鲁棒的双向多中继物理层安全传输方案

针对双向多中继系统物理层安全传输无法获取窃听者的精确信道状态信息（CSI）的问题,提出鲁棒的多中继协作波束形成和人工噪声联合物理层安全传输方案,以最大化系统总功率约束下信道状态"最差情况"时的安全总速率。在该方案中,待求解的问题是一个复杂的非凸优化问题。采用交替迭代和连续凸近似（SCA）方法,对波束形成向量、人工噪声协方差矩阵和源节点发射功率进行交替优化迭代,得到了问题的优化解。仿真实验验证了所提方案的有效性,并表明该方案具有更优的安全性能。     

基于信道预测的协作中继选择方法

一般的协作中继选择方法利用过时的信道状态信息(CSI)进行中继选择,准确的信道预测能提供精确的CSI用于中继选择。已有的信道预测方法往往不能适应信道的快时变性,或者具有高复杂度。为此提出一种基于斜率预测的信道预测方法,并应用于协作通信系统的中继选择中。该预测方法结合一阶线性多项式曲线拟合和有限脉冲响应(FIR)维纳预测,使用FIR维纳预测器预测信道一阶线性函数的斜率,将预测范围切割成若干个足够小的时间片段,在这些小的时间片段内对信道进行连续预测。同时,提出了基于信道预测的中继选择(CPRS)方法,并进行了性能分析。仿真表明,与基于过时信道的中继协作(OCRS)通信系统相比,CPRS能使系统的误码率(BER)下降幅度达到13%~63%,具有显著的性能提升效果。     

SR门限中继选择算法研究

中继选择是协作通信领域的关键问题,尤其对于电池供电能量有限的无线移动设备。与基于两跳瞬时信道信息的中继选择算法不同,介绍了一种基于源到中继信道信息的SR门限比较算法。该算法在中继节点设置合适的信噪比门限,将源和多个中继节点的信噪比与门限值比较,选择出最优中继进行传输。在该算法的基础上,理论分析了最优中继及目的节点处的输出信噪比,仿真结果表明该算法可以获得与基于两跳瞬时信道信息算法相近的性能。但由于中继只需考虑自身和源节点之间的瞬时信道状态,所以中继的功耗大大减小,算法的复杂性降低。     

多中继协作空间调制的中继选择及性能分析

针对多中继协作空间调制（SM）系统中的中继选择问题,提出一种基于中继节点位置的选择方案,并将该方案应用于系统中,对系统的误比特率（BER）性能进行了分析。该系统在源节点使用SM技术,每一时隙仅激活一根发射天线,并基于中继节点的位置信息,在全部中继中选择最接近源节点和目的节点间中点的一个放大转发（AF）中继进行转发。运用矩生成函数法推导了该系统在瑞利衰落信道下成对错误概率的解,并由此给出了系统的理论BER。仿真结果表明,与随机选择和循环转发中继的方法相比,该中继选择方法能够在系统中获得更好的BER性能。     

基于能量收集技术的无线协作网络中继选择

针对目前能量收集技术能够收集到的可用能量受限,导致无线协作网络中继节点处易出现能量短板的问题,为了避免整个网络因中继节点大量死亡而瘫痪,提出了一种基于能量收集技术的无线协作网络中继选择方案,即联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案。首先,基于节点的能量收集状况,选出每跳中能量最大的节点进行解码转发;然后,结合每连续两跳的链路传输状态,选出与源节点和目的节点之间的数据传输信道最优者作为中继节点。结合Nakagami-m信道衰落模型,将该方案与随机选择方案、最大数据链路信道增益(MaDs)方案和基于中继-窃听链路最小信道增益(BNBF)方案进行对比分析,结果表明:在满足收集的能量足够用于下一时隙能量收集和数据传输的前提下,用于能量收集的比例越小,网络中断概率越小;联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案在网络中断性能方面优于其他方案,其中断概率随信噪比的增大而减小,特别是当平均信噪比为38dB时,网络中断概率降到10^-5。     

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。     

天线多中继系统中分布式预编码方案的研究

在天线多中继系统优化问题的研究中,一般多中继系统源节点到中继和中继到目的节点的两个阶段的信道矩阵必须与其它中继节点共享,将使得系统开销增大。针对以上问题,提出了一种中继节点之间信道状态信息(CSI)连续共享方案。在源节点发送过来的CSI中,不是采用传统的以广播方式发包给所有中继,而是根据相位信息与中继节点矩阵的匹配,通过中继发送到目的节点。在中继节点处设计一种多用户分布式预编码方案,以改善和平衡目的节点接收信号的功率,使接收机实现相干合成,完成系统优化设计。仿真表明,提出的编码方案提高了系统容量,降低了编码复杂度,缓解了多入多出多中继系统中多路信号之间的干扰,提高系统的频谱效率,能很好地适用于多中继系统中。     

有限反馈下协作波束形成系统的性能仿真研究

针对实际通信系统中发射机难以获得准确的信道状态信息(CSI)的情况,基于放大前馈中继模式和两种不同的拓扑结构,提出了有限反馈的协作波束形成技术,研究了反馈信道的信道状态信息量化对系统性能的影响.仿真结果表明,协作系统的性能与中继终端的位置密切相关,当中继位于信源和目的终端的中间时,协作系统能获得最大的分集增益.信道量化对协作分集系统性能的不利影响是有限的,即使1比特的量化反馈,也能产生相当大的性能增益.     

