不对称放大转发双向中继功率分配及中继位置选择

该文研究基于放大转发中继的不对称双向中继系统容量问题。首先,在瑞利衰落信道环境下,从双向通信的角度,通过理论分析得出其中断概率精确表达式和渐进表达式。理论分析发现节点发射功率和源节点目标速率共同决定系统中断概率,并且在大多数业务下系统中断性能仅取决于单向链路,而与另一链路无关。基于此,以优化系统中断性能为目标,提出一种基于业务知识的节点功率分配算法和中继位置选择算法。数值仿真实验结果表明,通过功率分配和中继位置选择可以显著提高不对称放大转发双向中继系统的中断性能。     

机会全双工/双向中继策略

传统双向中继（Two-way relaying,TWR）策略在信道和数据速率非对称性条件下性能较差。本文提出一种机会全双工/双向中继策略,提高无线中继系统在信道和数据速率非对称条件下的中断概率性能。以最优中断概率为准则,将机会全双工/双向中继策略建模为传输时间分配问题,给出了机会全双工/双向中继策略最优时间资源和中继功率分配方案。仿真结果表明,与传统的全双工中继（Full-duplex relaying,FDR）和双向中继（TWR）比较,所提策略能够获得更好的中断概率性能。      

基于中断概率的协作通信中继选择与功率分配算法

研究了功率受限情况下多中继协作通信网络的中继选择和功率优化问题。在AF网络中,提出了一种低复杂度中继选择与功率分配算法,其目标是在总功率一定的条件下使系统的中断概率最小。本算法对源节点和所有潜在中继节点进行功率分配,结合当前信噪比选择最优的中继集合,通过最速下降法求出使系统中断概率最低的功率分配因子。该算法不需要知道大量瞬时信道信息、不需要系统在等功率条件下进行中继选择,只需求得中继节点排列矩阵便可根据当前信噪比自适应获得最优中继节点集合。仿真结果表明,在相同条件下,该算法明显优于不同中继节点集合下几种算法的中断性能,并且与传统的SAF及AAF算法相比,有效降低了中断概率,提升了系统性能和功率效率。     

基于定向天线的多中继DF协作通信系统性能分析

为提高多中继协作通信系统可靠性,将定向天线和多中继协作通信系统相结合,提出基于定向天线的解码转发最佳中继选择协作策略.首先理论推导出定向发送一定向接收模式下通信系统中断概率闭合表达式,并推导出定向发送一全向接收、全向发送一全向接收模式下的系统中断概率计算式.然后对3种模式下,协作通信系统中断概率和信噪比、中继节点数、天线增益、信道衰落系数以及信道容量之间的关系进行了数值仿真分析.理论分析和仿真结果表明,采用定向天线的协作通信系统可以有效降低协作通信系统中断概率,提高频谱利用率,并且存在最佳中继节点和最优功率分配系数使得中断概率进一步下降.     

双向中继信道的模拟网络编码最优功率分配

在双向信息非对称条件下,研究了基于模拟网络编码的双向中继信道中的最优功率分配问题。分别给出了中断概率最小化、和速率最大化意义下的最优功率分配闭式数学表达式,并证明了两种约束下最优功率分配问题的统一性。分析表明:现有的基于模拟网络编码的双向中继信道中的最优功率分配方法是本文提出方法在某些条件下的特例。计算机仿真分析证明了提出的最优功率分配方法在中断概率和和速率性能方面均优于平均功率分配方法。      

不对称双向中继信道中的再生双向中继选择及功率分配

该文研究不对称双向中继信道下的被动式再生中继选择问题。首先,通过理论分析给出了传统3节点网络的可达速率域。然后,在瑞利衰落信道环境下,理论推导了系统中断概率的闭合表达式。接着,利用系统业务知识和信道状态信息,提出一种改进型的最大最小中继选择准则。进一步,研究中继端叠加信号的功率分配,提出了两种功率分配因子选择算法,并对所提算法进行了理论分析。仿真结果表明：通过被动式再生中继选择和功率分配可以显著提高系统的中断性能,在信道不对称情况下性能优势明显。     

Two-way中继系统协作节点选择及功率分配策略

为了提高Two-way中继系统总速率,该文提出了一种Two-way AF中继系统的双向中继选择(BRS)策略,该策略通过联合考虑中继节点处的接收信噪比和中继节点到目的节点间的信道增益,实现了最优中继选择。进一步,在最优中继基础上提出了Two-way中继系统两种优化功率分配策略:(1)基于凸优化的功率分配策略(OPA-CO);(2)基于信道增益差异的优化功率分配策略(OPA-DCG)。方案(1)提出了总功率受限的条件下最大化Two-way中继系统总速率的优化模型;方案(2)通过考虑链路之间信道增益的不同,提出了一种速率增量最大化的数学优化模型,为降低求解凸优化模型的复杂度,采用一种迭代功率分配算法求解上述优化模型。仿真结果证明两种策略均能提高系统总速率。     

基于网络编码的双向多中继系统中断概率分析

网络编码在双向多中继系统中已经得到了广泛地研究,并有效地提高了双向多中继系统的吞吐量。首先本文导出了在译码转发方式时,独立正交信道和多接入信道下基于网络编码的双向多中继系统平均中断概率表达式。Monte Carlo仿真和理论分析非常吻合,验证了理论分析的正确性。之后分析了系统平均中断性能在不同信噪比和不同中继节点个数等多种情形下与功率分配因子的关系,揭示了功率分配因子与系统总功率和中继节点数量之间的内在关系。仿真结果表明,双向多中继系统采用网络编码进行传输时,在独立正交信道下和多接入信道下的功率分配因子取值在区间 内能够获得最优的系统中断概率性能,并且多接入信道下的系统中断性能要好于独立正交信道。      

