两跳中继TDD-CDMA蜂窝网络容量分析

为了增加传统TDD-CDMA蜂窝网络的上行链路容量,采用了两跳中继方式.在两跳中继蜂窝网络模型的基础上,提出了2种时隙调度方法:时隙同步调度与时隙反转调度.分析这2种方法下中继站和基站的小区内和小区间干扰情况,分别得到其在目标小区中的总干扰功率.通过数值计算,获得两跳中继TDD-CDMA蜂窝网络的上行链路容量闭合表达式,并讨论了2种调度方法对系统性能所产生的影响.实验结果表明,采用时隙同步调度方法时,目标小区内部区域可容纳更多用户;采用时隙反转调度方法时,目标小区外部区域可容纳更多用户.因此,时隙同步调度方法适用于小区内部区域负载较高、外部区域负载较低时的情况,而时隙反转调度方法则适用于小区内部区域负载较低、外部区域负载较高时的情况.     

基于TD-SCDMA的蜂窝小区两跳结构的覆盖性能研究

如何提高无线移动蜂窝网络的覆盖性能一直以来都是个人移动通信技术中的研究热点之一,随着自组网技术的发展,将蜂窝网络与Ad Hoc自组网相结合的多跳通信技术为此问题提供了新的解决方案.本文在选用TD-SCDMA系统移动终端作中继的基础上,主要对系统单蜂窝小区两跳结构的覆盖性能进行了分析和仿真.结果表明,无论采用何种中继节点选择算法,这种由移动终端作为中继者的单蜂窝小区两跳结构的覆盖性能都明显优于无中继单跳小区的覆盖性能,同时,两跳小区的覆盖性能会受到中继节点选择的影响.     

超宽带车辆无线网络两跳中继接入研究

为了提高车辆无线网络的系统性能,引入了脉冲超宽带(IR-UWB)无线技术并研究了链路两跳中继接入条件.由于IR-UWB功率受限,通过分析给出数据链路中继接入条件,提出了低计算复杂度的多链路两跳数据链路中继节点分配算法(DLRA),提高了数据链路传输速率;针对IR-UWB车辆链路,采用两跳单中继获得分集增益,同时实现低开销中继接入.对IR-UWB网络并行链路中继接入进行了仿真,仿真结果表明:IR-UWB车辆链路在实行两跳中继接入后,在仿真场学中总体数据传输速率提高了60.6％,改善明显.     

HAPS-CDMA系统热点地区上行容量提升方案

为降低高空平台CDMA(HAPS-CDMA)系统干扰并提升容量,针对CDMA系统上行链路容量受干扰所限的特点,提出了一种新的双层蜂窝重叠覆盖方案。该方案在原有HAPS-CDMA系统热点小区上引入单个地面CDMA基站服务小区,形成双层蜂窝重叠覆盖系统,并通过调整引入的地面CDMA小区大小来达到最大可能减小HAPS-CDMA系统小区内干扰、提高系统容量的目的。为了更贴近实际,假设地面用户呈高斯分布。仿真结果表明,与单系统相比,该双层蜂窝系统能够较好地降低小区内的干扰,改善各层小区系统容量,尤其是热点地区容量提升最大,且在双蜂窝半径比达到特定值时各层小区均获得最佳容量改善量。     

一种基于OFDMA中继系统的无线资源调度方案

在下一代蜂窝网络中,中继以其特有的优势被广泛地应用于无线通信系统。为了提高基于OFDMA的中继系统的吞吐量和无线资源利用率,文中提出了一种新型中继系统无线资源调度方案。在第二跳链路分配资源块时,该方案不仅考虑中继用户,同时也将直传用户考虑在内,在保证中继用户公平性的前提下,提高了直传用户的公平性。理论和仿真分析表明:与不使用中继的蜂窝系统和一些已有的传统中继系统资源调度方案相比,在保证一定用户公平性的前提下,该方案提高了系统的吞吐量和频谱效率。     

蜂窝网络中能效最大的最优中继位置研究

在新一代蜂窝网络中,固定中继能够有效提高网络性能。在单小区内考虑上行传输,研究以能效最大化为目标的最优中继位置问题。定义了上行传输能效（uplink energy efficiency,uEE）,并分别推导出用户均匀分布下,无中继网络和中继网络的uEE解析表达式。通过分析和仿真,研究中继位置对uEE的影响。结果表明,可以通过优化中继位置获得最大uEE。评估了不同参数,如小区半径、中继数目和用户占用的资源比例对最优中继位置以及最大uEE的影响。     

