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。     

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。     

不对称速率双向中继传输策略研究

在实际双向中继信道的通信传输中,由于信道质量,发射功率,业务需求等条件的不对称,双向信道的传输速率往往也是不对称的。该文针对双向中继信道中不对称速率传输的情况进行了研究,基于物理层网络编码,提出两种不对称传输的方案。第1种方案采用级联信道编码;第2种方案采用子集编码和子集调制。这样设计使得中继节点对接收到的叠加信号只需一次译码就可以直接解出信息比特的异或,从而降低了译码复杂度。仿真结果表明,结合信道编码的不对称传输设计,在提高系统有效性的同时,进一步降低了误比特率,保证了系统的可靠性。     

DF协作中继网络基于买者/卖者博弈的中继选择和功率分配策略

该文针对采用解码-转发(DF)协议的协作中继网络,提出了一种基于买者-卖者博弈的中继选择和功率分配策略,通过将用户建模为买者,可以以最大效用为标准选择最优中继和确定最佳的购买功率;将中继建模为卖者,可通过先市场后利润的功率价格调整策略获得最大的利润。分析了两者博弈达到平衡的条件并进行了仿真,结果验证了纳什均衡点的存在并表明,该策略计算量少,收敛速度快,实用性强,在兼顾用户和中继节点的利益的同时可以有效提高用户的传输速率,扩大基站的覆盖范围,提高功率利用效率。     

能量收集双向中继网络的高能效联合中继选择和功率分配算法

为了实现双向中继系统在满足传输速率要求时的最小功率消耗,基于功率分割中继协议,在完美和非完美的信道估计两种不同的情况下,提出了能量收集双向中继网络的高能效联合中继选择和功率分配算法,得到了两个信源的最优功率分配和中继节点最优的能量收集比例.仿真结果表明,信道估计误差会增加系统的功率消耗;与传统双向中继比较发现,能量收集双向中继能够实现更少的系统功率消耗.     

能量收集双向中继网络的中继选择和功率分配

结合能量收集技术,研究了放大转发双向中继网络的系统性能。基于双向中继系统中的两个端到端信噪比平衡准则,推导出了单中继选择情况下信源最优的功率分配方案和中继最优的能量收集比例。仿真结果证明所提方法能够实现最好的系统性能。通过比较发现,能量收集双向中继网络比传统双向中继网络能够实现更高的传输速率。     

多用户对多中继双向通信系统中继选择与功率分配策略

针对多用户对多中继双向通信系统,提出了一种中继选择与功率分配联合算法,目的是改进系统的误码率性能和降低系统的运算复杂度。所提出的新型联合算法为每对用户节点选择出最佳中继,最佳中继将接收到的信息进行网络编码后向所有节点广播,联合算法也对每个节点的发送功率进行分配。建立了新型联合算法下系统的误码率闭合表达式,并验证了解析分析的正确性。结果表明,与传统的等功率发送算法相比,本文的联合算法可以获得更好的误码率性能。     

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。      

信道估计误差对双向中继通信的影响

在基于中继的双向无线通信系统中,分析了两时隙、三时隙和四时隙的中继传输模式的系统和速率性能。考虑到实际通信场景中,信道估计误差的存在使得两时隙和三时隙传输系统的自干扰无法完全消除,研究了信道估计误差对系统和速率性能的影响。仿真结果表明,在公平的发送总功率和信息交换的前提下,两时隙和三时隙传输的和速率在无信道估计误差时在任何信噪比情况下均优于四时隙传输,随着信道估计误差的增加,其和速率显著下降。     

非理想信道信息下双向多中继选择系统性能分析

该文在双向多中继选择系统中,分析了采用自适应调制的基于三时隙时分广播(TDBC)中继传输协议的系统性能,给出了存在信道估计误差时,系统的端到端信干噪比表达式,然后通过不等式缩放将表达式转化为多个服从指数分布变量和的形式,求出了其上界的分布,并利用该分布推导出了系统平均频谱效率的上界闭式表达式。通过仿真可以看出,理论分析结果与蒙特卡洛仿真结果相吻合,随着信道估计误差的增加,系统的平均频谱效率降低,并会由于自干扰不能完全被消除而出现平台。为了降低信道估计误差对系统性能的影响,该文进一步提出了一种中继端最优的功率分配策略。     