分布式双向中继选择算法及用户功率分配

针对放大转发的瑞利双向中继信道的节点选择问题,提出了基于部分信道信息的分布式双向中继选择算法。算法通过计算双向链路的接收信噪比,推导出满足目标接收信噪比的转发阈值,各中继节点根据该阈值决定是否参与转发,从而实现分布式选择。此外,考虑用户总功率受限的情况,在分布式中继选择基础上提出了优化功率分配策略,使双向信道的接收信噪比更加接近。仿真结果表明,分布式中继选择算法与最优多中继算法的系统传输速率相似,计算复杂度大大降低,尤其是在中继数目增大的情况下更加明显。优化功率分配策略能进一步提高系统能量效率,在相同性能下可节省7%左右的功率。     

基于OSS-RS系统的中继选择和功率分配策略

为了提高系统的可达速率和,降低系统的中断概率,本文提出了一种联合机会源选择(OSS)和中继选择(RS)的OSS-RS系统。在最大化可达速率和的基础上,提出了最大化瞬时信噪比(Maximize the instantaneoussignal-to-noise ratio,MISNR)的中继选择策略。在等功率分配条件下,提出了基于AF的OSS-RS系统的最大化信道增益的调和平均值(Maximize Harmonic Average,MHA)的中继选择策略。进一步,在最大化瞬时信噪比的基础上提出了一种最优功率分配方案。理论分析和仿真结果均表明,本文提出的中继选择和功率分配策略提高了系统的可达速率和,降低了系统的中断概率,改善了系统的性能。     

Joint relay selection and power allocation algorithm in two-way relay networks with proportional fair constraint

In this paper,we consider the joint relay selection and power allocation problem for two-way relay systems with multiple relay nodes.Traditionally,relay selection schemes are primarily focused on selecting one relay node to maximize the transmission sum rate or minimize the outage probability.If so,it is possible to cause certain relay nodes overloaded.In addition,the joint relay selection and power allocation problem is a mixed integer program problem and prohibitive in terms of complexity.Therefore,we pro...     

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。     

两级中继选择的协作CR-NOMA网络性能分析

本文研究了中继选择方案对协作下认知非正交多址（CR-NOMA）网络中断性能的影响,提出了一种两级中继选择方案。第一时隙在保证主用户服务质量的基础上,次级网络源节点向认知中继集群广播叠加信号。第二时隙认知中继提供解码转发服务,协助源节点传输信息。基于上述假设,推导了次级用户中断概率的闭合表达式并给出了分析结果。证明相比于部分中继选择策略,两级中继选择策略可以达到更好的中断性能和更大的分集增益。同时本文的分析结果验证了备选中继节点数目和功率分配因子对系统中断性能的影响,蒙特卡罗仿真验证了理论结果。      

OFDM固定中继系统中单中继多源用户资源分配方案

通过基站的反馈信息,一个固定中继节点可以用一个OFDM符号同时帮助多个源用户转发信息,这样可以有效地利用带宽。因此,为了进一步提高系统容量,降低中断概率,先在中继节点间进行子载波调整,然后以获取信道容量最大为原则,提出了源用户和中继节点间子载波配对和功率分配的联合优化算法。仿真结果表明,相对于随机中继子载波选择算法以及平均功率分配算法,所提算法的中继系统容量有较大提升,同时中断概率有较为明显的下降。     

Two-way中继系统的中继选择算法分析

为了提升双向AF中继系统总速率和降低系统中断概率,提出了一种最小中断概率的中继算法MOP,介绍了现有的两种中继选择算法,利用通信系统的性能指标(信噪比、中断概率、信道容量)展开分析。仿真结果表明,所提出最小中断概率中继选择算法可明显降低系统中断概率,在提升系统总速率的性能与最大化容量中继算法接近,有效地改善了系统性能。     

广东工业大学信息工程学院

广东工业大学信息工程学院成立于2000年4月，其前身为原电子与信息工程系和原机械电子工程二系的测量与控制专业。现设有“信息工程”和“测控技术与仪器”两个本科专业，拥有“电子电力与电力传动”与“测试计量技术与仪器”两个学科的硕士学位授予点。     

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.     

Joint optimization of power allocation and relay location for regenerative relaying with multi‐antenna reception at destination

We consider joint power allocation (PA) and relay positioning in a dual‐hop regenerative relay system with multiple antennas equipped at the destination. With a fixed relay location, an adaptive PA strategy at the source and relay under a sum power constraint that minimizes the system outage probability is presented. With a fixed PA strategy, the optimal relay location is derived. We then propose to jointly optimize PA and relay location. It is shown that employing more destination antennas and/or choosing an appropriate relay location can significantly save the power needed at the relay. Numerical results are presented to demonstrate the performance of the proposed PA and relay positioning algorithms. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Nth best relay selection with network coding in two‐way relay systems

In this paper, we propose an Nth best relay selection (Nth‐RS) scheme for analog network coding in two‐way relay systems. In traditional two‐way single‐relay selection schemes, only the best one is selected to forward network‐coded signals. However, in practical applications, the best relay may be unavailable because of the scheduling or overload constraints. In this case, we investigate a more general scheme, where the Nth best but available relay is selected. To evaluate the transmission of reliability, the expression of outage probability in exponential–integral form and its asymptotic expression in closed form are presented. Moreover, the upper bound and lower bound of outage probability are also derived. The analysis reveals that the diversity order of Nth‐RS equals to (M ? N + 1), where M is the number of relay nodes, and the results are verified by simulations. In order to improve system performance, transmit power between sources and relay is optimally allocated to minimize the upper bound of outage probability under total power constraint. Simulation results show that Nth‐RS scheme with proposed power allocation can achieve substantial improvement over equal power allocation scheme. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.