基于多维马尔可夫链的两跳中继蜂窝系统拥塞控制建模

提出了一种结合蜂窝和中继技术的两跳中继蜂窝系统结构用来增加系统容量和平衡流量负荷,并利用多维马尔可夫链建立了它的拥塞控制模型。然后在这个模型的基础上,分别得到了系统的平均下行传输速率和数据包呼叫请求阻塞概率。最后通过数值计算分析了各种系统参数对具有拥塞控制功能两跳中继蜂窝系统性能的影响。研究结果表明,与两跳中继蜂窝系统相比,具有拥塞控制功能的中继系统在提供相同平均下行吞吐量的同时,可以有效降低系统的呼叫请求阻塞概率。     

随机分布多跳协作分集系统中断性能研究

针对解码转发(DF)多跳分集系统不能满足空间满分集和通信终端移动性不足的问题,构造了一种随机分布中继多跳协作分集系统模型.根据模型提出新的改进的选择性解码转发(SDF)算法,推导了在高信噪比条件下选择解码转发(SDF)中继系统的中断概率近似表达式.仿真结果表明在随机分布多跳协作分集系统中,SDF较DF相比能够有效提高此系统的传输可靠性,并能获得空间满分集增益.同时,得出此通信系统性能随着中继选择区域覆盖半径的增加而有所改善.     

随机分布多跳协作分集系统中断性能研究

针对解码转发(DF)多跳分集系统不能满足空间满分集和通信终端移动性不足的问题,构造了一种随机分布中继多跳协作分集系统模型.根据模型提出新的改进的选择性解码转发(SDF)算法,推导了在高信噪比条件下选择解码转发(SDF)中继系统的中断概率近似表达式.仿真结果表明在随机分布多跳协作分集系统中,SDF较DF相比能够有效提高此系统的传输可靠性,并能获得空间满分集增益.同时,得出此通信系统性能随着中继选择区域覆盖半径的增加而有所改善.     

基于博弈论的OFDMA系统多小区资源分配算法

对于蜂窝正交频分多址(OFDMA)系统,相邻小区间的同频干扰是影响系统性能提升的重要因素。该文提出了一种用于OFDMA系统上行链路的多小区资源分配算法。该算法基于博弈论,各用户在速率要求限制下以最小化发射功率为目标,在各小区独立进行信道分配的前提下,用户通过基站反馈获得当前的信道分配方案及博弈状态(同频干扰水平),以此为基础进行发射功率分配,实现了一种分布式的资源分配算法。仿真结果表明,博弈算法可大大降低系统的发射功率,且优化信道分配下的博弈算法比固定信道分配下的博弈算法还可降低系统发射功率30%。同时,博弈算法的收敛速度较快,有利于实际实现。     

基站覆盖下D2D两跳传输的功率控制

设备到设备(D2D,device to device)技术是当今无线通信研究的关键技术之一.在单小区场景下引入了多跳D2D通信系统功率控制算法.在该场景下,多条D2D链路间通过复用频带来通信,同一D2D链路的用户采用两时隙的两跳解码转发中继(DF,Decode and forward)方式传输信息.不同链路两时隙之间非完全同步下,使用了同一频带的中继会相互干扰.作者提出的功率控制算法先引入松弛因子得到功率闭式解,通过迭代优化该问题中用户的发射功率,来减少中继间的同频干扰.最后,通过数值仿真证明,在D2D系统中加入该功率控制算法后,可一定程度上提升用户传输速率.正随着无线通信技术的发展,作为下一代无线通信系统中的重要组成Device to Device(D2D)通信系统,在LTE-A[1]通信系统中引起了人们的广泛关注,D2D技术对基站负担增加不大的情况下,能够有效地提高通信速率.并且D2D通信系统的频谱分配较为灵活,既可使用小区的频段,又可以使用公共频段,如Wi MAX[2]频段,进一步提高了系统的频谱利用率.在文献[3-7]中,Klaus Doppler、Kaufman等人从不同角度提出了D2D建模方法和解决方案.文献     

M2M在中继网络中的上行链路资源分配算法

针对M2M(machine to machine)在中继网络中的上行链路资源分配问题,提出一种基于合作博弈论的分配优化算法.建立了宏基站(MBS)和家庭基站(FBS)中继网络模型;引入合作博弈论,并将该上行链路资源分配优化问题转化为最大最小化效用函数问题,再运用Shapley函数给出求解算法;采用Matlab对所提算法进行仿真.仿真结果表明,所提算法在大幅度减少系统总发射功率的情况下,可有效提高终端设备(MS)的吞吐量.     

