MF中继选择系统的物理层安全性能

针对合谋窃听场景下单天线多中继修改转发（MF）协作无线系统的安全性能较差问题,提出一种合谋窃听场景下联合源节点发送天线选择（TAS）和多中继选择的MF协作物理层安全系统,考虑最优的最大化主信道信噪比（SNR）和次优的最大化源节点-中继节点链路 SNR 两种中继选择方案,推导其安全中断概率（SOP）和遍历安全容量（ESC）的解析表达式。最优或次优中继选择的MF安全中继系统的SOP和ESC的数值计算结果与仿真结果相吻合,验证了上述理论分析的正确性;同时也表明源节点发射天线数和中继节点数越多、窃听节点数越少,最优或次优中继选择的MF安全中继系统的物理层安全性能越好。     

协作通信中的解码转发中继策略优化

在单中继协作通信系统模型下,研究了直接传输、固定解码转发（ DF）中继、选择DF中继和增量中继协议。为了提高协作通信系统的频谱效率和中断性能,通过比较源-目的端和中继-目的端的瞬时信道增益来判定是否需要采用协同通信模式,提出一种改进的解码转发方式（ IDF）。通过将选择DF中继和增量中继的优点结合,提出了一种增量选择中继（ ISR）策略,并给出了2种改进协议任意信噪比的中断概率表达式。仿真结果表明,与传统的单中继解码转发协议相比, IDF和ISR均具有更低的中断概率, ISR具有最低的中断概率。     

能量收集全双工中继网络中的中继策略研究

本文针对双跳全双工多中继系统,研究了在中继节点能量受限情况下的中继选择方案。在该文中,中继工作方式为放大转发（Amplify-and-Forward, AF）,且中继通过收集源节点提供的能量来对源节点信息进行转发。整个通信过程分为两阶段,能量收集阶段与信息传输阶段,即采用的是时域分割方案。为了获得较好的性能与复杂度折中,本文分别研究了三种不同的中继选择策略,即最佳中继选择方案和两种次优中继选择方案。针对所提的三种方案,推导分析了其系统中断概率的理论值和下边界,以及系统的有效吞吐量。最后,利用蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性,且仿真结果表明最佳中继选择方案的性能优于两种次优的中继选择方案,但其实现的复杂度高。      

空地混合中继通信及其山区应用研究

介绍空地混合中继转发通信系统（Air-Land Relay Communication System,ALRCS)现状及外军应用情况,着重就部队山区恶劣的地理状况,讨论空地混合中继转发系统的组网方案及其相关技术,指出空地混合中继转发通信系统在山区具有广阔的应用前景。     

窃听环境下AF中继选择与功率分配的研究

传统的最佳中继选择方案仅参考了合法用户的信道状态信息,在实际的通信系统中由于存在窃听用户而无法保证信息的可靠传输。现有的最佳中继选择方案将窃听用户的信道状态信息纳入考虑后,系统的安全性能得到了一定改善,但是依然采用的是等功率分配。针对放大转发协议,本文在现有最佳中继选择方案的基础上,以降低系统安全中断概率为目标,在系统总功率受限的前提下,根据源节点和中继节点以及中继节点和目的节点间的信道参数引出功率分配因子,对源节点和中继节点间的功率进行适当分配。通过仿真对比,可以发现功率分配能够降低系统的安全中断概率,从而改善系统的安全性能。      

多中继AF协作系统功率分配研究

功率分配是协作通信中一个重要的研究方向,文章分析了放大转发（AF）协作方式下,基于正交信道的多协作中继系统模型,在此基础上推导了系统中断概率。并以最小化系统中断概率为目标,给出系统功率分配约束表达式,进一步分析了功率分配与中继节点位置的关系,计算求得单中继和两中继情况系统最优功率分配系数。系统仿真表明最优功率分配相对常规的等功率分配,系统性能明显提升。     

基于译码——转发的多中继协作节点选择方法

由于协作通信技术能够抵抗信道衰落的影响,提供分集增益,成为目前研究热点之一。针对传统多中继译码转发协作通信中,所有潜在中继均参与协作从而导致系统的低资源利用率问题,提出了一种基于信道容量增益的中继节点选择策略。仿真结果表明,该策略只需选择一半的中继节点数就能获得和最优中继选择方法非常相近的系统性能,同时降低了系统的功率损耗和实现复杂度。     

