵的闭式解;联合迭代法利用迭代算法交替迭代来联合优化预编码矩阵和接收端处理矩阵,直到算法收敛数。仿真结果表明,随着信噪比由0到25 dB逐渐增大,与现有方案相比,矩阵分解法能有效地降低系统的误比特率,联合迭代法能获得最佳的系统性能提升。     

全双工无人机中继系统物理层安全性能研究

针对全双工无人机中继通信系统的物理层安全通信问题,提出一种基于发射功率及无人机飞行轨迹的联合优化方案.在发射功率及飞行轨迹受限条件下,构建最大化系统保密速率的联合优化问题.将无法直接求解的非凹联合优化原问题拆分为发射功率及飞行轨迹优化两个子问题,采用连续凸逼近法将子问题转化为可求解的凹问题,设计迭代算法给出联合优化问题...     

面向多源多目标协作网络的中继选择方法

在多源多目标无线网络中采用最佳中继协作方法时,多个通信对有可能同时选择同一个节点作为最佳中继来进行协作传输,从而导致最佳中继冲突问题,进而对系统的协作性能产生严重影响。为了解决这一问题,提出了两种低冲突的中继选择方法,并将其扩展至功率可分配场景;同时,还提出了一种支持功率分配的分布式选择方法。仿真结果表明,所提方法在保证系统分集增益不变条件下,相比于已有方法,显著降低了中继冲突情况发生,改善了系统协作效果;并在性能接近于最优方法的前提下,有效降低了中继选择方法的复杂度。     

基于物理层安全特征的不可信中继行为预测

中继节点可能存在的不可信行为会影响协作通信系统中物理层安全性。为了预测中继的行为,提出了基于随机博弈的中继不可信动态行为预测方法,获得中继节点合作和自私、恶意等不可信行为的概率,进而预测中继节点的自私以及恶意行为。将遍历安全容量作为博弈收益,研究中继节点行为的物理层安全特征。利用连续时间马尔可夫链捕获中继行为和系统随机状态两者之间的关系,通过实验得到了中继的不可信行为概率,验证了该预测模型的有效性。     

基于单源最优路径的NOMA中继选择与协作传输

目前,在非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)中继通信的研究中,中继用户的选择是随机的,并没有考虑中继节点之间信道条件的差异.为了得到信道条件较好的中继用户,提出一种基于单源最优路径的中继选择策略,从基站广播信号以用户为节点,设定信道参数,寻找最佳传输通路.当信号到达目...     

基于嵌入式码流UEP的有噪信道图像传输方法

针对基于嵌入式码流不等差错保护(unequal error protection, UEP)的有噪信道图像传输,提出了一种码率分配方案(rate allocation scheme, RAS)边信息编码传输方法,分析了其实际可达最优传输性能。首先,给出了考虑RAS边信息传输的信源建模、系统性能评价和最优RAS求解方法。然后,进一步证明了最优RAS具有码率分段的形式,提出了一种有效的基于游程长度编码的压缩编码方法。最后,采用所提出的边信息编码传输方法,分析了不同传输策略下的图像传输方法实际可达最优性能,可得到相应的系统设计准则。     

基于BICM-ID的多址接入协同中继系统的性能研究

为了提高联合网络编码调制在多址接入中继系统的上行链路衰落信道下的性能,提出了在中继节点处使用卷积码与16进制正交幅度调制改进集分割映射星座映射方式相匹配的联合编码调制方式,并在基站处设计了相应的迭代译码解调方案。通过衰落信道下系统误比特率的性能渐近限和外信息转移图的分析,证明了在衰落信道下,改进集分割映射在卷积码迭代译码方案下优于传统格雷映射方式。软件仿真结果也证明了在瑞利衰落信道下,改进集分割映射相对于传统格雷映射方法在误码率为10^-5时获得了4 dB的显著性能增益。     

信道网络编码的联合迭代译码设计

在研究无线网络中物理层网络编码技术的基础上,提出了一种新型的适用于多址中继信道的信道 网络编码的联合迭代译码设计方案,即卷积Turbo码（convolutional turbo codes, CTC）与网络编码的联合迭代译码设计方案。方案中考虑到中继可能存在不能正确译码信源信息的情况,信宿可以有选择地选择合适的先验信息进行译码。仿真结果表明该方案具有较强的纠错性能,同时随着中继点和信宿端的接收天线NR和ND的增多,系统的纠错性能也随之增强,从而表明本文提出的方案广泛适用于多址中继信道环境中。