Nakagami-m衰落信道下机会中继系统的性能

针对多中继侦听单节点译码转发的机会中继系统,分析了其在统计独立不同分布的Nakagami-m衰落信道下的理论性能.基于接收端信噪比的矩生成函数的闭合表达式,推导了任意中继数目下系统中断概率和误符号率的闭式解,并通过仿真验证了其正确性.该闭式解可用于评估机会中继系统在Nakagami-m衰落信道下的性能,为实际工程应用提供理论参考.     

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.     

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.     

基于定向天线和机会中继的DF协作通信系统性能分析

定向天线(directional antenna,DA)的电磁波波束具有较小的成型角度,仅能覆盖某一方向上的通信节点,相比全向天线(omni-directional antenna, ODA),具有方向性好、功率增益大、传输距离远以及满足军事通信射频隐身等优点。协作通信技术通过节点间的相互辅助,对抗信道衰落,实现协作分集。为了实现有限节点间如车间、船间且需要采用定向天线的可靠通信,提出了将定向天线和采用解码转发型最佳中继选择的机会中继协作策略(opportunistic relaying,OR)相结合的解决方案,在此基础上推导出相应的通信系统中断概率理论公式,并对中断概率和信噪比、中继节点数、天线增益以及信道衰落系数之间的关系进行了数值仿真分析,以及和全向天线系统进行了比较分析。理论分析和仿真结果表明：在有限节点间定向通信中,采用定向天线的协作通信系统性能与各节点定向天线增益、信道质量和功率分配方式密切相关,适合在小信噪比及深衰落信道环境下采用。最后,进一步分析得出最优功率分配(Optimal power allocation, OPA)比平均功率分配(average power allocation,APA)性能更优。     

Nakagami-m信道下双向中继选择的中断概率分析

在并行多双向中继通信系统中,提出了一种低复杂度的中断概率最优的中继选择策略,各个中继只需利用本地信道状态信息(CSI)进行分布式的选择.在Nakagami-m信道下分析了所提策略的中断概率性能,推导了系统中断概率的闭合表达式.仿真结果显示,该中继选择策略的中断概率性能在2种信道情况下均优于其他中继选择算法,且随着中继数的增加,所提策略可充分利用多中继分集提升系统中断概率性能.     

增强选择性机会中继解码转发协议

提出了一种增强选择性机会中继解码转发协议,采用了3种传输模式:直传模式,直接重复传输模式和机会中继解码转发模式,系统通过目的节点检测接收到的信噪比范围来选择传输模式.同时,给出了该协议的中断概率性能的精确闭式表达和吞吐量.通过理论分析和数值仿真表明:该协议不仅具有选择性机会中继解码转发的高中断概率性能,而且兼具增强型机会中继解码转发的高吞吐量性能.     

瑞利信道下基于增量中继的放大转发机会选择性能分析

为一步提高协同通信的平均频谱效率性能,采用增量中继的方法对放大转发机会选择中继节点选择策略进行了改进,并针对Rayleigh衰落信道,推导了当目的节点分别采用最大比值和选择合并方式时,基于增量中继的放大转发机会选择策略的中断概率和平均频谱效率的性能下界。采用MATLAB软件对系统性能进行了计算机仿真,仿真结果验证了理论分析的准确性。结果表明,当目的端节点采用最大比值合并和选择性合并方式时,采用增量中继可较大提高机会选择中继节点选择策略的平均频谱效率性能。     

基于信道质量和网络寿命的最优中继选择策略

针对中继节点因剩余能量不足而不能长时间协作通信的问题,在HDAF协作系统中,提出了一种基于各中继节点信道状态信息(CSI)和剩余能量信息(REI)联合考虑的多中继集合选择方案.该方案根据节点CSI和REI构造加权函数,通过控制容量增益门限进行多节点选择.仿真结果表明,该方案在满足系统通信前提下,很大程度上提升了系统的网络寿命;与传统基于CSI中继选择方案相比,该方案网络生存时间最高提升约19.8%.     

基于部分信道状态信息的双向中继系统性能分析

在两信源均配置多天线的双向放大转发中继通信系统中,两个信源分别采用存在反馈延迟的部分信道状态信息(CSI)设计发射波束形成向量,分析了反馈延迟对系统性能产生的影响,在瑞利衰落信道下推导了系统中断概率和平均误符号率的解析表达式.仿真结果表明,天线数的增加会改善系统性能,但反馈延迟的增大会使系统性能恶化,且无反馈延迟时系统分集阶数大于存在反馈延迟时的分集阶数.数值仿真结果与解析曲线吻合验证了分析结论的正确性.     

