基于部分信道信息的中继选择与功率分配算法

针对传统中继选择算法反馈开销大、信道条件利用不充分以及等功率分配算法资源利用率低等问题,在放大转发协作通信网络中,以最小化系统中断概率为目标,提出基于部分信道状态信息的中继选择与功率分配算法。指出源-中继-目的节点传输链路所能获得的信噪比受制于源-中继及中继-目的链路中接收信噪比较小者,各中继依据自身到源及目的节点链路的统计信道状态信息,采用不同的反馈策略向源节点进行信息反馈,由源节点完成中继选择,通过凸优化方法对所选择的源和中继节点进行功率分配。仿真结果表明,与基于第一跳信道信息的算法相比,该算法在仅增加少量反馈的条件下可明显降低系统的中断概率,且与同等反馈负荷下的其他算法相比,仍能获得较好的中断性能。     

蜂窝网络分布式中继选择算法

针对蜂窝网络中的功耗优化问题,研究了如何最小化两跳中继蜂窝网络的系统总功耗。首先根据信道传输功率的闭合表达式得到满足信道最小中断概率情况下的最优链路传输功率,然后通过使用基于Acknowledgement的分布式拍卖算法(DAA-ACK)和改进的分布式拍卖算法(IDAA)帮助用户节点选择合适的中继基站。仿真结果显示,这两种算法仅需要用户节点与邻居中继基站交换少量信息,并可通过有限次迭代快速选择出使系统总功率最小的中继节点。     

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.     

干扰环境无线多跳传感网络中继算法研究

本文主要讨论了干扰环境下无线多跳网络特殊中继算法的设计与实现,这是由于目的是增强网络的整体抗干扰能力。中继算法通过一定准则,选择中继节点及发送功率等级,通过节点间协同通信增加网络端到端吞吐率,降低传输平均中断概率,提高网络性能。     

Nakagami-[m]信道的TSR非可信中继网络安全性能分析

针对中继可能窃听转发的私密信号，研究了Nakagami-[m]信道中时间切换中继协议的非可信中继网络安全传输性能，该网络中源节点与目的节点均配置了多根天线，而能量受限的非可信中继仅有一根天线。为分析网络的安全传输，考虑了两种安全传输方案，即发送天线选择/最大比合并方案和最大比传输/最大比合并方案。为研究非可信中继网络的安全性和可靠性，依次推导出两种方案安全中断概率、连接中断概率、安全吞吐量的闭式表达式，并分析了高信噪比下安全吞吐量的渐进性能。利用蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性，仿真结果揭示了信噪比、发送功率分配因子、时间切换系数、天线数对安全吞吐量的影响。     

认知无线中继网络最小化中断概率功率分配算法

为提升认知无线中继网络的中断性能,通过分析系统中断概率及用户功率分配情况,提出一种最小化中断概率的功率分配算法。给出在主用户干扰约束和总功率约束条件下最小化中断概率的数学优化方程组,根据用户的最大发射功率与干扰电平阈值的受限关系,分别考虑分配功率不超过干扰电平阈值、中继节点功率受限于干扰电平阈值以及所有节点受限于干扰电平阈值这3种情况,对应提出3种最佳功率分配方案,并基于KKT条件求解最优值。实验结果表明,该功率分配算法与基于频谱共享以及基于机会主义中继选择的中断概率分析方法相比,性能增益提升显著,并且在总功率、干扰电平变化的条件下,所采用的功率分配方案提升系统中断性能效果较好。     

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。     

改进的多用户协作通信系统中继选择策略

基于多用户非再生协作网络,提出改进的多用户协作通信系统中继选择策略。假设在源节点和中继节点功率相等的条件下,利用源到中继、中继到目的节点的信道统计信息定义等效信道增益,并将其与信噪比结合,选择不同的中继节点集合,使得系统中断概率最小。实验结果表明,在高信噪比情况下,当中断概率为10?3时,与中继放大转发算法相比,可获得0.2 dB的信噪比增益,与单中继转发算法相比,信噪比增益为3.5 dB,能提高系统资源利用率。     

