认知中继网络功率分配的优化算法

本文研究了认知中继网络的功率分配策略。在基于AF(amplify-and-forward)和DF(decode-and-forward)中继模式下,考虑认知用户传输功率受限以及主用户干扰容限等因素,建立了认知中继网络吞吐量的非凸函数和凸函数优化模型;并利用拉格朗日乘子得到最优解。仿真结果表明,所提算法在认知用户传输功率受限以及主用户干扰容限下优化了认知中继网络的吞吐量。     

基于自适应中继的认知协作网络功率分配

在中继系统中基于译码转发(DF)的功率分配算法会由于译码错误造成误差变大,而基于放大转发(AF)的功率分配算法会引起噪声放大。针对上述问题,提出一种基于自适应中继的多载波正交频分复用认知协作功率分配算法。根据传输信号的信噪比自适应选择合适的转发算法分配功率,保证主要用户的干扰温度保持在合理限度内,并最大化系统的信道容量。仿真结果表明,与DF算法、AF算法相比,该自适应算法在低信噪比区域与高信噪比区域均能获得较高的信道容量。     

在认知中继网络中基于放大转发与最佳中继的最优功率分配算法

由于受认知无线电与中继通信技术的启发,提出了一种认知中继网络模型.该模型由源节点、目的节点、认知中继节点及主用户(primary user,PU)构成.认知中继节点以与PU共存的方式为源节点辅助传输信息到目的节点,只要保证其对PU通信造成的干扰在PU干扰门限值以下.假设源节点、目的节点和认知中继节点之间的瞬时信道边信息(channel side information,CSI)和认知中继节点到主用户之间的均值信道增益已知的前提下,研究该模型中的认知中继节点分别采用放大转发(amplify-and-forward,AF)和基于AF的中继选择(selection AF,S-AF)下的功率分配策略,该策略以最小化系统中断概率为目标,同时也满足认知中继节点的发射功率约束(包括总发射功率和个体发射功率约束)和对主用户的干扰功率约束.最后,通过数值仿真来验证推导出的功率分配策略.仿真结果表明:本文提出的最优功率分配策略,无论在AF,还是S-AF下,均能明显的改善系统的中断性能和平均吞吐量;同时在S-AF下最优分配策略可以得到更高的平均吞吐量,因此中断概率更小.     

译码转发协作通信系统的误码率优化研究

协作通信技术能有效提高无线网络系统的误码率(SER)性能。采用译码转发(Decode-Forward,DF)协议的单中继的协作通信系统,推导并给出了线性拓扑结构下DF系统的平均误码率性能上界表达式,并以最小化平均SER为目标,分别从功率分配比和中继位置两个角度进行了优化;最后通过数值分析的方法求解出DF协作系统的最优参数对。理论分析和仿真结果表明,以此最优参数对为参考标准来选择中继伙伴和分配功率,可以使DF协作系统的平均SER最优化。     

认知多中继网络中断性能优化研究

研究了认知多中继网络的中断性能优化方法,提出了认知节点发射功率最大值受限和主用户干扰功率受限条件下的最优功率分配(OPA)方法,优化设计感知时间使认知中继网络的中断性能最优。仿真结果表明,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,在高信噪比区域采用多个认知中继协作传输可有效提高认知无线电网络的中断性能。     

基于时频资源分配的认知无线中继网络物理层安全研究

提出了一种在认知无线中继网络物理层安全意义下的最优时频资源分配方案。在该方案中,主用户通过次用户的协作进行通信;作为回馈,允许次用户接入该频段传输信息。在次用户网络中,选择两个最优次用户,一个用作协作转发,一个用作协作干扰,同时在保证次用户网络传输速率的条件下,通过寻求系统的最优带宽分配因子、时隙分配因子以及次用户的协作功率,来最大化主用户的安全容量。仿真结果表明,提出的方案切实可行,能够显著提高主用户的安全容量。     

