一种无线携能通信系统中的中继协议

无线携能通信技术的出现为解决节点能量受限问题提供了可能性。在无线携能通信系统中,中继节点通过无线射频(RF)信号获得能量,利用所获得的能量来转发信息。本文研究了基于放大转发(AF)中继的三节点无线携能通信系统,考虑中继端电路能耗的存在,在功率分配(PS)中继协议的基础上提出了开关型功率分配(OPS)中继协议,并推导了该协议下系统中断概率与吞吐量的表达式。仿真结果表明:在该协议下,系统的中断概率与中继端电路能耗无关,系统的吞吐量随着电路能耗的增大而降低。     

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.     

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.     

基于功率加权的延长网络寿命的机会中继策略

针对采用解码-转发协议的无线协作中继网络,提出了一种基于功率加权的机会中继策略,即根据每个节点的剩余能量设定其功率的权重因子,每个源节点根据加权能量消耗最小准则选择最优的协作中继,并通过单纯型法得到源节点和中继节点之间的最优功率分配,以提高能量利用率和平衡网络中每个节点的能量消耗.仿真结果表明,与其它策略相比,文中策略可以有效延长整个协作中继网络的寿命.     

联合干扰功率限制下的认知中继网络性能分析

频谱共享的Underlay认知中继网络中,为了保证主用户的可靠通信,要求次用户网络中源节点及中继节点的发射功率必须满足主用户接收端干扰功率的限制。基于主用户峰值干扰功率和平均干扰功率的联合限制,分析了中继节点采用选择协作解码转发协议时潜伏式频谱共享认知中继网络的性能。值得一提的是,考虑中继传输中由主用户接收端干扰功率限制引起的第1跳链路信噪比之间的相关性,推导了瑞利衰落环境下次用户中断概率和信道容量准确的闭合表达式。仿真结论显示,次用户中断概率与信道容量的解析曲线与仿真结果一致,系统性能因频谱共享的认知网络中次用户源节点与主用户接收机链路之间的相关性而有所下降,中断概率约有2dB的性能提升。     

非完美CSI下大规模MIMO DF中继多用户对全双工通信系统性能研究

通过解码转发（DF）协议中继,研究了在非完美信道状态信息（CSI）下,多用户对双向全双工通信系统的性能.通过配备大量天线,可以大大增加通信系统的频谱效率（SE）.对到达中继端的信号采用迫零（ZF）线性接收处理并预编码,推导了SE的近似表达式,提出了与天线数量相关的功率缩放定律,讨论了在导频功率固定和变化条件下缩放因子的取值.所提的功率缩放定律可以在保持稳定的频谱效率的同时,将发射功率降低.研究了在非完美信道状态信息下,经过解码转发协议中继的多用户对双向全双工通信系统的性能.     

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%。     

一种基于条件概率重传的协作ARQ协议

在协作ARQ协议中,重传过程由中继辅助完成。研究了在认知无线电网络二级用户通信场景下,采用一种基于条件概率重传的新协作ARQ协议,并增加中继向基站发送确认信号的机制,即ACK-R(Acknowledgment sig-nals from the Relays)机制,经过马尔科夫分析和仿真证明,可以显著增加系统的吞吐量.     

Nakagami-m衰落信道中的机会中继策略

针对单中继与等功率全中继策略在Nakagami-m衰落信道中通信中断率较高的问题,提出了在m为任意值的Nakagami-m衰落信道中能够明显降低通信中断率的基于放大转发协议的机会中继策略.该中继策略的最优中继选择过程无需知道全部的信道信息,仅依据源与目的地发出的标志信息来实现,从而简化了系统设计.所提策略以降低通信中断率为目标,采用近似理想功率分配原则进行信息传输,能适用较普遍的信道条件,其通信中断率的精确值还可通过计算得到,因此它不仅能改善系统的性能,还具备较好的实用性.理论分析及仿真结果表明,在Nakagami-m衰落信道中,当衰落系数m为4,通信中断率为10-2时,与等功率全中继和单中继策略相比,机会中继策略能获得约9 dB的信噪比增益.     

在中继选择系统中的发送功率和调制方式的联合优化方案

在传感器网络中,降低网络总功耗和延长网络寿命是网络设计和优化的重要要求.本文研究了采用机会性中继选择的解码前传系统,提出了一种能提高系统功率效率的中继选择、调制方式和发送功率的联合优化方案.该方案中,源节点和中继节点使用不同的发送功率.在给定误码率和系统参数的条件下,可以通过分布式的计算方法获得最优解.仿真结果表明所提方案能获得比协作MIMO系统更高的功率效率.     

基于编码感知的完全无碰撞协作MAC协议

针对NCAC-MAC协议在选择中继节点时存在碰撞和中继节点中待转发数据帧的目的节点使用随机线性网络编码的解码方法可能不能对编码帧进行成功解码的问题,提出一种基于编码感知的完全无碰撞协作MAC协议(NCAC-WTC).该协议主要提出两个改进机制:一是完全无碰撞中继节点选择机制,使用目的节点最终选择唯一中继节点,保证中继候选节点在竞争中继节点及编码重传的过程中做到完全无碰撞;另一个是自适应解码机制,使目的节点能根据链路信息自适应地选择解码方法对编码数据帧进行解码,提高目的节点对编码数据帧的解码效率和成功率.仿真结果表明:与NCAC-MAC和Phoenix等已有协议相比,NCACWTC协议有效地减小了平均端到端时延,提高了网络吞吐量和数据帧投递成功率,且使数据帧投递成功率稳定在95.5%.     

