Nakagami-m信道下机会中继系统性能分析

分析了统计独立不同分布的Nakagami-m衰落信道下, 采用译码转发的多节点侦听单中继转发的机会中继系统的性能.推导了任意中继数目下接收端信噪比(SNR)的矩生成函数的闭合表达式,在此基础上得出了系统的中断概率和误符号率(SER)的闭式解. Monte Carlo仿真验证了理论分析的正确性.该闭式解可以用于评估机会中继系统在Nakagami-m信道下的性能,为实际工程提供理论参考.     

Nakagami-m信道下认知中继网络的中断概率上界闭式解模型

为更准确地反映和评估无线信道衰落指数对认知中继网络中断性能的影响,提出了认知用户在Nakagami-m信道模型下的中断概率上界闭式解模型.首先在Nakagami-m信道模型下,对认知中继网络频谱重叠共享和最佳中继选择准则的联合约束限制进行分析,再利用分部积分推导出认知用户接收机信噪比的概率密度函数和累积分布函数,进而对概率密度函数进行条件积分,根据蕴合法则即事件概率不等式得出其中断概率上界闭式解模型.仿真结果表明:相比传统的瑞利信道模型,Nakagami-m信道模型下的中断概率闭式解能够反映信道衰落指数大于1时的系统中断性能,从而更准确地反映了实际信道衰落情况对认知中继网络的影响;此外,由于该闭式解模型考虑了主用户干扰限制条件,限制了认知用户的实际发射功率,因而降低了系统的中断概率.     

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.     

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.     

基于中继选择的协作通信系统 遍历信道容量分析

本文对中继选择协作通信网络系统的遍历信道容量展开研究.在假设独立同分布瑞利信道条件下,分别推导出机会中继选择算法和部分中继选择算法解码转发中继模式下一些重要因素的闭式表达式,包括累计概率密度函数,累积分布函数和遍历信道容量.结果表明,利用中继选择技术能有效提高系统分集度.此外,遍历信道容量性能受中继节点数目、链路信噪比的影响.通过数值仿真分析验证了理论闭式解的正确性.实验结果表明通过信道反馈状态信息调节最优数据发送速率,非中断信道容量能达到遍历信道容量.     

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.     

Nakagami空间相关衰落信道下MIMO-OFDM 系统误码率的计算与仿真

设计了一种新的MIMO-OFDM系统模型.以该模型为基础,对基于STBC编码的空间相关Nakagami-m平坦衰落信道下的误码率进行了研究,以获得Nakagami相关衰落下MIMO-OFDM系统的误码率以及空间相关性和分布参数对误码率的影响,得出了一种误码率的表达式.对空间相关条件下4发1收MIMO-OFDM系统的误码率进行了性能仿真,结果表明:采用Nakagami分布比较吻合实际测量的数据,信道衰落基于Nakagami-m分布的STBC编码能很好的满足MIMO-OFDM系统的差错性能要求.     

非同分布Rayleigh衰落信道下认知中继网络中断概率精确解

研究了underlay频谱共享模式下认知中继网络的中断性能,推导出独立非同分布Rayleigh衰落信道下次用户中断概率精确解的闭合表达式。通过对具有不同分布参数的Rayleigh衰落信道下系统性能进行MonteCarlo仿真,验证了理论推导的正确性。仿真结果表明,次用户发射机与中继之间(S_T→S_R)的中继链路以及次用户发射机与主用户接收机之间(ST→PD)的干扰链路——这两种链路的信道状态是影响认知中继网络中断性能的主要因素。     

双向中继系统的中断概率及功率分配策略

研究了Nakagami-m衰落信道下双向中继系统的中断性能,首先推导了中断概率的下界,并将通过Monte Carlo仿真得到的中断概率与此理论中断概率的下界进行了对比,结果表明仿真值非常接近于理论值;其次,考虑在系统总功率受限的情况下,以最小化系统的中断概率为优化准则,提出一种基于信噪比平衡的功率分配方法,此方法使得2目的节点能根据已知瞬时信道状态的变化自适应地调整发射功率,仿真结果表明基于该方案的中断性能明显优于基于等功率分配方案的中断性能.     

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。     

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。     

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。     

衰落信道中空时网格码成对差错概率的研究

为获得衰落信道中空时网格码(STTC)的性能估计,对STTC的成对差错概率(PEP)进行了研究.利用矩母函数(MGF)分析方法,推导出对于Rician和Nakagami-m不同衰落信道条件下STTC的PEP的单变量积分形式的准确表达式,并且分别对快衰落和慢衰落信道下PEP的性能进行了分析.研究表明,利用PEP单变量积分形式能够更精确地估计STTC的性能.     

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.     

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。     

基于网络编码的双向中继系统中断性能分析

研究了频率非选择性瑞利衰落信道中,基于网络编码的双向中继系统的中断性能问题。基于放大重传(Amplify-and-Forward,AF)和联合解码重传(Joint Decode-and-Forward,JDF)机制,在瑞利衰落信道环境下,通过理论分析得出一般情况下的节点和系统中断概率解析式。在此基础上完成了数值仿真实验,结果表明在小信噪比情况下,JDF的中断性能优于AF系统;在大信噪比情况下,AF的中继性能将超过JDF系统的中断性能;随着信噪比以及信道不对称度的增加,AF和JDF系统的中断性能将趋于相同。此外,研究还发现,当速率大于0.5 bit/s.Hz时,JDF系统的中断性能急剧下降。     

瑞利衰落信道下多跳无线信道及其分集系统的误码率

基于无线中继的概念。研究了多跳无线信道及其2个简单的多跳和多路由分集系统。在平坦瑞利衰落下。分别导出了这些系统再生和非再生中继时BPSK平均误码率。数值分析和仿真表明。在多跳信道和多跳分集系统中误码率随跳数的增加而下降；多路由分集系统随路由数的增多性能有较大改善。比较了非再生中继性能在低信噪比时优于再生中继，在高信噪比时两者性能相似。