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。      

放大转发下分布式协作传输链路选择算法

针对放大转发下的多中继无线协作系统中的传输链路选择问题进行了研究。提出了一种分布式链路选择算法,对提出算法系统中断性能进行了理论分析,给出中断性能在高信噪比下的渐进结果。理论及仿真结果表明:①建议算法在获得N+1阶分集增益的同时能得到与中心式选择算法相近的系统性能;②建议算法的反馈信令开销小于2 bit;③直传链路信道状态对系统性能的影响大于中继链路信道状态对系统的影响。     

高码速率卫星通信中LDPC编码技术的仿真及应用

高码率卫星通信对信道性能要求高,卫星通信系统具有较低信噪比和突发强干扰等特性下,但是现有信道编码的方法可能由于纠错性能的限制,导致接收端信息不能完全正确恢复。但是现有的数据传输业务对于低误码率的要求非常的高,卫星通信系统是一个非对称的信道,LDPC码作为一种新兴研究的信道编码方案,仿真表明它在高斯信道和莱斯信道下都有着良好的纠错性能,是卫星数据传输链路对抗链路干扰,提高信道性能的一种有效方法。     

基于NOMA的星地协作网络性能分析

随着星地融合网络的不断发展,如何进一步提高有限的卫星资源利用率,受到了国内外专家学者的广泛关注。因此,提出了一种基于非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术的星地协作网络传输方案。首先,假设卫星与用户之间不存在直传链路,中继节点以译码转发(Decode-and-Forward,DF)方式实现卫星与用户间的协作通信;其次,根据卫星信道服从阴影莱斯分布、地面信道服从Nakagami-m信道的情况,推导出用户中断概率的精确表达式、高信噪比下的近似表达式和系统遍历容量;最后,通过仿真验证理论推导的正确性和将NOMA技术引入星地协作网络的优越性。     

基于信道统计特性的中继选择算法

该文提出了一种在非再生协作网络中,基于信道统计特性的最优中继选择方法。首先在等功率条件下,根据信道统计特性,定义一个等效信道增益的参数,该参数反映了中继节点在协作过程中两个阶段的信道特性。然后提出一种基于该参数的降序排列的中继选择方法。该方法在不同的信噪比范围内,选择不同的节点集合,使得系统的吞吐率中断概率最小。分析表明该选择方法的分集增益阶数能达到N+1,N为中继节点数目。仿真结果表明这种中继选择算法的中断概率性能优于其他算法。该方法进一步与功率分配相结合,构成了一种低复杂度的次优的中继选择方法。仿真结果表明这种次优算法能够取得和穷举算法相似的性能。     

一种新的VMIMO协作中继选择方案

提出了一种无需信道估计的中继选择方案来实现虚拟多路输入输出（VMIMO）小区间的协作复用通信。在该方案中,VMIMO协作复用采用放大转发（AF）方式,中继VMIMO小区首先把接收到的从源VMIMO小区发射的信号和噪声同时进行线性放大,再向目的小区转发。仿真结果表明,与需要进行信道估计的基于瞬时信噪比的中继选择方案相比,所提出的方案其系统遍历容量和中断容量与前者几乎相同,但是后者却可以减小中继小区的运算复杂度。     

Equation Chapter 1 Section 1基于中继的协作频谱感知性能分析及优化

提出了一种基于目标的中继协作频谱感知方案,证明了SU到SR链路上的信道条件对系统性能有较大的影响;鉴于此,提出了一种优化的最佳中继协作频谱感知(optimized BRCSS)方案,通过联合考虑目标SU到SR链路上的信道条件和 SR 到 FC 链路上的信道条件选择最佳认知中继;最后,从更实际的应用场景考虑,为了节约系统开销,进一步提出了一种自适应的最佳中继协作频谱感知方案（A-BRCSS）,即 SU 根据其信道条件,自适应地选择是否需要认知中继的协作传输。分析和仿真结果均表明,相比传统最佳中继协作频谱感知方案, Optimized BRCSS方案可以实现更高的感知性能;所提A-BRCSS方案可以实现几乎最佳的感知性能。     

