D2D通信系统中的最优中继选择及功率分配策略研究

在D2D(device-to-device)通信系统与蜂窝网络共存的场景下,引入中继节点可以有效提高D2D链路的吞吐量同时减小D2D链路对蜂窝网络的干扰?阐述了一种新颖的半双工放大转发双向中继协助D2D通信方案,提出了对应的最优中继选择及功率分配算法?该算法能够在满足蜂窝系统所受干扰小于一定门限值的约束下最大化D2D链路的吞吐量?该算法优化了D2D链路上各发送节点的发送功率;选出了可以使D2D链路吞吐量最大化的中继节点作为最优中继节点?其中,在计算最优功率分配的时候,利用拉格朗日对偶理论以及最速下降法对原功率分配优化问题的对偶问题进行了分层迭代求解?仿真结果表明,提出的策略与已有的方案相比可以显著提高D2D链路的吞吐量?     

基于网络编码的双向中继系统节点选择及功率分配策略

考虑在多个节点间的中继双向信道中,将中继分配和功率分配结合起来.每一对节点间的通信可以看做是通过一个中继的双向中继信道.中继使用网络编码同时向对应的节点发送信息.中继分配考虑了两种分配方案,第一种方案考虑到了所有节点对和中继的排列组合,选取其中性能最好的一组;第二种方案选取所有排列组合中的一部分,选取性能最好的一组.第二种方案略微降低了整个系统的性能,但是大大降低了运算的复杂度.将功率分配策略和这两种方案结合,进一步优化了整个系统的性能,相比较没有加入功率分配的系统,有大约2～3dB的提升.     

非对称双向D2D通信系统的中继选择优化算法

提出了一种面向D2D通信系统中非对称双向中继信道的中继选择优化算法;该算法依据定义的非对称性双向D2D链路信道总容量最大化为优化目标,推导了新的目标函数以及确定最优功率分配,并在此基础上通过非线性优化选出最佳中继。仿真结果表明,非对称双向中继通信系统的最优功率分配结果与理想对称双向中继系统的结果一致,而提出的中继选择方案比按理想对称双向中继优化方案得到的链路信道总容量更大,但是相应的计算复杂度会更高。     

基站覆盖下D2D两跳传输的功率控制

设备到设备(D2D,device to device)技术是当今无线通信研究的关键技术之一.在单小区场景下引入了多跳D2D通信系统功率控制算法.在该场景下,多条D2D链路间通过复用频带来通信,同一D2D链路的用户采用两时隙的两跳解码转发中继(DF,Decode and forward)方式传输信息.不同链路两时隙之间非完全同步下,使用了同一频带的中继会相互干扰.作者提出的功率控制算法先引入松弛因子得到功率闭式解,通过迭代优化该问题中用户的发射功率,来减少中继间的同频干扰.最后,通过数值仿真证明,在D2D系统中加入该功率控制算法后,可一定程度上提升用户传输速率.正随着无线通信技术的发展,作为下一代无线通信系统中的重要组成Device to Device(D2D)通信系统,在LTE-A[1]通信系统中引起了人们的广泛关注,D2D技术对基站负担增加不大的情况下,能够有效地提高通信速率.并且D2D通信系统的频谱分配较为灵活,既可使用小区的频段,又可以使用公共频段,如Wi MAX[2]频段,进一步提高了系统的频谱利用率.在文献[3-7]中,Klaus Doppler、Kaufman等人从不同角度提出了D2D建模方法和解决方案.文献     

利用地理位置的中继选择及功率分配

在协作多中继蜂窝系统下行链路中,提出根据中继节点地理位置和吞吐量增益联合选取中继节点参与移动用户和基站间的协作通信方案,并运用凸优化算法分配各节点功率.仿真结果表明:该方案不仅改善了用户的误码率,并且提高了系统吞吐量.     

