不确定信道的双向中继通信系统波束成形设计

本文主要针对双向中继通信系统进行研究:此系统中所有节点均是单天线,两个信源通过多个中继进行信息交换。并且系统中存在单个窃听者分两个阶段分别窃听信源以及中继转发的信号后联合解码。为了提高信源发送信号的质量以及降低窃听者窃听信号的效率,本文提出了极小化中继发送功率的优化模型。由于窃听者信道部分已知,该模型总结为鲁棒性优化问题。我们对约束条件进行放缩,形成了一个二次约束二次优化问题,并利用半正定松弛、秩一分解定理等方法将优化模型转化为半正定优化问题,从而求得原问题的解。数值模拟结果验证了本文提出的算法的有效性。     

车载双向AF协作通信系统的中断性能分析

在车载通信系统中采用双向中继协作通信可以提升系统性能。然而,车辆移动造成的链路相关性会增大车载双向中继协作通信系统的中断概率。针对这个问题,建立了车载双向链路相关性系统模型,用相关系数描述车辆移动造成的双向链路特性,简化了系统中断性能分析。同时,在中继采用AF方式下得到系统中断性能的闭式解,且中断概率一定时,求得最优功率分配方案。数值分析表明,相关系数比功率分配系数对中断性能影响的幅度更大,相比传统单向AF中继协作通信系统的最优功率分配方案,最多可以节省4 d B的总功率。     

双向中继系统的联合中继选择和功率分配策略

为提高双向中继系统的可达速率和,基于网络编码的双向中继系统模型,提出一种最大化可达速率和的联合中继选择与功率分配策略.给出最大化最小信道增益(MMCG)和最大化信道增益调和平均值的中继选择方案.在中继选择策略的基础上,给出一种基于双向中继系统可达速率和最大化准则的最优功率分配方案.仿真结果表明,与联合BRS中继选择功率分配方案相比,联合MMCG中继选择和最优功率分配方案系统可达速率约提高1.6 bit/s/Hz.     

基于二分图的协作通信中继选择技术*

合理的中继选择对于提升协作通信系统的能效具有重要意义。针对多用户多中继协作通信系统,为获得较高的系统能效并降低系统的复杂度,提出了基于二分图的中继选择策略,将协作通信系统中继选择问题转化为带权二分图的最大匹配问题。首先将用户节点与待选择的中继节点建模为二分图的顶点,根据中继的协作范围确定二分图的边集,然后将不同的协作组合所产生的能效给各边赋权,最后通过KM算法求解该带权二分图的最大匹配。仿真结果表明,相比于其它中继选择算法,该策略能够有效提高系统能效,同时具有低复杂度的优点。     

分布式双向中继系统的安全总速率优化

研究了分布式双向中继系统中的安全传输问题。为了优化系统总功率约束下的安全总速率,提出了基于人工噪声辅助的波束形成(Artificial-noise-aided beamforming,ANBF)发射方案。在ANBF方案中,待解决的问题是一个非凸的优化问题。为了求解该问题,分别采用连续参数凸近似算法(Sequential parametric convex approximation,SPCA)和牛顿迭代法,对波束形成向量,人工噪声的协方差矩阵和源节点发射功率进行交替优化迭代求解,最终得到局部最优解。可以证明,已有的未加人工噪声的常规波束形成(Beamforming,BF)方案和零空间波束形成(Null-space BF,NSBF)方案是ANBF方案的特例,后者使系统设计更具一般性。在仿真实验中,对比了ANBF方案与常规BF方案以及NSBF方案的安全性能,实验结果和性能分析验证了本文所提ANBF方案的有效性,并表明它具有最优的安全性能。     

一种多用户的双向中继系统预编码方案

为提高多对用户双向中继系统的性能,提出一种新的预编码方案。设计具有2K个用户和一个中继节点的系统,每个节点通过中继节点交换信息,节点间的信道相互独立且服从瑞利慢衰落,给出用于信息传输的2个时隙,分析中继节点的信噪比和系统的互信息。仿真结果表明,当中继节点的信噪比为25 dB时,该方案的互信息相比传统方案提高1.2 bit/s/Hz。     

非对称双向多中继系统机会式网络编码中断概率分析

首先建立了非对称双向多中继系统数学模型,采用机会中继策略,推导出了该模型在译码转发方式下采用网络编码时的中断概率表达式, Monte Carlo仿真和理论值非常吻合,充分验证了该表达式的正确性。其次分析了不同中继节点位置,不同中继节点个数和不同功率分配因子等情况下的系统中断性能,揭示了功率分配因子与中继节点个数和位置以及系统总功率的内在关系。仿真结果表明,在非对称双向多中继系统中同时采用网络编码和机会中继时,功率分配因子取值为0.6时可获得最佳的系统中断性能,并指出在研究中断概率问题时,中继节点位置是一个不可忽略的因素。     