协作系统中基于比例公平的资源分配方法

针对多用户协作中继系统中的资源分配问题,提出了一种在满足用户速率比例公平约束条件下的新算法。该算法先将由2个时隙组成的中继用户传输链路转换为一个等效信道链路,将涉及子载波分配、中继选择和功率分配的组合优化问题转化为分步的次优化问题。该算法在等功率分配情况下,根据各用户速率比例公平系数进行初步子载波数目分配;以瞬时信道增益最佳原则,进行剩余子载波数目分配及具体子载波分配,同时完成中继选择;在速率比例公平约束条件下推导出次优化功率分配的闭式表达式,从而完成各子载波上的功率分配。仿真结果表明,该算法在有效提高系统容量的同时,保证了各用户速率之间的比例公平性。     

空时编码协作中的中继选择与功率分配联合方案

提出了一种空时编码协作中的中继选择与功率分配联合方案,称为DD(Destination Decision)方案.该方案由目的终端根据协作终端的信道状态信息进行中继选择与功率分配,并决定各中继发送STBC编码矩阵的哪一列,从而避免了通过中继之间的信息交互进行中继选择的冲突.理论分析和仿真结果表明,此方案在保证分集阶数和误码率性能的同时,提高了系统容量.     

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。     

On the study of network coded AF transmission protocol for wireless multiple access channels

In this correspondence, the performance of the network coded amplify-forward cooperative protocol is studied. The use of network coding can suppress the bandwidth resource consumed by relay transmission, and hence increase the spectral efficiency of cooperative diversity. A distributed strategy of relay selection is applied to the cooperative scheme, which can reduce system overhead and also facilitate the development of the explicit expressions of information metrics, such as outage probability and ergodic capacity. Both analytical and numerical results demonstrate that the proposed protocol can achieve large ergodic capacity and full diversity gain simultaneously.     

Asymptotic performance analysis of untrusted relay system with full-duplex jamming destination

The cooperative relay technique in the field of physical layer security is widely concerned by the academic community,due to the advantages of increasing the network capacity and expanding the network coverage.However,cooperative relays may play as untrusted nodes in some certain circumstances.Based on this,to enhance the secrecy performance of untrusted relay systems,a novel full-duplex destination jamming (FDJ) scheme was proposed in the Rayleigh fading channel.In order to maximize the system’s secrecy capacity,a switchable split-optimal antenna selection (OAS) scheme was proposed for a multiple-antenna destination,the power allocation optimization scheme between the source and destination was designed,and the corresponding closed-form expressions of secrecy performance were given.In the large-scale antennas analysis,the closed-form expressions of the ergodic achievable secrecy rate and the optimal power allocation factor of instantaneous secrecy capacity for the FDJ-OAS scheme were derived.Furthermore,based on different asymptotic cases,the asymptotic analyses of secrecy outage probability for the FDJ-OAS scheme were significantly analyzed.Simulation results show that the analytical curves match well with the Monte-Carlo simulation results.It is concluded that the diversity order of the FDJ-OAS scheme is proportional to the number of antennas and antenna diversity can be achieved,which reveals the advantages of the proposed FDJ-OAS scheme.     

Outage Probability and Ergodic Capacity Analysis for Two-Way Relaying System with Different Relay Selection Protocols

The outage probability and ergodic capacity analysis for decode-and-forward two-way relaying system is investigated in this paper. First, the exact expressions (or bounds) of outage probability, ergodic capacity and average bidirectional ergodic capacity (ABEC) for max–min relay selection, random relay selection and direct transmission protocols are derived through theoretic analysis, and performance comparisons among different relay selection protocols are developed. Then a novel maximum average bidirectional mutual information (MABM) relay selection protocol is proposed and analyzed. Simulation results demonstrate that the derived analytical results fit well with Monte-Carlo simulations. The proposed MABM protocol can always achieve larger ABEC than other protocols while keeping low outage probability, and the MABM and max–min protocols in this paper can always achieve better performance than the max–min selection and max-sum selection in Krikidis (IEEE Trans Veh Technol 59(9):4620–4628, 2010). In addition, outage probability, ergodic capacity and ABEC performance of the proposed protocol become worse while distance becomes larger.     

