基于人工噪声和SWIET的安全双向中继通信

针对基于解码转发的对称双向中继网络的安全传输问题,提出一种基于人工噪声干扰和信息、能量同时传输技术(SWIET)的物理层安全传输策略.系统采用两时隙传输方案,能量收集节点利用第一时隙收集的能量发射人工噪声干扰,而用户节点和中继分别通过功率分配技术将目的节点先验已知的人工噪声干扰添加到有用信息中,以降低窃听信道的传输质量.建立双向中继网络窃听信道下联合能量收集和无能量收集节点的两种数学模型,推导基于人工噪声干扰的系统保密容量的数学表达式,分别求解两种模型的最大化系统保密容量下最优功率分配因子,并分析了SWIET技术对系统保密容量的增益.仿真结果表明:对应于不同的窃听节点位置,所提出的联合SWIET技术的方案能使双向中继网络保密性能改善3%~90%,且能量收集节点越靠近窃听节点,系统性能越好.     

一种基于叠加编码的下行链路功率优化方案

传统的物理层网络编码虽然可以通过数据流的耦合减少网络中数据包的传输数量,从而在一定程度上改善无线通信系统的传输性能,但在进一步节约资源,提高系统容量等方面依然存在一些问题.为此,在传统节点级网络编码基础上,给出了一种适用于蜂窝小区下行链路的叠加编码方案.该方案通过基站与用户闻协作,在网络编码的基础上对用户信道状态进行区...     

多输入多输出系统下低复杂度的自适应预编码方法

针对多输入多输出衰落信道中存在的码间干扰和多径干扰问题，提出了一种具有低复杂度的自适应预编码方案．该方案在发送端和接收端分别放置了预编码器和基于迫零算法的接收机，这样接收机在进行均衡译码的同时，将信道信息反馈给发送端，发送端便可以随之选择发送子载波的数目以及预编码矩阵，完成自适应预编码．该方案可有效降低系统的误码率．仿真结果表明，当误码率为10^-3时，在传输信道信息未知的情况下，该方案的信噪比比信道信息已知的基于最小均方误差预编码方案高1．3dB，且复杂度大大降低．     

LTE-A协同通信链路部分信道预编码传输

为了实现协同传输系统上行链路源和中继上的预编码传输,并与空时分组码相结合来改善实际传输的性能,使用一种基于迫零算法的预编码方案.针对迫零算法功率效率低的问题提出了一种基于接收信噪比最大的非完全信道预编码,得以将传统MIMO系统中的预编码技术运用于协同通信系统中.链路级仿真结果表明,在源端及中继端采取预编码处理并与空时分...     

物理层网络编码与卷积信道编码相融合的无线通信方案

信号不同步是物理层网络编码研究中的热点,为了提高系统的信道容量和鲁棒性,针对异步通信条件下误码率高的难题,提出一种物理层网络编码与卷积信道编码相融合的无线通信方案.首先将置信传播算法引入到中继节点编码中,然后将信道译码和物理层网络编码联合起来,减少异步通信带来的不利影响,最后采用仿真实验测试其有效性和优越性.仿真实验结果表明,相对于其它编码方案,物理层网络编码与卷积信道编码方案不仅降低了数据传输的误码率,提高了系统通信的可靠性和信息传输速率,而且增强了系统对相位偏移和符号偏移的鲁棒性,具有更高的实际应用价值.     

基于网络编码的协同多用户接入协议

研究了半双工系统协同多用户接入协议中的用户节点协同工作方式以及基站的多用户信号检测和处理方式.提出了基于网络编码的协同多用户接入协议,由中继节点对各用户节点发送的信号进行网络编码传输,基站端对接收到的所有用户节点和中继节点传输的信号进行联合迭代网络译码,进而恢复出所有用户的信息.理论分析和仿真结果表明,通过网络编码系统的处理不仅能获得分集增益,同时还能获得编码增益.显著地提高了系统的性能,另外,编码的码长可变使得用户数目的扩展方便.且对于不同的用户数可保持相同的编码码率.     

双向多天线系统下的栅格网络编码

多天线技术作为一种能够有效提高系统传输性能的技术,在无线通信领域得到了广泛的关注.在双向多天线系统中采用网络编码可以使两个源节点的信息交互在两个阶段内完成,而结合栅格编解码可以在保证低误码率的基础上进一步提高网络编码方案的传输速率,达到理论的信道容量的下界.首先介绍了衰落信道下双向多天线系统中结合栅格编码的网络编码传输方案,并给出了采用该方案时系统的最大容量下界.同时对多天线系统中预编码进一步优化能提高系统性能,并给出传输方案的性能仿真结果.     