基于部分信道信息的中继选择算法

提出了一种在放大转发协作网络中,基于部分信道信息的中继选择算法。与前人研究基于两跳瞬时信道信息的中继选择算法不同,所提的中继选择算法基于第1跳的瞬时信道信息和第2跳的统计信道信息,选择第1跳的瞬时信噪比和第2跳的统计平均信噪比乘积最大的中继节点。推导了该中继选择算法的中断概率,给出了中断概率的闭式表达。结合推导过程,进一步给出一种在已知第1跳信道信息条件下最小化系统后验中断概率的增强型选择算法。仿真结果验证了理论推导的正确性,同时表明所提算法的性能优于其他算法。     

窃听环境下协作通信网络的机会中继选择方法

传统的最佳中继选择方法仅依赖于合法用户的信道条件,在存在窃听用户的环境中无法保证信息传输的安全性与私密性。针对该问题,以最小化系统安全中断概率为目标,综合考虑合法用户与窃听用户的信道状态信息,提出一种新的机会中继选择方法。针对解码转发协作通信网络,给出系统总发射功率受限条件下的最佳功率分配方案,并在此基础上设计最佳中继节点的选择方法,推导得到系统安全中断概率的闭式表达式。仿真结果验证了该闭式表达式的正确性,并表明与传统中继选择方法相比,提出的中继选择方法可显著降低系统的安全中断概率。     

基于机会式中继传输策略的安全性能分析

针对无线通信过程中信息被非法用户窃听的问题,提出一种基于最佳中继选择的安全传输策略。首先,在源节点处整合了预先设计的人工噪声与有用信息,通过最佳中继选择算法选择最佳中继对接收到的信息进行转发;其次,推导出系统的安全容量、中断概率以及拦截概率;最后,利用安全性与可靠性折中的性能来确定最佳的中继个数。理论分析和实验仿真结果表明,与传统没有加入人工噪声的系统模型相比,该系统的性能提升可以明显通过增加中继节点来实现。     

基于超级节点MAC中继的复域分布检测非正交网络编码

为解决正交通信过程存在的数据发送等待问题,提出一种基于超级节点多接入信道（MAC）中继的复域分布检测非正交网络编码策略。首先,对经典正交信道分布检测技术进行介绍,并针对其存在的问题,使用中继MAC无线传感器网络,把复数域网络编码技术应用在无线传感器网络中,有助于实现协同分集降低信道衰落不利影响。其次,针对中继MAC复数域网络编码正交信道分布检测技术,基于传感器的虚警率和检测概率,提出结合网络符号差错概率的最大似然（ML）最佳传感器标签选择算法,降低误差概率,同时通过超级节点近似,获得中继功率和总发射功率的公平分配。仿真结果显示,该算法在非正交网络编码检测中,检测率指标可达到91.3%,而错误率指标仅为25.1%。实验结果表明,该算法可以有效地提高非正交网络编码算法在实际应用中的检测性能。     

协作通信中基于AHP的灵活节能中继选择算法

目前无线协作通信系统中存在系统能量消耗大、网络生命周期短等问题,良好的中继选择方案是减小能耗的有效途径。因此,提出基于AHP的灵活节能中继选择算法。在信息传输阶段,由控制单元根据协作概率判断节点是否激活自身侦听广播信息包,为减小能耗对协作概率进行优化,并根据系统中断概率获得预计信息量的表达式。采用层次分析法综合考虑节点剩余能量比、链路信噪比、中断概率,从激活状态下的节点中灵活选择优化中继节点进行协作传输。仿真结果表明,该方案在预计即时信息量、中断概率、能耗均衡方面具有一定优势,能够有效减少协作通信网络中的能量消耗,提升网络整体性能。     

Relay selection for maximizing the number of successive transmission in cooperative networks

Relay selection has an important effect on improving the performance of cooperative communication system. However, the frequent operation of relay selection can bring enormous control message overhead, and then decrease the performance of cooperative communication. To reduce the relay selection frequency, in this paper, we propose a relay selection scheme to choose the best relay considering successive packets transmission. In this scheme, through the parameters of data transmission rate, the length of data packet and the estimated channel state information, the best relay is selected to maximize the number of successive packets transmission while guaranteeing the given outage probability. It is proven by numerical results that the proposed relay selection scheme can support the successive packets transmission in cooperative wireless networks and the maximum number of successive packets transmission is affected by the different network parameters, i.e. packet length, data transmission rate, signal to noise ratio and Doppler frequency. Compared to previous relay selection schemes by simulation results, it is shown that the proposed relay selection scheme can improve the throughput performance efficiently.     

