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.     

有限反馈的联合波束成形和调度方案

提出一种基于有限反馈的联合波束成形和调度方案:用户利用一种结构化的码本对用户的信道方向信息(CDI)进行量化,采用一种低复杂度算法计算其最大的信号干扰信噪比(SINR),反馈给基站;基站根据接收到的反馈信息,按照和容量最大的准则选择出多个正交波束以及相应的多个用户.此方案不需考虑所有可能的用户子集,因此其复杂度仅随用户数呈线性增加.与Sharif等前人方案相比,该方案具有更高的吞吐量,避免了选择波束成形矢量时的用户冲突,基站不需要将波束成形矢量发给各个用户.     

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.     

MIMO-AF协作系统中继发射矩阵的优化及性能分析

为了提高MIMO放大前传（AF）协作中继系统的性能,文中提出在中继节点向目标节点发送信号之前,加入优化的发射矩阵.中继节点采用空时码,在发射功率受限的条件下,首先针对目标节点的接收信号运用最小均分误差MMSE准则,定义推导了求解最佳发射矩阵和接收端均衡器系数的优化问题.接着,为了降低解优化问题的计算复杂度,提出了梯度下降的迭代算法.然后通过推导误码率上限,从理论上证明了文中算法的有效性.仿真结果表明,在中继节点设置发射矩阵能够降低误码率上限,用文中方法对发射矩阵进行优化以后,与现有空时码相比,可以有效提高系统性能,且优化算法收敛性好,计算复杂度低.     

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。     

OFDM协作通信中的机会中继和功率分配算法

研究了功率受限情况下多中继系统OFDM协作通信网络的上行链路容量最优化问题.利用混合二进制整数规划问题的优化分解方法,提出一种低复杂度的机会中继和功率分配的联合优化算法.首先针对每个中继子载波,提出了一种基于解码转发模式下的等效信道增益的机会中继选择策略;然后在此基础上通过凸优化算法,给出了源节点和多个中继节点之间的最优功率分配算法.仿真结果表明,相对于随机中继子载波选择以及平均功率分配,该算法具有较低复杂度的同时,能够显著提高系统性能和功率效率.     

有噪反馈下的分布式波束成形码本设计

分布式波束成形系统需要将目的节点波束成形矢量信息反馈至中继节点,而在实际信道环境下反馈信息可能出现错误,造成目的节点接收信噪比损失.为此研究了有噪反馈下的分布式波束成形系统,提出了一种分析反馈错误影响的方法,给出了反馈错误与接收信噪比的闭合表达式.在此基础上,以最大化信噪比为准则进一步提出了低复杂度的分布式波束成形码本设计方法.仿真结果表明,所设计码本在有噪反馈情况下比矢量量化设计方法具有更强的鲁棒性.     

译码转发系统中一种半分布式用户选择策略

针对译码转发系统中传统的用户选择策略复杂度过高的问题,提出一种半分布式用户选择策(SDUS策略).该策略以最大化系统瞬时互信息量为目标,引入中继选择的判决门限,并根据此门限生成协作集,目的节点从协作集及源节点(当协作集为空集时)中选择信道质量最好的用户作为协作节点.SDUS策略不仅能够显著降低系统的运算复杂度,还能够改善系统的中断性能.仿真实验表明,当信噪比为20 dB且系统中的中继节点数为120时,SDUS策略的运算开销仅约为机会中继策略和选择协作策略的39.5%和51.1%.     

干扰温度约束下的最优源功率控制与协作波束成形

文中研究在主用户干扰温度约束下,如何优化认知源节点发送功率以及认知中继波束成形权值来最大化认知目的节点的信噪比.信噪比最大化问题被转化为广义Rayleigh商问题,最优中继波束成形权值等于相关信道系数与源节点发送功率构成的矩阵的最大特征值所对应的特征向量.文中考虑了严格与宽松两种干扰温度约束,对于严格约束,给出了最优源节点发送功率与中继波束成形权值的解析解;对于宽松约束,推导了包含最优源发送功率的一个紧缩区间,并在该区间内使用基于最速下降的梯度方法有效计算最优解.     