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。     

LDPC码和协作MIMO系统结合的波束成形技术性能分析

将波束成形技术用在协作多输入多输出（MIMO）系统中,通过半双工的放大转发模式的中继传输协议,提出了奇异值分解与最小均方误差（SVD-MMSE）混合波束成形技术的方法。将发送端的信息采用低密度奇偶校验码（LDPC）编码,可以有效利用空间分集,提高了系统性能。通过Matlab仿真表明SVD-MMSE的混合算法的误码率性能比单一的SVD算法和MMSE算法在BER=10^-6时分别提高了0.5 dB和0.4 dB左右。     

利用似然比门限转换的自适应机会协作策略

基于解码前传的错误传播严重影响机会协作系统的选择分集增益。针对此问题,提出一种基于似然比门限转换的自适应机会协作策略：最优中继采用似然比对接收信号质量进行指示,通过与基于链路误比特率的门限值比较,动态地选择中继方式,以保证中继链路得到充分利用。推导了平均误比特率的近似解析表达式,在此基础上对门限进行了优化。采用蒙特卡罗仿真验证了理论公式的有效性,仿真结果表明,当误比特率为0.001时,相比传统方案,该算法能节省1.2dB的功率     

基于RobustICA的数字调制混合信号盲源分离算法

针对含噪环境下数字调制混合信号盲源分离(BSS)误码率(BER)过高的问题,提出了一种基于RobustICA的二阶段盲源分离算法R-TSBS。该算法采用RobustICA算法对阵列响应向量构成的混合矩阵进行估计,然后利用数字调制信号的有限符号集特征,在第二阶段用最大似然估计(MLE)方法估计各个数字调制源信号发送的符号序列,达到盲源分离的目的。实验仿真表明,传统的独立成分分析(ICA)算法如RobustICA算法和FastICA算法误码率很高,在信噪比(SNR)为10 dB时,其误码率达到了3.5×10^-2左右,而基于FastICA的二阶段盲源分离算法F-TSBS和基于RobustICA的二阶段盲源分离算法R-TSBS的误码率则下降到了10^-3,分离性能得到了明显改善;在较低的信噪比(0~4 dB)下,R-TSBS算法较F-TSBS算法约有2 dB性能提升。     

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。     

面向安全的轮流中继选择方案

针对多中继轮流中继系统被窃听的问题,提出面向安全的轮流中继选择方案。首先提出了遍历的最优中继选择方案,并推导得到了保密速率的理论值;之后为降低复杂度,分别从降低计算复杂度和信道估计开销的角度设计了两种两阶段的次优中继选择方案,先缩小中继选择范围再进行搜索。仿真结果表明K-最大主信道中继选择方案能够以较低的复杂度实现最优保密速率。     

基于合作似然检测和球形译码的多用户多输入输出多跳中继系统

针对多输入输出(MIMO)系统在传输数据过程中的误码率(BER)和信道容量优化问题,提出一种基于合作似然检测和球形译码的多用户MIMO多跳中继系统。首先,该系统构建二阶协作的MIMO中继系统模型对信道数据的中继传输过程以及路径损耗、阴影衰落情况进行分析;接着,通过球形译码来推导出等效的最大似然规则进行对数正态阴影衰落检测;最后提出最大调和平均信道功率选择策略,基于相关性链路度量和最大信道功率阈值为用户选择误码率更小的接入链路,从而改善多用户MIMO系统的性能。实验仿真结果显示,与基于互信息最大化的多用户MIMO多跳中继系统以及基于解码转发和多入多出技术正交空时分组编码(STBC)的中继系统相比,该系统在数据传输过程中的平均比特误码率分别降低了27.4%和32.6%,平均信道容量分别提高了9.5%和12.7%,因此在减少误码率和提高信道容量上具有较好的效果。     

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.

     

地空信道下基于OFDM/OQAM系统的时频同步算法

针对正交频分复用/交错正交幅度调制（OFDM/OQAM）系统无循环前缀而对时偏误差敏感,以及在具有大多普勒频移的快时变地空信道下对频偏估计要求较高的问题,提出了一种适用于地空信道OFDM/OQAM系统的自相关估计（ACE）时频同步算法。该算法中符号定时采用较少的辅助序列实现快速捕获和定时,频偏估计通过优选同步自相关序列进行两次自相关运算,将两次运算估计的频偏值进行加权平均,获得最终频偏估计值。在计算机上进行仿真,其中与改进最小二乘（MLS）算法和训练序列（TR2）算法相比,ACE算法符号定时相关峰值对比度提高至原来的3倍;在飞行状态下系统误码率（BER）为10^-2时有10dB信噪比增益,在地空信道到达状态下BER为10^-3时有3dB信噪比增益。仿真结果表明,ACE算法进一步提升了时频同步精度和误码性能。