非理想SIC下全双工NOMA系统的安全性能分析

针对存在多个非共谋窃听者,研究了一种基于全双工中继和两阶段中继选择（TSRS）的非正交多址接入（NOMA）物理层安全通信方案。每个通信过程包含一个传输时隙,系统在每个时隙开始由TSRS策略选择最优中继,所选中继在从源节点接收NOMA叠加信号的同时,向两个目的节点转发上一时隙的再编码叠加信号,两个目的节点采用串行干扰消除（SIC）技术从中继叠加信号中解码获取各自的期望信号。推导了非理想SIC下系统安全中断概率的近似表达式,进行了蒙特卡洛（Monte-Carlo）仿真验证,同时分析了各仿真参数（SIC残余干扰系数、目标安全速率、中继规模等）与系统安全中断概率的关系。理论分析与模拟仿真的结果表明,全双工技术与TSRS的结合方案能有效提升系统的安全中断性能。将该方案应用于实际通信系统设计时,选择合适传输信噪比（SNR）、提高串行干扰消除能力或适当增加中继数量均可实现更好的保密性能。      

一种多源协作网络的分布式功率分配与中继选择算法

该文针对多源-多中继放大转发协作通信网络,以最小化系统总功率为目标,在保证系统满足一定中断概率的前提下,提出了一种分布式功率分配与中继选择算法.算法由源节点自主选择为其转发信息的中继节点,并引入定时器,通过竞争方式避免了分布式所导致的中继选择冲突.中继收到来自源节点的信号后,只需根据转发门限自主判断是否进行转发,从而完成传输.仿真结果表明该分布式算法能够有效降低传输所需要的总发射功率.并且与集中式控制所获得的最优中继选择与功率分配算法相比性能相近,但所提分布式算法显著降低了系统的控制开销.     

分布式环境中协作分集的移动中继动态选择和切换策略研究

在协作无线通信系统中,中继节点的移动会大大降低系统的性能,目前该方面的结果很少。本文探讨分布式环境中协作分集的移动中继选择算法,在放大转发（AF）协作通信模式下,给出了基于信道统计状态信息的功率分配和中继的动态选择策略。针对单中继情况提出了中继切换方案,针对多中继情况提出了动态剔除、补充中继的方案,并导出了分集增益及系统容量的计算公式。通过模拟仿真分析,该方案能有效的降低中断概率,提高系统分集增益,扩大系统容量,实现良好的整体性能。      

协同安全传输系统中最佳中继选择技术研究

对于中继不可信的多中继协同传输模型,主要针对如何构建协同安全系统,即利用人工干扰实现系统安全时的协同策略问题.协同系统构建完成后,又考虑了各中继节点间如何进行功率分配来提高系统安全性问题.分别采用等功率分配与最佳功率分配的方式,分析了不同中继节点分布场景下,最佳中继节点选择.结果表明,采用人工干扰的方式能够保证系统的安全传输,最佳中继的选择能够提高系统的安全性能.     

Cooperative HARQ protocol and diversity analysis of systems with multiple incremental relays

Wireless networks contain an inherent distributed spatial diversity that can be exploited by relays. Relay networks can take advantage of the broadcast-oriented nature of wireless transmission, but require more radio resource to transmit data for their multi-hop traits. Fortunately, incremental relaying technique, which can choose direct or multi-hop transmission adaptively, can efficiently utilize resource. In this article, the incremental transmission with amplify-and-forward (AF) relays is focused on. A practical hybrid-automatic retransmission request (HARQ) protocol is designed, and the related optimal relay selection strategy is proposed. To analyze the cooperative diversity of system with the proposed protocol, the capacity lower bound is deduced. Simulation and analytical results indicate that by adopting the optimal relay selection strategy, the system with the proposed HARQ protocol can achieve an order of cooperative diversity that equals the aggregated number of the relay and source nodes.     

Security versus reliability analysis for multi-eavesdropper cooperation wireless networks with best relay

Physical-layer security could be used to effectively combat eavesdroppers and the transmission reliability of the main link could be improved.A wireless relay network with multiple both decode and forward eavesdroppers and relays were considered,in the presence of the link from source to destination.A best relay selection scheme based on multieavesdropper’s cooperation was proposed,and the outage probability and the intercept probability was deduced under both schemes without relay and with best relay.Then,the security and reliability influenced by different relay selection schemes were analyzed.The simulation results show that the achievable channel capacity at the destination node and the system outage probability are directly affected by different relay selection scheme.Lower system outage probability can be achieved by the proposed scheme,and the system outage probability and intercept probability are both decreased with the increase of the number of relays.The intercept probability increases with the increase of the number of eavesdroppers,which,however,can be reduced by increasing the number of relays to ensure the main link’s reliable transmission.     

