电力远程抄表系统的混合通信和中继技术研究

电力远程抄表系统的本地通信环境复杂,需要不同的通信方式进行协作才能完成可靠的数据传输。采用微功率无线与电力线2种各具特色的混合通信方式,并引入中继技术,可以提高远程抄表系统的整体性能。针对电力远程抄表系统中无线与电力线混合通信问题,设计了无线/电力线混合通信系统,并开发了模块无线/电力线混合通信单元,设计了基于接收信号强度的混合通信信道选择及中继选择算法,可以依据链路质量自适应选择电力线/无线通信方式和中继节点。测试结果表明,设计的具有信道和中继选择的混合通信系统可以明显提高抄表的成功率。     

无线紫外光MIMO湍流信道中BCOSTBC编码研究

针对在准确估计信道情况下无线紫外光MIMO湍流信道中如何有效地获得全分集增益这一问题。首先研究了无线紫外光通信的传输特性,然后研究了MIMO信道以及影响紫外光通信的主要因素。最后,采用比特补码式正交空时码(BCOSTBC)编码,推导出在弱湍流情况下直视(LOS)和非直视(NLOS)的误码率公式。实验结果表明,采用编码后1×2、2×1和2×2系统的误码率性能在LOS和NLOS情况下分别约改善了3、6和9 d B。增加光电探测器数目可以提高分集增益,有益于系统性能的改善;其中,2×2系统需要的发射功率最小,传输的距离更远,数据传输速率更大,误码率更低;在NLOS条件下通过小角度收发仰角能够改善系统的误码率性能。     

基于无线携能的协作NOMA系统安全性能研究

针对中继能量受限的多用户无线窃听场景,提出了一种基于无线携能的协作非正交多址接入(NOMA)安全传输机制并进行了性能分析。该传输机制首先对多天线基站进行最优发射天线选择,引入协作NOMA的全双工技术提高传输可靠性与频谱利用率,采用无线携能技术克服中继节点由于功耗过大引起的能量不足问题。为进一步衡量所提传输机制的系统性能,推导了用户的中断概率和安全中断概率并进行了系统性能分析。数值结果表明,通过合理设置NOMA功率分配比以及无线携能功率分割比有利于提高系统的性能,所提传输机制相对于协作NOMA和传统NOMA传输机制安全中断性能分别提高了33%与59%。     

基于矩生成函数近似的双媒质协作通信功率优化分配

针对通用无线接入和电力线中继传输的混合通信场景,首先采用通用Nakagami分布的无线衰落和对数正态(LogN)分布的电力线衰落混合衰落模型,综合应用基于矩生成函数(MGF)方程组的Gamma分布—LogN分布近似转化、LogN变量和近似等方法,推导了系统采用译码转发协议和选择式合并之后的中断概率和误码率理论公式。其中针对MGF方程组,提出了适用于瞬时信噪比概率密度近似转化的关键参数确定方法。接着利用理论性能公式分析了混合信道衰落因子、多维脉冲噪声参数和功率分配影响系统性能的规律,并利用黄金分割等数值算法确定最佳功率分配因子。最后采用蒙特卡洛仿真,验证了理论分析的有效性与可靠性。     

电力线和无线双媒质通信系统的自适应中继协议

综合考虑混合媒质通信和中继协作技术,研究了无线移动接入、无线和电力线并行传输的系统.利用多维对数正态近似算法以及终端信噪比的矩生成函数,分别推导出系统采用放大前传(AF)和译码前传(DF)时中断概率的闭合解析式;为了有效克服AF和DF中继协议的缺点,提出了自适应中继协议,即根据信道通信质量动态选择AF或者DF中继协议,并给出了具体的实现步骤;最后采用蒙特卡洛仿真验证了理论分析的有效性和可靠性.理论和仿真结果表明,与AF和DF中继协议相比,所提出的自适应中继协议在低信噪比区域和高信噪比区域均能获得较好的通信质量.     

网络编码协作中继系统的功率优化分配研究

研究了基于网络编码的协作中继功率分配问题.在系统的总能量一定的前提下,使用传统的两用户单中继模型对源节点和中继节点的功率进行优化分配.假设模型中源节点与中继节点之间能进行无误传输,其他链路存在噪声,最后用系统中断概率来衡量系统的性能.分析得出当能量分配比例取某一固定值时,系统的中断概率达到最小,系统的性能也最好.     