基于IEEE802.11的星间链路最短接入时延退避算法

为满足空间信息网络低轨卫星用户多址接入骨干中继卫星的访问需求,基于IEEE 802.11机制,提出最短接入时延退避算法（Delay-Optimal Backoff,DOB）,可解决大时空尺度条件下,传统二进制退避算法（Binary Exponential Backoff,BEB）造成的网络平均接入时延高和吞吐量低的问题.根据用户卫星与中继卫星的相对位置特性,设定中继卫星通信窗口,利用通信窗口内不同用户卫星数量时用户接入时延与平均接入请求概率的变化关系,确定最短接入时延条件下用户平均接入请求概率,实现动态调整碰撞窗口大小.研究结果表明,该算法使网络接入时延较BEB算法平均降低了10s,饱和吞吐量提升一倍,归一化业务量阈值比BEB算法增加至0.6,网络多址接入性能显著提高.     

MIMO场景下的低轨卫星选星算法

低轨(LEO)宽带星座卫星通信作为地面5G无线通信系统的重要补充,始终面临地面可视卫星数量大、传统选星算法计算复杂度高等难题。为实现高效的卫星分组选择算法,基于多输入多输出(MIMO)系统原理,以大尺度路径损耗模型为基础,结合递减卫星选择算法,从而以较低计算复杂度、更快收敛速度有效逼近最优容量性能。该算法在典型LEO星座系统构型下通过数值仿真得到了验证,为未来5G低轨卫星星座通信传输方案设计提供了一种参考思路。     

协作分集系统中基于注水算法的功率分配方案研究

为了提高协作分集系统的信道容量,该文在多中继节点协作背景下提出了基于注水算法的中继节点功率分配方案。首先,对空时矩阵的列序号提出了一种新的映射方案,该方案能够提升中继节点发射信号间的正交性。对于采用线性正交解码算法的GABBA码,列序号重新排布后能够降低误码率。然后,通过对接收信噪比与中继节点发射功率的分析,针对信道容量最大化问题提出了一种应用注水算法的两步求解方案。该文对瑞利平坦慢衰落信道下采用GABBA码的协作分集系统进行仿真,仿真结果表明,与中继节点发射功率均分方案相比,该文提出的功率分配方案能够提升系统抗误码性能,达到满分集增益NtNr。该文提出的方案在不同的仿真条件下对信道容量均有提升,并且信道容量与min{NtNr}log2M成正比。     

一种基于非正交信道的分布式中继选择及功率分配方法

针对非正交两跳多中继协作通信系统中的分布式中继选择问题,提出了一种基于非正交信道的中继选择准则,简化了系统的设计。分析了其误码率性能,给出了其解析表达式和以总功率为约束条件下的最优功率分配方案。仿真结果表明,最佳中继选择准则明显优于传统的中继选择准则,且在最优功率分配方案下,可以获得明显的分集增益,系统的误码率显著下降。     

非正交选择译码转发协同

为了提高两跳中继网络的传输速率和协同分集增益,该文提出一种非正交的选择译码转发策略传输数据。单节点协同时,协同节点仅在正确译码时采用和发送节点非正交的时序转发;在多节点协同时,采用一种节点选择算法选择译码正确且信道条件最佳的节点用于非正交转发。这种协同策略可获得和非正交放大转发相同的分集复用折衷性能,但其实现更简单,且在低信噪比时中断性能更好。     

一种 1x2x4分布式空时编码异步协作方案

协作分集技术可以有效提高移动通信系统的容量和可靠性。近年来,分布式空时码（DSTC）被广泛应用到协作分集系统以实现空间分集增益。然而,时间异步和频率异步会使正交DSTC的码字结构受到破坏,严重影响系统性能。本文针对时间异步的协作通信系统,提出一种基于分布式Alamouti STBC的1x2x4异步协作方案。对这种方案进行了理论分析和算法推导,并且重新定义了中继节点归一化后的发射信号幅度。仿真结果表明该方案的误比特率性能具有明显优势,能在时间异步的协作通信系统中很好地发挥多天线接收性能。