基于极化分集的DF机会中继协作通信系统性能分析

提出对机会中继协作通信系统节点配置极化天线,实现节点到节点无线信号的极化分集,达到通过改善通信链路质量来提升DF机会中继协作通信系统整体性能的目的。由于电磁波信号在传播过程中经过地表及障碍物多次反射、折射、散射以及极化偏转,协作节点和目的节点配置的极化天线接收到的两路极化分集信号具有一定相关性和功率不平衡特性。研究了极化分集信号存在相关性和功率不平衡特性对机会中继协作通信系统性能的影响。结果表明,即使两路极化分集信号具有一定的相关性和功率不平衡特性,DF机会中继协作系统在相同信噪比和相同的信道衰落环境下,性能指标也优于未采用极化分集技术的DF机会中继协作通信系统。     

无线网络中节点均匀分布的解码转发机会中继性能分析

研究了节点空间随机均匀分布情况下, 采用机会中继结合解码转发方式进行协作通信的自组织网络的传输容量和可靠性。同时在保证网络连通性的前提下, 通过最大化网络传输容量, 实现网络的拓扑优化控制。在考虑路径损耗及块衰落独立信道条件下, 分别推导和分析了两节点间采用传统机会中继和增量机会中继方式下的中断概率和网络传输容量。数值仿真结果表明, 虽然空间随机分布破坏了中继节点提供的分集阶数, 但机会中继仍比直接通信有更好的抗信道衰落能力。与直接通信的网络传输容量随节点密度或发送功率单调递减不同, 机会中继需要考虑网络传输容量的极大值对网络拓扑优化的影响。     

Outage analysis of opportunistic relay and beamforming in DF relay networks over Nakagami-m fading channels

<正> In this paper,the outage performance of opportunistic relay ( OR) and equal gain transmissionbeamforming(EGT-BF) are studied in decode-and-forward (DF) relay networks over Nakagami-m fadingchannels,assuming multiple relays are available in the networks.We derive the moment generation function(MGF) of the received signal-to-noise ratio (SNR) at the destination,then obtain the exact closedformsolution of OR and the approximate closed form expression of EGT-BF in terms of outage probabilityrespectively through numerical inversion of Laplace transform.Simulation results are given to verify thecorrectness of theoretical analysis.We also compare the outage performance of OR and EGT-BF with othertransmission strategies and find that when decoding results of relays are available at the destination,OR achieves high performance and is the optimal scheme to achieve the tradeoff between performance andoverheads.When relay decoding information is unachievable,the performance of OR degrades significantly,and the EGT-BF is a more preferred scheme.     

独立不同分布Nakagami-m衰落信道下最大比合并性能分析

为研究独立不同分布(i.n.d.)Nakagami-m衰落信道下的分集接收系统采用最大比合并(MRC)时的系统性能,以输出信噪比的概率密度函数为基础,导出了系统中断概率的精确解并给出中断概率数值解的一种获得方法。根据输出信噪比的矩生成函数,推导出不同调制方式下系统平均误符号率的Chernoff上界、渐进分集增益和有效分集增益的表达式,并仿真验证了其正确性。仿真结果表明:增加分集支路数能够很大程度地减小系统平均误符号率,提高分集增益,但同时各支路衰落不平衡程度对系统性能的影响变大,各支路衰落不平衡程度在信道衰落越小时对中断概率影响越大。     

基于链路自适应的机会协作系统性能分析

为了提高协作通信质量,提出基于自适应解码前向的机会中继协作方案,并通过建立一个统计概率模型来分析该方案下的系统性能.推导出瑞利衰落信道下的系统概率密度函数,以及基于自适应调制下的系统频谱效率、中断率和平均误码率的闭式解.蒙特卡洛仿真实验结果表明:自适应解码前向机会协作系统的性能要优于放大前向机会协作系统,其频谱效率高于放大前向机会协作系统30%左右.     

重叠Nakagami-m信道协作通信最优功率分配方案

为了解决重叠Nakagami-m信道衰落模型下中继译码转发协作通信系统中源与中继间由于等功率分配(EPA)造成的功率资源浪费问题,提出了一种基于渐近误符号率(SER)最小准则的最优功率分配方案(OPA).首先分析系统渐进SER解析式,在典型应用场景下对其进行进一步简化,然后将简化的系统SER作为目标函数,总功率受限作为约束条件,将功率资源分配抽象为典型的条件受限凸优化求解问题,最后利用拉格朗日乘数法对此凸优化问题进行求解,从而得出在总功率资源受限时典型场景下重叠Nakagami-m信道协作通信系统的最优功率分配方案.仿真结果表明:相较EPA方案,在较大的信噪比区间内及相同的信道条件下,OPA分配方案均能获得约1 dB的信噪比增益,且获得的实际信噪比增益与理论推导值一致.     

平坦瑞利衰落信道下MIMO系统性能

分析了瑞利衰落对普通无线系统的影响,在此基础上重点从空间复用提高容量和空间分集对抗衰落两方面研究了瑞利衰落信道下MIMO系统的性能。分析和仿真结果表明,采用V-BLAST算法实现空间复用增益时,随着收发天线数目的增加,复用系统的符号错误概率增加;不同的分集结合方式对分集系统性能的影响不一样,随着天线数目的增加,分集系统的符号错误概率都递减。