重叠传输数字网络编码方案及其性能分析

重叠传输模拟网络编码（ANC-OT）方案中,中继节点采用放大转发（AF）协议,不能避免噪声传播效应。针对此问题,提出了中继节点采用校验译码转发（DF）协议的重叠传输网络编码方案,中继节点根据其译码结果决定是否转发源节点的信号。理论分析表明所提方案的平均互信息和可靠性都优于ANC-OT方案,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

中继协同无人机辅助的认知无线电网络安全通信

针对中继协同无人机（UAV）辅助的无线通信网络,提出一种基于认知无线电网络（CRN）的物理层安全通信方案。利用二次发射机协同解码转发中继向目的接收机发送机密消息,将UAV用作移动干扰器发送干扰噪声,以降低窃听者的解码能力。在不影响主用户通信的前提下,通过联合优化UAV的飞行轨迹和发射功率提高系统的平均保密率,采用基于连续凸逼近的算法求解近似凸规划的保密率最大化问题。仿真结果表明,相较于优化功率和优化轨迹这两种传统方案,该方案能够进一步提高CRN系统通信的安全性。     

中继选择协议下的认知无线电系统性能研究

在保证授权用户服务质量(QoS)和认知用户峰值功率限制的前提下,推导出高信噪比时放大转发中继选择(SAF)协议、解码转发中继选择(SDF)协议和混合中继选择协议(HPRS)下认知中继系统中断概率的近似表达式。Monte Carlo仿真验证了三种协议下中断概率近似表达式的合理性,理论和仿真结果表明,三种协议的中断概率与干扰限制条件和认知用户峰值功率密切相关,且HPRS中断性能要优于SAF和SDF。     

基于协作通信技术的无线再生中继网络中的功率最优分配

针对无线再生中继网络的系统性能与系统误帧率、中断概率等有关问题,以协作通信技术中的多用户协作分集协议MDP(Multi-user Diversity-cooperative Protocol)为基础,设计了新型的MDPTS(Multi-user Diversity-cooperative Protocol Transmission Scheme)传输方案,优化了信号传输过程,提升了信号传输效率与网络吞吐量。在此基础上以系统误帧率最小为目标,提出了在发射端和中继器间的功率分配方案,以误帧率下届为目标函数,通过拉格朗日法求得系统的功率分配最优解。仿真结果表明,与采用传统传输方案的网络相比,采用MDPTS传输方案的网络具有更高的分集增益和复用增益,因此系统性能也更好。     

Joint throughput and transmission range optimization for triple-hop networks with cognitive relay

The optimization of the network throughput and transmission range is one of the most important issues in cognitive relay networks (CRNs). Existing research has focused on the dual-hop network, which cannot be extended to a triple-hop network due to its shortcomings, including the limited transmission range and one-way communication. In this paper, a novel, triple-hop relay scheme is proposed to implement time-division duplex (TDD) transmission among secondary users (SUs) in a three-phase transmission. Moreover, a superposition coding (SC) method is adopted for handling two-receiver cases in triple-hop networks with a cognitive relay. We studied a joint optimization of time and power allocation in all three phases, which is formulated as a nonlinear and concave problem. Both analytical and numerical results show that the proposed scheme is able to improve the throughput of SUs, and enlarge the transmission range of primary users (PUs) without increasing the number of hops.     

On optimized decode and forward relay assisted CR system design for throughput maximization

This paper proposes a joint spectral sensing and secondary data transmission scheme in a decode-and-forward (DF) relay assisted cognitive radio network (CRN). Periodic spectral sensing is done in each frame that primarily consists of two slots: sensing slot and data transmission slot. Sensing information of cognitive source (CS) and cognitive relay (CR) are cooperatively combined at CS to determine reliably the presence or absence of the primary user (PU). An optimization framework is developed to determine the sensing time, data transmission time for CS and CR along with their associated transmission power with an aim to maximize the average throughput of secondary transmission under the constraints of target detection probability, sum transmission power and interference to PU. Simulation results show that significant improvement in average throughput is achieved when the transmission power of CS and CR are jointly optimized with the sensing duration and transmission time of CS and CR. Performance improvement over amplify-and-forward (AF) relay is also reported.     