基于智能反射表面的中继协作安全通信技术

在传统中继协作的通信过程中,中继节点在对信号处理时,会放大中继节点自身的干扰信号。此外,现实通信场景中往往存在窃听节点窃取重要信息。智能反射表面具备无源反射特性,能对信号的相位进行调整,以及在处理信号时能减少干扰信号的产生。针对中继节点增大干扰信号和安全传输问题,提出了基于智能反射表面的中继协作安全传输技术。考虑通信场景中存在恶意窃听节点,且窃听链路与合法链路的相关性较高的情况下,通过部署智能反射表面将基站发送的信号反射给合法用户,提高系统的安全通信质量。为了解决保密速率表达式的非凸性,采用交替优化、黎曼共轭梯度下降的算法对波束形成向量及反射相位进行交替优化。最后,通过仿真结果验证在3 GHz高频段载波下,基于智能反射表面协作通信技术在数据传输、能效、安全方面的作用优于传统中继协作通信方法。     

Single carrier frequency domain equalization and diversity combining for cooperative systems

A low-complexity single carrier frequency-domain equalizer(SC/FDE)and diversity combiningmethod for cooperative systems with demodulate-and-forward relaying over frequency-selective channels isproposed.At the relay nodes,linear SC/FDE is adopted and normalized correlation coefficient is intro-duced to derive an equivalent source-to-relay-destination(S-R-D)channel that is highlighted in thisstudy.At the destination,a joint SC/FDE and diversity combining receiver is proposed by utilizing the e-quivalent S...     

基于干扰感知的双路径译码转发中继选择算法

双路径中继协议(two-path relaying,TPR)可以很大程度改善由于中继半双工产生的频谱效率损失,然而双路径中继协议的中继节点间干扰会严重影响系统传输速率,为此本文针对译码转发双路径中继协议,提出了一种启发性中继选择算法以最大化系统的传输速率性能.不同于现有的中继选择算法,该算法考虑了中继间干扰,其设计原则不仅基于当前时隙信道状态,还取决于被选中中继节点的上一时隙的信道状态.仿真结果证明启发式中继选择(heuristil relay selection,HRS)算法能够克服中继间干扰问题,以较低复杂度改善系统平均传输速率.     

基于中继选择的协作频谱感知算法

针对最佳中继选择协作频谱感知方案检测概率低、而所有中继节点均参与协作频谱感知复杂度高的问题,提出一种中继选择协作感知算法.该算法根据N条中继链路等效信噪比的大小,从中选择出L个信噪比大的优质中继用户转发主用户信息.导出了该算法在瑞利平坦衰落下的频谱检测概率上限闭合表达式,为频谱检测性能分析提供了理论依据.数值分析结果表明：只需60%左右的优质链路参加中继就可以达到理想的性能,大大降低了系统实现的复杂性.     

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.     

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.     

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。     

On the energy efficiency of relay selection in multi-relay cooperative network using Vickrey auction game~

This paper focuses on the energy efficient relay selection problem in a cooperative multi-relay network, aims to find the most energy efficient relay node for the source node while ensuring its min- imum data rate requirement. The interaction between the source node and the relay nodes is modeled as a Vickrey auction game, when the source node broadcasts a cooperation request, the relay nodes compete for the cooperation, and the one with the minimum bid will be chosen which denotes the cost of the source node during the cooperation process, but it only needs to provide the minimum bid provided by the other relay nodes, which can encourage all the relay nodes to give the true bid. Be- sides, the minimum rate requirement of the source node will be ensured and the relay node taking part in the cooperation will gain some reward and the reward can be maximized by reinforcement learning （RL）.     

多入多出中继系统的一种贪心天线选择算法

针对多输入多输出(MIMO)中继系统天线选择算法容量不高的问题,提出了一种基于容量最大化的贪心天线选择算法.该算法在考虑噪声的影响情况下,根据添加一个天线对后系统容量的闭式表达式,逐步选取使得容量最大的天线对.仿真结果表明,在不同的中继数量及功率约束条件下,该算法与已有算法相比,能够获得更高的系统容量性能.     

基于最大完全子图与最小树形图的无线定向网络广播算法

现有关于无线定向网络广播的研究主要集中于如何选择中继节点或计算转发概率以提升分组递交率,减少广播冗余,但未对中继节点选择及波束指向计算开展联合设计,导致源节点及中继节点在广播过程中存在冗余指向,增加了消息转发次数。为提升无线定向网络广播效率,提出一种基于最大完全子图与最小树形图的无线定向网络广播算法(maximum complete subgraph and minimum arborescence based directional broadcasting algorithm, MCSMA)。算法首先利用最大完全子图理论计算源节点或中继节点波束指向,使单个波束指向覆盖的邻居节点数量最多,然后利用最小树形图理论选择中继节点,使中继节点使用少量波束覆盖全网所有节点,降低广播过程中的消息转发次数。仿真表明,所提算法可有效减少广播过程中源节点和中继节点的波束指向次数,提升定向广播效率。