基于机会调度的上行认知中继蜂窝网络中断性能研究

对基于机会调度的上行两跳认知放大中继蜂窝网络的中断性能进行研究,导出了该系统的中断概率封闭表达式和高信噪比下的中断概率近似表达式。该系统中有多个源节点,研究表明,通过选择最优的次用户进行信息传输,系统中断性能可得到改善。仿真验证了理论推导的正确性。     

全双工蜂窝网络中用户协作D2D通信的性能分析与优化

提出一种蜂窝网络中全双工蜂窝用户协作D2D(device to device)通信机制,全双工蜂窝用户采用功率域叠加支持上行传输和D2D通信并发,为无直传链路的D2D用户对协作中继;分析了系统的可达速率域,提出了一种基于最大-最小可达速率的功率分配算法。仿真分析表明,随着自干扰消除性能的提升,系统的可达速率域扩大,全双工协作D2D通信的可达速率域显著大于半双工协作D2D通信,且蜂窝上行链路和协作D2D链路间存在可达速率折中;功率分配算法能根据信道状态动态调整蜂窝用户的发射 率和功率分配因子,功率效率高,且随着最大发射功率的增加,蜂窝上行链路和协作D2D链路的可达速率趋同,能满足最大-最小准则,兼顾蜂窝上行链路和协作D2D链路间的公平性。     

基于用户簇分布模型的三维异构蜂窝网络覆盖概率分析

采用随机几何理论分析异构蜂窝网络性能时,通常假设用户均匀分布且独立于基站。但在实际的异构蜂窝网络中,小基站一般部署在热点地区或覆盖盲区,因此,小基站与用户的空间位置存在相关性。针对三维空间中蜂窝用户以小基站为父节点的Matern簇过程和Thomas簇过程进行建模,再采用最大信号干扰比(signal to interference ratio, SIR)的小区接入准则,在瑞利衰落信道下推导出下行链路的覆盖概率;通过蒙特卡罗仿真验证理论结果,分析用户簇过程的半径或方差、SIR门限值、小基站密度和小基站功率对覆盖概率的影响,并比较三维用户簇分布模型、三维用户均匀分布模型和二维用户簇分布模型的网络性能。实验结果表明基于三维用户簇分布模型的异构蜂窝网络具有较好的覆盖概率。     

两跳固定中继蜂窝网络的子载波信道分配策略

针对频率复用因子为1的两跳固定中继节点的蜂窝网络中,移动业务分布的时变性和非均匀性,提出了基于同向分配逆向共享的子载波信道资源环状分配策略。该策略无需基站之间的协作也能有效地保证相邻小区节点之间的最小同频干扰距离。通过理论分析和仿真,在用户业务非均匀分布下,与传统两跳蜂窝系统的子载波信道分配策略相比,提出的分配策略系统平均频谱效率有明显改善,尤其在业务分布主要集中在小区边缘时,其平均频谱效率增益可以达到3倍。     

能量有效的多小区OFDMA下行链路资源分配算法

为了实现多小区正交频分多址(OFDMA)下行链路资源动态分配,采用非合作博弈给出多小区OFDMA子信道分配和功率分配的联合博弈模型,各小区以最大化能量效率为目标实现资源动态分配.由于最优子信道和功率联合分配是NP-hard问题,为了求解联合博弈问题,首先,将其分解为子信道分配和功率分配2个子问题,然后,采用干扰信道增益比最小准则实现子信道分配,在此基础上,利用非合作博弈实现功率分配.理论分析显示:该博弈模型可表达为潜在博弈,从而保证了非合作博弈收敛于纳什均衡解.仿真结果表明:算法性能良好,虽然一定程度上降低了传输速率,但获得了较高的能量效率,实现了能量效率和传输速率折中.     

基于多臂赌博机的卫星通信系统子载波分配算法

为了提升卫星通信系统的频谱效率,在卫星系统采用正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)传输技术的情况下,提出了一种基于多臂赌博机(Multi-Armed Bandit, MAB)的子载波分配算法。首先,建立基于OFDMA的卫星系统上行链路多用户传输模型。然后建立以用户总速率最大化为目标,以用户最大发射功率和用户服务质量为约束条件的资源分配问题。接着,利用MAB能在环境信息部分未知时在线学习摇臂选择策略的特性来求解该优化问题,并获得子载波分配方案。仿真结果表明,所提算法能实现系统子载波的自适应分配,同时用户总速率与贪婪算法在已知信道状态信息下获得的用户总速率几乎相同。     

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.     

多天线中继协助的终端直连通信传输方案设计

为了提高蜂窝通信系统的传输效率,一种多天线中继协助的D2D通信链路(MIMO relay aided-D2D,MRA-D2D)的方案被提出。该项研究通过分析中继天线数目、干扰源、接收端之间的距离和功率等信息,设计了MIMO多天线中继协助D2D传输方案的能量效率与通信链路性能的关联表达式。研究结果表明:采用多天线中继辅助,不仅可以通过提高天线数目来提高MRA-D2D链路的接收信干噪比,还可有效提高系统的能量效率;并证明了单纯的提高发射功率并不能提高系统的能量效率。