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.     

认知多用户多中继协作蜂窝网络最优共同功率和频谱分配

研究了基于认知无线电的多用户多中继协作蜂窝网络最优功率和频谱共同分配问题,建立了基于发射功率向量和中继结点频谱分配向量为参数的网络最优功率和频谱最优化分配模型,应用罚函数法对提出的最优化分配模型进行求解,提出了一种多认知用户多中继协作蜂窝网络最优功率和频谱共同分配方法。仿真验证了提出的方法正确性和有效性,仿真结果表明提出的分配方法能对发射功率和中继结点频谱进行最优分配,保障每个结点获得最优吞吐量的基础上最大化网络总的吞吐量。     

基于干扰避免的联合功率控制中继选择策略

多节点大规模网络的中继传输存在额外干扰.为此,文中基于干扰模型提出一种联合功率控制的中继选择策略,即通过定义干扰系数和为中继节点建立干扰列表,在每次迭代中选取干扰系数最大的中继来进行功率调整,从而获得容量最大的无干扰中继.仿真结果表明:相比不考虑干扰的中继选择策略及避免干扰的用户协商中继选择策略,联合功率控制的中继选择...     

认知多中继网络中基于最佳功率分配的中断性能

研究了认知多中继网络的功率分配方案,提出了简单的最优功率分配(OPA)方法,并给出最优解.仿真了不同的认知中继位置对认知系统中断性能的影响,并联合考虑频谱感知和认知多中继协作传输两个过程.仿真结果表明,文中提出的最佳功率分配方案的中断性能优于等功率分配(EPA)方案,且存在最佳的感知时间使认知多中继网络的中断性能最优.     

功率分裂的无线信息与能量同传中继方案的优化

研究了无线信息与能量同时传输两跳协作中继系统中的传输方案优化问题.方案中,第1跳中继节点对接收到的源节点发送的信号进行功率分裂,一部分信号用于信息的译码;另一部分转换成能量用于第2跳的信息转发.中继采用译码转发协议,与常规方案不同,所提方案两跳采用不等时长方式,在传输总信息量一定的情况下,以两跳总传输时间最小化为目标,对功率分裂因子进行优化求解.由于无法直接完全通过解析求解获得优化结果,故采用部分解析求解和遍历搜索求解相结合的方法求解优化问题.仿真结果表明,在无线信息与能量同时传输中继模型下,所提方案的传输速率和系统吞吐量明显优于传统的两跳等时长的译码转发和放大转发方案.     

一种基于能效的中继选择和功率分配方案

为了进一步减少放大转发(Amplify and Forward,AF)策略下的单源中继协作通信系统的能量消耗,提出一种在近似高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)条件下的基于能效的中继选择和功率分配方案。该方案中的能量消耗不仅包括了传输功率,还包括了信号处理所消耗的功率。区别于当前大多采用精确SNR公式进行中继选择研究的情况,该方案在满足所需数据传输速率以及传输功率受限的前提下,采用简单的近似高SNR公式,以能效最大化为准则推导出中继选择和功率分配的表达式,同时还重新设计了两跳中继系统中能量效率和频谱效率间的折中方法。仿真结果表明,所提出的中继选择方案相比其他方案能更有效地提高系统的能量效率,并且能达到能量效率与频谱效率间不错的折中效果。     

一种基于链路质量的选择协作式HARQ传输协议

针对单中继协同混合自动重传请求(hybrid autom atic repeat request,HARQ)策略中重传时延性能不佳的问题,通过对快衰落信道下单中继HARQ系统的误码率和时延特性的研究和分析,提出一种基于目的端控制选择协作式HARQ(selective cooperative-HARQ,SC-HARQ)传输协议的实现方案,此方案是在单中继环境下根据中继链路和直达链路的链路质量判断选择重传路径的HARQ传输协议。SC-HARQ传输协议方案需要设定传输链路质量的门限值,然后根据不同的链路质量选择不同的重传模式:当直达链路质量大于设定的门限值时,选择直达链路进行重传;反之,选择完全协同HARQ传输协议进行重传。经过理论分析和MATLAB仿真验证证明,SC-HARQ传输协议方案在保证一定传输质量的前提下能够有效减小系统时延、改善系统性能。     

非线性价格的认知中继网络功率控制方法研究

当认知中继网络被应用于语音通信时,要求最大化网络吞吐量的同时使功率消耗较小。分析研究了认知中继网络的通信特点,提出一种基于非线性价格成本函数的认知中继网络功率控制博弈模型,其纳什均衡解直接决定于信道参数和价格系数,该功率控制方法更符合网络的特点,减少了网络的功率消耗,提高了能量效率,同时降低了功控实现的复杂度。通过分析比较其他两种价格系数的情况,最后仿真结果验证了该功率控制方法能达到较好的通信性能。     

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.