认知无线电系统中联合优化资源分配算法

在认知无线电系统中,次用户能够利用感知到的已授权频段进行通信,只要其传输过程对主用户通信引起的干扰处于主用户可以忍受的程度之内。协作中继方案能够利用中继节点的传输来有效提高频谱的利用率,并增强了直接链路的传输能力。文中研究在一个三节点的认知无线电网络中基于协作中继传输时的资源分配问题,为了保证在认知用户对主用户干扰可容忍的前提下使得通信系统端到端的可达吞吐量最大,提出了一种联合优化功率分配和信道分配的方案。仿真结果显示,相对于单独进行功率分配或者信道分配情况下该方案能够有效提高认知无线电系统端到端的传输性能。     

基于信道特性的中继选择协作通信方法研究

根据信道统计特性,研究了放大转发(amplify-and-forward,AF)协作中继网络中的中继选择协作通信方法.首先分析指出在等功率条件下,当信噪比小于某个门限时,选择单个中继节点进行转发(pre-select single relay AF,SAF)比所有节点都转发(all relays AF,AAF)的中断概率小.基于此信噪比门限提出一种中继选择协作通信方法,并且指出这种选择方法使得SAF的中断概率最小;然后结合功率分配提出了一种使中断概率最小化的最优中继选择协作通信方法;最后为了降低复杂度,提出了一种次优中继选择协作通信方法.仿真结果表明,这种次优方法和最优中继选择协作通信方法相比,性能相近.     

非完全信道下认知中继网络中断概率及功率分配

基于最大信道增益的中继选择方法,分析了在不完全信道状态信息（CSI,channel state information）和受主用户干扰情况下认知中继网络的中断概率;进一步提出了在主用户干扰约束和保证认知用户服务质量（QoS,quality of service）条件下最大化认知中继网络频谱效率的数学优化模型,利用拉格朗日对偶松弛法获得了该优化问题的解,在保证主用户传输性能不受影响的前提下,提高了认知中继网络的频谱效率。仿真结果表明该文提出的功率分配方案与等功率分配方案相比提高了性能增益。同时表明在非完全信道条件下获得的频谱效率与完全信道条件下的频谱效率近似,但减少了系统信息的反馈量和实现的复杂度,有利于该方案的工程应用。     

无线能量传输中继选择与发送功率分配方案

为了最大化无线能量传输全双工多中继系统的传输速率,提出一种利用中继采集能量并进行中继选择和发送功率分配方案。首先在最好最差信道和最大调和平均值中继选择基础上,考虑中继自干扰信道能量采集,引入中继节点不同功率约束,提出基于节点功率的最好最差信道中继选择和最大调和平均值中继选择方案;然后联合源节点两阶段发送功率分配进行优化求解,给出优化问题解耦后的两步次优解方案,求解出功率分配参数的理论次优值;最后推导得出所提最优中继选择方法的中断概率。仿真结果表明,所提出的中继选择方案比随机选择中继的容量性能在系统中继个数为5时提高了30%以上;与中继选择等功率分配方案相比,所提分配方案的系统容量提升了10%以上,中断概率在发送信噪比为15 dB时下降了16%。     

认知双向中继网络中的联合功率分配及自适应中继算法

基于OFDM认知双向中继网络,提出了自适应中继策略.以认知系统的最大和速率为优化目标,以干扰温度门限作为约束条件,联合自适应中继策略,对功率分配问题进行了讨论.其中,首先利用拉格朗日对偶法将最优化问题分解为N个针对单载波的优化子问题,并根据不同的中继方式即AF或者DF,将每个子问题分为两种情况进行讨论.对于AF的情况,将其等效为凹优化问题进行求解;对于DF的情况,则根据中继节点解码顺序的不同,并采用次梯度投影算法对功率分配解进行计算.然后,根据以上的功率分配解,判断采用哪种中继方式.仿真结果表明:与单独采用AF或DF中继方案相比,自适应中继方案则在高SNR和低SNR下,均能获得良好的系统性能.     