多跳AF中继中的动态混合携能通信

考虑从信源到信宿经过m跳的多跳AF中继传输,给出了混合时间分配和功率切割的无线携能通信协议的帧结构构建过程。在每个中继的总传输功率和吞吐量一定的约束条件下,评估了功率传输效率和信息传输性能之间的权衡关系。导出了双参数混合的非闭合形式表达式,计算出在给定节点吞吐量下的最大可实现跳数。数值仿真结果表明,为了扩展网络覆盖范围和保证能源效率,可以通过不同的中继跳数动态调整两个参数,以实现最佳的无线携能通信性能。     

全双工和半双工自适应的电力线中继和功率优化分配算法

为了提高远距离通信能力,电力线通信目前主要采用两时隙的半双工中继技术。全双工技术可以提高系统频谱效率和解决电磁干扰问题,但其性能易受自干扰影响。提出了一种全双工和半双工自适应的电力线中继算法,并对其进行了系统性能分析。基于对数正态衰落和贝努利-高斯脉冲噪声的电力线信道模型,给出了不同双工时信号处理过程和自适应中继步骤;然后应用Gauss-Hermite变换和分区域积分等方法,推导了不同双工方式时的中断概率性能;接着用蒙特卡洛仿真验证了中断概率表达式的可靠性,并分析了双工方式、自干扰、中继距离、功率、信道参数对系统性能的影响;最后通过序列二次规划法得到最佳功率分配值。     

多跳中继通信网STDM模式链路容量分析

下一代基于中继节点的多跳蜂窝网络将支持更高速率的多媒体移动业务.多跳中继链路能够有效改善无线通信链路的信道质量,有利于系统容量的提高,但是中继节点的引入代价属于额外无线信道资源的消耗,将会降低系统容量.因此本文提出了空间时分复用(STDM)的多跳中继链路模型,使得中继无线信道资源能够空间复用,通过理论分析和数值仿真,在保证一定的链路距离下,与传统严格时间正交的模式相比,STDM模式的链路吞吐量可以成倍的提高.     

一种基于跨层机制的中继选择策略及实现

基于放大前传模式,结合跨层协作思想,提出了一种基于MAC层和物理层的跨层中继选择方案。该方案解决了中继协作时机问题;以最小中断概率为目标,给出了如何选择中继节点以及分配发射功率的方法。此外,对所提中继选择策略与传统AF算法的中断概率性能进行了仿真,结果表明,所提出的中继选择策略明显优于传统中继选择准则。     

软切换FSO/RF链路混合编码调制算法性能分析

将自由空间光(FSO)通信链路的高速率优势与射频(RF)链路的可靠性优势互补结合,针对FSO/RF混合通信链路组网的物理层数据可靠传输问题,研究软切换机制下采用LDPC混合编码与2-PPM和16QAM调制的系统方案性能。混合系统FSO链路在Gamma-Gamma信道不同湍流强度与RF链路在Rician信道不同信噪比条件下的仿真结果表明,所述方案在软切换下达到1×10~(-6)误比特率时,不同条件下可获得1.3~8.0 dB不等的性能增益改善,显著提高在不同链路条件下FSO/RF混合通信系统的数据传输可靠性。     

面向协作通信的忙音信道接入机制

与传统无线传输相比,虽然协作中继节点的参与可以大大提高无线网络性能,然而协作中继会带来严重的信道竞争问题,这给协作通信环境中的信道访问控制带来挑战。为了解决这个问题,提出一种RTS/CTS(Request To Send/Clear To Send)与忙音结合的MAC(media access control)信道接入方案。该方案使用3个忙音来标识信道的使用状态,并解决协作通信中的隐藏终端和暴露终端问题。基于忙音信号,还提出了一种带宽节俭的协作节点选择算法。通过侦听忙音信号,源节点可分布式地选择最优的协作节点。理论分析和仿真实验表明所提方案能有效地提高协作通信中的信道利用率,很好地解决了协作通信中的隐藏终端暴露终端问题。在数据包大小超过3 500 B时,本协议中暴露终端受传输节点阻塞的时间不到整个传输时间的10%。     