Optimal algorithm for Multi-hop relay selection based on cognitive radio

Relay selection, also called opportunistic relay, is capable of fast narrowing the search scope, finding the optimal relays and achieving a better cooperative transmission. With the continuous expansion of network capacity, the coverage area and the participating relays, it is unwise to traverse all the nodes to select the best relay. An optimal scheme based on cognitive wireless multi-hop relay selection has been proposed in this study, in which a threshold value is set for the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR). Only when the SINR exceeds the threshold can the node be selected as the relay node. Because of the random distribution and geographical universality of the relay, the candidate relays would better be limited within a particular area. Then a model based on stochastic geometry is established to rapidly find the relay which meets the demand near optimally, without needing of the global channel state information of the network in advance. The simulation results show that the optimized scheme can reduce the searching time and improve the performance of the secondary transmission. In addition, theoretical formula of the outage probability and channel data transmission rate has also been derived and verified its effectiveness through simulation.

     

认知无线Ad Hoc网络干扰约束和能量高效路由算法

为了减少认知无线Ad Hoc网络的传输中断概率,实现频谱和能量高效,提出一种干扰约束和能量高效（Interference Constraints and Energy-Efficient,ICEE）的路由算法。信道检测除了基于认知节点（Cognitive Radio,CR）对主用户（Primary Users,PU）的干扰约束外,还增加了CR节点的数据传输所需持续时间约束,以保证CR节点在有效利用空闲信道的同时减少传输中断事件的发生,减少故障重传所损耗的能量。在设计路由算法时采用了链路能耗和节点寿命作为度量,通过联合最优的链路选择方程实现网络能量高效,并延长网络的生命周期。实验仿真结果表明,相比较认知Ad hoc网络的自适应路由协议,基于联合信道分配和自适应功率控制的路由协议,ICEE算法在数据包平均能耗上分别减少了41.2%和24.5%,并且有效地延长了网络生命周期。     

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。     

VANET中基于约束区域中继的协作通信性能研究

研究了协作通信对车载自组织网络(VANET)性能的影响。中继节点参与通信会提高单链路传输的可靠性,然而大多数研究忽略了采取中继节点会扩大通信干扰范围的影响,从而带来的额外干扰也会影响其他链路的通信。为此,通过构建一个菱形的中继节点选择区域来限制增大干扰区域的不利影响,进而提出一种新的评估协作通信性能的方法,并得到中断概率和网络吞吐量的数学表达式。数值分析和仿真结果表明,协作通信能够显著降低通信中断概率,但其对整个网络的吞吐量性能并不总是有效的,合理地设置中继选择区域大小能有效提高网络吞吐量。     

Joint relay selection and power control for robust cooperative multicast in mmWave WPANs

We propose an optimization algorithm for joint relay selection and source and relay power allocation under mixed line-of-sight (LoS) and non-LoS path scenarios for both power saving and robustness enhancement of cooperative multicast in millimeter-wave wireless personal area networks. Our aims are to reduce power consumption and enhance the robustness of cooperative multicasts in millimeter-wave wireless personal area networks. First, we describe a novel beam training protocol that is capable of overhearing and information feedback to filter relay candidates with non-LoS links and avoid selecting relays for transceivers with LoS paths. Second, the joint relay selection and power allocation issue is formulated as an optimization problem with the objective of minimizing the maximum combined power consumption of the source and relay under maximum tolerable outage probabilities and transmit powers. By introducing relaxation and Lagrange multiplier methods, a closed-form expression for the joint relay selection and power allocation is obtained. Finally, simulation results indicate significant improvements in terms of both outage probability and power consumption over the conventional combined transmit power minimization algorithm.