Optimal Power Control for OFDM Signals over Two-Way Relay with Physical Network Coding

This paper describes an optimal power allocation scheme for orthogonal frequency division multiple access two-way relay networks with physical network coding.The aim is to enhance the achievable sum rate of the terminals for a constrained total transmit power.Convex optimization is used to derive a closed-form solution for the power allocation between the relay node and the two terminals.This reduces the variable dimensionality of the objective function for the power assignment problem among multiple carriers when the total transmit power is constrained.This solution is then used to derive the optimal power control scheme.This method reduces the implementation complexity compared with the traditional resource allocation scheme.Numerical and simulation results show that the approach achieves almost the optimal sum rate and outperforms the fixed power assignment method with less computational load in various scenarios.     

MIMO-OFDM双向多中继选择的网络资源优化

为加强多输入多输出-正交频分复用(multiple-input multiple-output orthogonal frequency division multiplexing,MIMO-OFDM)双向中继系统的频域和空间复用增益,研究放大转发(amplify-forward,AF)协议下的中继系统模式,提出一种双向信道的预编码矩阵,能够将复杂的双向MIMO-OFDM信道划分为多个独立的物理层网络编码(physical network coding,PNC)子信道.在此基础上,将系统扩展至多中继,并提出在已有的频域子载波和空间子信道的最佳配对方案下,以最大化用户接收信号信噪比为准则,为每组配对方案分配合适的中继来改善中继网络的性能.通过联合优化的中继选择策略,单节点功率约束条件以及拉格朗日对偶方法,获取优化的系统资源分配方案.仿真结果证明,所提算法较一般功率分配方法带来的性能增益随着中继的增加,增益幅度随之增加.     

电力线双向中继通信中基于估计转发和门限近似的PLNC算法

编码协作技术可提高电力线远距离通信的性能。为了满足非对称电力线双向中继系统的要求,论文针对中继脉冲噪声,提出了一种基于中继概率密度函数的估计转发和门限近似的物理层网络编码算法。首先分析了中继信号的概率密度分布,推导了中继编码信号的均值和方差公式;接着分析了不同信道参数下中继概率密度函数的平层特性,利用门限法对多维信号进行了简化近似。最后针对提出的算法进行了算法仿真,仿真结果验证了所提算法的有效性和可靠性,并存在最优化的功率分配因子。     

窃听双向协作网络机会中继选择方案的保密性能分析

对于多中继、窃听双向协作网络,研究使用机会中继选择和模拟网络编码技术来增强窃听系统物理层安全性.具体地,窃听双向协作网络的通信过程共3个时隙.第1和第2时隙,两信源分别发送消息到中继节点;第3时隙,根据最大最小中继选择方案,选取一个成功解码两信源消息的中继节点.使用模拟网络编码技术将两信源消息混合,把混合消息广播给两信...     

Energy Efficient Relay Positioning and Power Allocation for One-Way N-Relay Channel

Two end-users which have symmetric traffic requirements in terms of data rate are considered. They exchange information in Rayleigh flat-fading channels and multiple serial half-duplex relay nodes are employed to extend the communication coverage and assist the bidirectional communication between them using the analog network coding( ANC) protocol. With the objective of minimizing the sum transmit energy at the required data rate c,the optimal relay positioning and power allocation problem is firstly investigated and then the sub-optimal solutions for a two-relay channel are proposed,due to no close-form optimal solution. Furthermore,a sub-optimal scheme of relay positioning and power allocation,called equal-distance equal-transmit-power( EDEP) for an arbitrary Nrelay channel,N 1 is proposed. Simulation results demonstrate a consistence with our proposed scheme.     

Nakagami-m衰落信道下协作中继网络编码中断性能分析

理论分析传统中继编码、伽罗华域网络编码、复数域网络编码3种编码方式中,Nakagami-m衰落信道特性、源节点与中继节点间不同功率分配和中继节点在源节点与目的节点间所处的不同位置等情形对不同编码方式中断性能的影响。计算机模拟仿真结果表明,复数域网络编码能够改善网络编码的中断性能。