Analysis of maximal-ratio of transmitting/receiving antenna selection with perfect and partial channel information

To improve system performance and reduce the complexity and cost of receiver hardware, we investigated a new multiple-input multiple-output (MIMO) scheme combining maximal-ratio transmitting and receiver antenna selection (MRT/RAS). In this scheme, a single receiving antenna, which maximizes the signalto-noise ratio (SNR) at the receiver, is selected for demodulation. The closed-form outage probability and the bit error rate (BER) of the MRT/RAS system are both presented. The simulation demonstrates that the MRT/RAS scheme can achieve a full diversity order as if all the receiving antennas were used. It is shown that the MRT/RAS scheme outperforms some more complex space-time codes of the same spectral efficiency. The analytical results are verified by simulation. In the end, we also analyze the MRT/RAS system based on partial channel information.     

多天线频谱共享CR-NOMA系统安全中断性能分析

认知无线电（CR）非正交多址接入（NOMA）网络（记为CR NOMA）已是无线通信领域的研究热点之一。由于无线信道的开放性，使得无线网络的安全通信成为当前急需解决的问题。该文研究了频谱共享多天线CR NOMA网络安全中断性能，首先分析了最优天线选择（OAS）方案的安全中断概率（SOP），并推导了其精确的闭合表达式。其次，分析了空时传输（STT）方案的SOP，并推导了其精确的闭合表达式。最后，对次用户两种方案的SOP渐近性能进行了分析，揭示了系统参数对SOP的影响。最后，采用Monte Carlo仿真验证了理论分析的正确性。研究发现，两种方案基站分别存在一个最优峰值发射功率，使得远距离次用户的安全中断性能最佳。仿真结果表明增大基站峰值发射功率，OAS方案的近距离次用户的SOP会始终优于STT方案，远距离次用户的SOP会劣于STT方案。     

Multi‐objective optimization power control for code division multiple access systems

In code division multiple access (CDMA) communication systems, the communication channel is usually corrupted with time‐varying interferences, which include channel fading, multiple access interference, round‐trip delay, and noise. Power control is an important issue for CDMA systems to achieve higher communication link quality and better system capacity under time‐varying interferences. In the previous studies, most of power control algorithms only considered the user's target signal‐to‐interference‐and‐noise‐ratio (SINR) to maintain quality of service. In this study, a multi‐objective optimization method is proposed for power control design in CDMA systems. With a shadow system and an h _∞ filter to compensate for the round‐trip delay, the proposed power control scheme can simply adjust transmission power to achieve the best compromise between several objectives, such as minimization of SINR deviation, minimization of power consumption, and minimization of the system outage. Several simulation results are given to confirm the performance of the proposed power control scheme. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

瑞利信道中无线通信设备误码率测试仪实现

误码率是衡量无线通信设备性能的重要指标。为了获得待测设备在衰落信道下的误码性能,传统方法需要进行外场实验,成本高,效率低。针对这一问题,本文基于现场可编程门阵列(FPGA),采用查找表正弦叠加法,实现了能够模拟单径瑞利衰落信道的误码率测试仪。实验数据表明,在置信度为0.95的假设检验中,经过模拟信道的BPSK信号包络样本服从瑞利分布;测量误比特率为10?3、观测样本数达到4×106个,所研制误码率测试仪在理论误比特率±5%的置信区间内,置信度不小于0.99,能够满足单径瑞利信道中无线通信设备的误码率性能测试,有效降低了测试时间和成本。     

基于人工神经网络的联合中继和干扰选择策略研究

针对多中继通信网络,中继选择算法效率低及潜在窃听节点的安全威胁问题。提出一种基于人工神经网络的联合中继和干扰节点选择策略。首先,采用解码转发(decode-and-forward, DF)中继协议,构建存在窃听节点的多中继协作通信网络,结合协作干扰策略,推导得到系统安全中断概率的闭合表达式;然后,对神经网络进行训练,将相关节点的信道状态信息(channel state information, CSI)作为输入对模型进行训练,获得最优模型参数;最后,利用部分数据集验证模型,仿真结果表明对最优节点选择的正确率能够达到93%以上。与传统选择方案相比,所提方案实现复杂度降低且计算时间明显减少,并且有效改善了系统的安全性能。