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。     

拥有多天线源节点的放大转发双向中继信道机会中继策略研究

We consider a two-way relay network where the Amplify-and-Forward (AF) protocol is adopted by all relays in this paper. The network consists of two multi-antenna source nodes and multiple distributed single-antenna relays. Two opportunistic relaying schemes are proposed to efficiently utilize the antennas of the source nodes and the relay nodes. In the first scheme, the best relay is selected out by a max-min-max criterion before transmitting. After that, at each source, only the antenna with the largest channel gain between itself and the best relay is activated to transmit and receive signals with full power. In the second scheme, assisted by the best relay which is selected by the typical max-min criterion, both source nodes use all their antennas to exchange data, and match filter beamforming techniques are employed at both source nodes. Further analyses show that all schemes can achieve the full diversity order, and the conclusions are not only mathematically demonstrated but numerically illustrated. System performance comparisons are carried out by numerical methods in terms of rate sum and outage probability, respectively. The beamforming assisted scheme can be found to be superior to the antenna selection scheme when accurate Channel State Information (CSI) is available at the transmitters. Otherwise, the latter is very suitable.     

最佳中继协作通信系统的功率分配算法

 为提高基于最佳中继选择的协作通信系统的性能,提出了以最小化系统中断概率为目标的功率分配算法.首先建立了系统的优化模型并证明了待解的优化问题实质是凸优化问题,由此提出了最优功率分配算法并给出了算法步骤.其次,在此基础上提出了一种有效的次最优功率分配算法,该算法计算简单且仅需已知各个中继节点的平均信道状态信息,无需在传输中实时更新,因而不增加系统的额外开销.仿真结果表明,本文提出的最优算法和次最优算法所得到的功率分配方案与穷举搜索方法的结果非常接近;与等功率分配方案相比,这两种算法均能显著提高系统的中断概率性能.     

区域覆盖下的最优中继部署与功率分配

在大型建筑底层及偏远地区等,传统的蜂窝网系统没有提供可靠的无线覆盖。该文采用中继方式延伸基站的无线覆盖至目标区域。主要研究最优的中继部署与功率分配最小化目标区域的最大中断概率。功率分配是指在总功率受限的情况下,最优化基站和中继的发送功率。通过分析可以得到最优的中继部署,基站和中继发送功率的比值不随总功率的增加而变化。针对优化问题的非凸性质,提出了一种获得局部最优解的算法。通过仿真可得给出算法的性能与穷搜索算法的性能基本重合。由于给出算法的复杂度较低,更适用于实际的系统。     

物理层网络编码机会中继及中断性能分析

该文研究了频率非选择性瑞利衰落信道中的物理层网络编码系统容量问题。基于放大转发机制提出了一种基于最大最小互信息准则的机会中继策略。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解析式,同时推导了理想物理层网络编码和传统直接传输系统的中断概率解析式。通过理论分析,发现在某些节点发射功率条件下,系统中断概率将完全取决于单向链路。在此基础上完成了数值仿真实验,结果表明所提策略的中断性能与理想物理层网络编码和传统直接传输相比有了显著的提高。     

OFDMA中继通信系统中非对称的资源分配

传统的OFDMA协作通信系统,中继经过一一对应的两跳子载波接收和发送数据信息,这一对称的资源分配模式限制了系统吞吐量的提高;本文放宽对称约束,研究了非对称模式下的资源分配问题。自由度的增加,增大了系统资源分配的复杂度,这是一个结合中继选择、子载波分配和功率控制等多维自由度的混合离散型优化问题,很难得到满足实时性要求的近似最优算法。针对该模型,本文提出基于拉格朗日松弛的联合优化算法,算法的关键在于OFDMA系统的渐进强对偶性,这个性质使得多项式时间算法的设计成为可能。算法的复杂度与子载波数目成线性关系。仿真结果表明,该算法的性能是近似最优的,而且与对称模式相比,非对称模式下的资源分配进一步提升了系统的吞吐量性能。      

MIMO-OFDM中继通信系统最优功率分配

针对两跳多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM,Multiple-Input Multiple-Output-orthogonal frequency division multiplex）中继通信系统的最优功率分配问题,提出了基于改进粒子群算法（PSO,Partical Swarm Optimization）的分配方案。在约束总发射功率的情况下,利用粒子群算法设置参数少、收敛速度快、全局寻优能力强等特点,将其改进后引入到两跳MIMO-OFDM中继通信系统的最优功率分配中。仿真结果表明,与现有的分配方法相比,改进粒子群算法在同等条件下能更有效地分配功率,提升系统容量,增强系统的传输能力。