多用户MIMO中继通信系统中线性处理器设计

在多用户MIMO(多输入多输出)中继通信系统中研究了基站预编码和中继处理矩阵的优化设计问题,提出了一种能有效消除多用户干扰的基站预编码方案——迫零QR,并采用奇异值分解(SVD)法设计了中继处理矩阵.仿真结果表明,所提的迫零QR预编码方案的和速率随着天线数的增加和用户数的增加而增大,且明显优于基站无预编码策略,若与SV...     

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.     

随机网络编码的卫星时隙ALOHA碰撞重传策略

针对卫星时隙ALOHA系统中,由于接入往返时延过高而导致传统物理层网络编码碰撞重传机制效率不高的问题,提出一种基于随机网络编码的卫星时隙ALOHA碰撞重传策略。该策略在物理层网络编码的基础上引入随机网络编码,通过对源节点数据分组随机编码,接收节点采用运算编码线性组合的方法获得原始数据分组。设计了适合该策略的数据分组格式并对该策略进行建模分析,对系统吞吐率和时延进行了理论推导。仿真结果表明,与传统的物理层网络编码碰撞重传机制相比,该策略有效地减少了50%重传时隙数,并在用户数较小的情况下,具有较高的系统吞吐率。     

Optimal Multipoint-to-Multipoint Transceiver Design with Massive MIMO Relay Station in OFDM Systems

Based on massive MIMO(multiple-input multiple-output)multipoint-to-multipoint(M2M) systems,in order to avoid pilot contamination and improve the performance of capacity,a pilot training transmission scheme was designed for pilot decontamination by utilizing orthogonal subcarriers of OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) during pilot transmission phase and a joint optimized transceiver design for multi-antenna user pairs was proposed during the data transmission phase.The massive M2 M system included a single relay station,multiple paired source nodes and destination nodes.Source nodes precoding matrices and relay station precoding matrix were jointly optimized by maximizing the weighted sum-rate in OFDM systems.After some mathematical manipulation to sum-rate,the cost function of sum-rate was expressed as quadratic optimizing expressions which could be solved by regular convex optimization softwares.Different from existing algorithms,the proposed precoding design was based on massive MIMO OFDM systems with multi-antenna users pairs together pilot decontamination transmission arrangement.Simulations indicate the effectiveness of the proposed optimal precoding system.The proposed scheme not only can reduce pilot contamination,but also can improve performance of bit-error-rate(BER) as well as sumrate contrast to existing algorithms.In addition,it shows that the proposed M2 M massive MIMO system works steadily when the number of users increases in large scale.     

异构网络中下行链路的干扰抑制研究

针对蜂窝网与无线局域网(WLAN)共存的异构网络干扰问题,提出一种干扰抑制方案:在发送端加设预编码矩阵,最大化期望信号强度,减小干扰信号强度;在接收端加设干扰抑制编码矩阵,抑制蜂窝网络基站对无线局域网内用户设备的干扰及无线接入点(AP)对非期望用户设备的干扰.仿真结果表明:该方案可以抑制异构网络下行链路的干扰问题,提高异构网络用户的传输速率.     

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。     

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.     

异步双向中继信道的物理层网络编码

物理层网络编码(physical-layer network coding,PNC)中的一个重要问题是,如何解决由于传输环境导致的信号不同步问题,包括载波频率不同步、相位偏移和符号不同步.之前文献大多数都是假设符号发送严格同步,主要研究了异步双向中继信道物理层网络编码方案,中继端利用BP(Belief propagation)算法来解决异步导致系统系能下降的问题,仿真结果表明,利用BP算法可以减小信号异步导致的系统性能下降,相位偏移对系统性能下降影响较大,而符号偏移却可以减小这种性能下降.     

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...     

一种中继辅助下SISO系统的干扰对齐算法

通过研究含中继的单输入单输出（single input single output,SISO）对称无线干扰网络,分析了在SISO对称网络中进行干扰对齐（interference alignment,IA）时使用中继的必要性。综合考虑所有用户的最大弦距离给出了优化的分布式干扰对齐算法。基于此优化算法并使用中继,只需要进行2个时隙的信道扩展就可对SISO干扰网络实现干扰对齐,使每个用户对达到1/2的自由度。仿真结果表明,在增加中继并应用优化算法后,系统的容量、能量效率都有了显著的改善。     

一种新型的多址接入中继协作方案

现有多址中继协作方案的编码增益有限且用户之间不能相互辅助,为此,文中提出了一种结合网络与信道编码的多址中继协作方案:在中继端利用网络编码将不同用户的编码冗余同时转发,目的端通过对某个用户信息的正确译码恢复出其他用户的编码冗余.通过对译码错误事件概率的分析,推导了该方案的中断率与误码率近似值表达式.仿真结果表明,随着信噪比的提升,文中方案可获得比编码协作更好的中断率和误码率性能,同时信噪比较高的用户还可辅助提升信噪比较低的用户的性能.     

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。