能效最优准则下的无人机中继系统的功率分配算法

由于无人机（Unmanned aerial vehicle,UAV）机动性好且部署简单,基于无人机中继的传输技术受到了广泛关注。功率作为通信系统的重要资源,其分配问题直接影响各条链路的性能和整个通信系统的能量效率。本文以莱斯衰落信道为背景,提出了一种在系统能效准则下的无人机中继通信系统的功率分配算法。首先在双跳放大转发（Amplify-and-forward,AF）中继传输模型的基础上建立功率分配的优化模型,将功率分配问题转化为求解最大系统能效的优化问题。在最优功率分配的求解过程中,先固定发射信号功率,获得波束形成优化方案;然后通过大信噪比区间近似,将非凸优化问题转化为凸优化问题;最后利用KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件,计算得出功率分配方案的闭式解。仿真实验表明,本文算法相对于迭代算法降低了算法复杂度。     

一种正交混合空时网络编码的中继通信算法

针对无线通信网络中频谱利用效率较低以及网络吞吐量不足等问题,提出一种正交混合空时网络编码的中继通信算法(QHNR)。该算法通过系统模型分析了在传输周期中的MAC阶段和BC阶段中的中继通信方式以及节点发送数据的出错率,采用分级增益的方法来提高信道利用效率,提升系统性能,并通过中继概率来选择较好的中继节点。通过网络吞吐量和网络功率分配情况来分析QHNR算法的性能。实验仿真结果表明,QHNR算法在提高网络吞吐量,提升信道利用效率上,相比采用TWR通信方案和MWR通信方案具有更好的效果。     

一种双信道协作中继的认知网络功率分配算法

针对认知无线网络主、次用户的互相干扰对网络中断性能以及系统传输效率的影响进行了研究,采用一种双信道协作中继的传输方案来减少干扰,并提出一种基于中断概率的最优功率分配方案来改善中断性能和传输效率。在该传输方案中,主、次系统通过对接收的主信号和复合信号进行处理,采用连续的干扰解码和消除得到去干扰信号。该功率分配方案在保障主系统中断性能的前提下,提出次系统中断概率的优化方程,通过关联功率分配因子来实现最大化次系统吞吐量。实验结果表明,该算法在改善中断性能和系统吞吐量方面具有较好的效果。     

一种基于叠加编码的协作传输协议

针对传统三节点协作通信模型虽简单易行,但其中两阶段协作传输过程中中继节点通常无偿为源节点转发数据,存在频谱效率低的缺点,基于解码转发（decode and forward,DF）协作协议,以提高系统传输速率为目标,利用链路层控制信息的交换获得链路状态信息（channel statue information,CSI）,提出一种基于叠加编码的协作通信机制。协作中,允许中继节点在转发源节点数据的同时,利用叠加编码进行自身数据的发送,通过灵活调整叠加编码时的功率分配,保证系统的传输速率。仿真结果表明,该机制能有效提高系统的传输速率。     

Outage-optimal relaying through opportunistic hybrid forward cooperation

In this paper, a new scheme based on relay selection and data forwarding in multi-relay cooperative networks is introduced. Unlike most existing solutions focused on amplify-and-forward (AF) or decode-and-forward (DF) protocol separately, the proposed hybrid forward (HF) scheme takes advantage of both AF and DF protocols in relay forwarding. Based on theoretical analysis, a closed-form expression for the tight lower bound of its outage probability is derived, and further performance analysis is also present...     

无线中继网络中基于方向天线的MAC协议

无线中继网络是指网络中的节点互相通信成为中继节点之间,中继节点之间距离很近可以形成协作分集,该文对这种网络进行了研究,引入多天线技术(MIMO)中的波束成型技术来消除信道间干扰,实现并行传输数据,分析了协作传输策略,结合协作传输策略对中继节点的功率分配进行了优化,基于合协作传输策略设计了一种基于方向天线的MAC协议.经过分析和实验仿真,基于MIMO波束成型的协作传输方法在相同情况下比其它的方法增加15％以上的信道容量.