具有大规模天线选择与功率分配的协作通信

在瑞利衰落信道下研究了采用前向译码转发协议的三节点协作模型,分析了中继分布大规模天线阵列时系统的可靠性能。为了有效地降低系统复杂度,同时又能获得大规模天线带来的分集增益,给出了中继选择合并(SC)与天线选择空间调制(SM)相结合的组合传输方案。为了进一步提高可靠性能,研究了SC/SM组合方案如何通过功率分配优化其误比特率性能。仿真分析表明,大规模中继SC/SM方案的功率分配能够有效改善系统的误比特率性能。     

面向5G的缓存辅助多天线中继策略

缓存辅助多天线中继技术可以为5G通信系统提供广域覆盖范围,并且有效改善系统的吞吐率性能.研究了一个三节点多天线缓存辅助中继系统,提出了最大化系统平均吞吐率的最佳缓存辅助中继策略,即联合自适应链路选择以及功率分配方案.分析结果表明,最佳的链路选择方案仅依赖于当前的瞬时信道状态信息以及相关链路的信道统计信息,而最佳功率分配方案是对发送的数据流进行等功率分配.仿真结果表明,相对于无缓存辅助的MIMO中继系统,缓存的引入能够显著改善中继系统的吞吐率.此外,MIMO技术的引入还能够获得多天线所带来的复用增益,进一步改善缓存辅助中继系统的吞吐率.     

Cognitive Bidirectional Buffer-Aided DF Relay Networks: Protocol design and Power Allocation

In this paper, we consider bidirectional decode-and-forward buffer-aided relay selection and transmission power allocation schemes for underlay cognitive radio relay networks. First, a low complexity delay-constrained bidirectional relaying protocol is proposed. The proposed protocol maximizes the single-hop normalized sum of the primary network (PN) and secondary network (SN) rates and controls the maximum packet delay caused by physical layer buffering at relays. Second, optimal transmission power expressions that maximize the single-hop normalized sum rate are derived for each possible transmission mode. Simulation results are provided to evaluate the performance of the proposed relaying protocol and transmission power allocation scheme and compare their performance with that of the optimal scenario. Additionally, the impacts of several system parameters including maximum buffer size, interference threshold, maximum packet delay and number of relays on the network performance are also investigated. The results reveal that the proposed bidirectional relaying protocol and antenna transmission power allocation schemes introduce a satisfactory performance with much lower complexity compared to the optimal relay selection and power allocation schemes and provide an application dependent delay-controlling mechanism. It is also found that the network performance degrades as the delay constraint is more restricted until it matches the performance of conventional unbuffered relaying with delay constraints of three. Additionally, findings show that using buffer-aided relaying significantly enhances the SN performance while slightly weakens the performance of the PN.     

C-V2X下车载安全数据两阶段组播的中继选择与功耗分析

车载通信业务的需求加剧了基站功率消耗,降低了其数据传输的可靠性.本文提出了一种蜂窝网络下基于两阶段组播的车载安全数据传输中继选择策略,以节约系统总功耗为前提来确定中继选择范围,计算出基站功耗最小的最优组播半径x₀,并选择距最优组播半径x₀最近的车辆作为中继.基于中继的社会属性建立基站群体和中继群体间的非对称演化博弈模型,设计了不影响安全数据传输的中继娱乐数据发送功率动态再分配的奖惩机制.仿真结果表明：当车辆数目超过临界值K_min时,本文提出的中继选择策略和奖惩机制,可在保证安全数据两阶段组播可靠性的同时,使基站功耗相比直接组播的功耗至少降低25%.     

基于NOMA的协作中继网络安全性能分析

由于非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)能够显著提升系统的频谱资源利用率,在下一代移动通信中得到广泛应用。对NOMA环境下多中继协作网络的最优中继选择方案和系统安全性能进行了分析和讨论,其中包含窃听者仅窃听中继和窃听者同时窃听中继及源节点这2种情况下的系统安全性能表现,并与相同场景下正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)网络进行了对比。最终的理论分析和仿真结果表明,在所提出系统模型中,当信道条件相同时,NOMA网络总能取得相较于OMA网络更好的安全性能,同时随着系统中继节点数目的增多,NOMA网络在物理层安全性能上获得更大的优势。     

基于MF协议的协作NOMA系统物理层安全性能研究

针对协作非正交多址(NOMA)系统中信息安全传输问题,该文提出一种基于修改转发(MF)中继的物理层安全(PLS)传输方案。该方案利用MF中继将解码信息修改后再转发,避免了合法信息泄露到窃听节点。首先对NOMA-MF系统进行建模,然后推导了系统安全中断概率(SOP)、严格正保密容量(SPSC)和窃听概率(IP)来衡量系统的保密性和安全性,以及中断概率(OP)以衡量其可靠性。此外,推导了系统的渐近性能,对比分析了解码转发(DF)协议下NOMA-DF系统与NOMA-MF系统的性能。推导及仿真结果表明：NOMA-MF系统的保密性能和安全性能比NOMA-DF系统更具有优势;NOMA-MF系统的OP和IP之间存在最优信噪比(SNR)以实现系统安全及可靠性的平衡;存在最佳功率分配参数以实现最低的SOP和OP。