干扰影响下无线携能通信双向中继系统中断性能分析

在无线携能通信双向中继系统中,大量无线信息发射源会导致系统性能受到同频干扰的影响。以基于射频能量收集的双向中继网络为研究对象,结合功率分离能量收集和解码转发信息转发方式,建立中继和接收端分别受到多个干扰源影响下的无线携能通信双向中继通信系统传输模型,在3个时隙信息能量同传的传输帧结构下,得到系统端到端信干噪比,并分析该传输模型下的中断性能。利用数学推导得出该系统在瑞利信道环境下的端到端信干噪比的累积分布函数闭式解,在此基础上求解中断概率闭式值,并通过数值仿真探讨干扰源个数、干扰功率以及功率分割比对系统中断概率的影响。仿真结果表明,所求中断概率闭式表达式与蒙特卡洛仿真中断概率曲线完全吻合,双向中继传输能有效降低系统中断概率,其中干扰源个数越多、干扰功率越大对系统的中断性能影响越大,但不影响系统的分集度,并且存在一个最优功率分割比值可使系统的中断性能达到最优,从而提升整个系统的传输性能。     

双向AF中继系统中继选择及功率分配策略

为了提高双向中继系统的系统可达总速率,提出一种Two-way AF中继系统的最大化瞬时信噪比乘积（MISP）的中继选择策略,该策略联合考虑了两条链路的链路质量,实现了最优中继选择。在此基础上,运用信噪比平衡技术进行瞬时功率分配（SNR-Balancing-IPA）,推导出了最优功率分配方案的表达式。理论分析和仿真结果都表明,建议的最大瞬时信噪比乘积中继选择及SNR-Balancing-IPA的策略有效提高了系统的可达总速率,降低了系统的中断概率,改善了系统的性能。     

同步协作中继系统的波束形成通信方案的设计*

从多输入多输出（multiple-input and multiple-output,MIMO）系统所设计的Alamouti码中得到启发,针对在无线协同信道之上的同步协作中继系统提出了一种新的通信方案。为了在大中断率和低成对误码率(PEP)的情况下能有效地传送信号,源天线采用功率分配波束形成技术,中继节点采用放大转发(amplify and forward,AF)技术。研究和仿真表明,对给定效率R,所提出的模型与以前的通信方案尤其是广播通信模型相比,在中断率和成对误码率上都有明显的改善。这一发现可能会对未     

Two way中继系统中的双向中继选择及功率分配策略*

通过中继选择和功率分配,可以达到提高two-way中继系统总速率的目的。综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,提出了two-way AF中继系统中的双向中继选择策略(BRS);同时,在总功率受限的条件下,建立了two-way AF中继系统中的优化功率分配模型,通过对模型进行数学分析求解,提出了一种自适应的最优功率分配策略(OPA)。仿真结果证明两种策略均能提高系统总速率。     

Transmission scheme and performance analysis for decode-and-forward MIMO two-way relay systems

In decode-and-forward (DF) MIMO two-way relay systems, the transmission schemes are designed and the closed-form expressions for the outage probability and average symbol error rate (ASER) of the twoway relay system are derived based on two different scenarios of channel state information (CSI). For perfect CSI, the maximum-ratio-transmission and combining (MRT-MRC) technique is applied to design the beamforming and combining vectors. Without perfect CSI, the transmission scheme with limited feedback is designed, and the analytical results are verified through two kinds of codebooks, i.e., random vector quantization and Grassmann. The simulation results show that, the proposed transmission schemes for the two-way relay system can outperform other transmission schemes in the performance of outage probability and ASER, and the accuracy of the derived closed-form expressions is also verified by the numerical simulations.     

面向物联网环境的高效通信接收机设计

物联网（IoT）通信系统具有活跃用户数低、数据帧短等特性,而信道估计和多用户识别所需的导频和用户识别码会显著降低IoT系统的通信效率和响应速度。针对上述问题,提出了一种基于非正交多址接入（NOMA）的盲信道估计和多用户检测算法。首先,利用码分多址（CDMA）系统中的扩频矩阵对每个用户所占用载波进行分配,并采用差分编码解决盲估计所引发的星座点旋转问题;其次,根据用户所分配载波具有的稀疏性,引入伯努利-高斯（B-G）分布作为先验分布,利用变量间的隐马尔可夫特性进行因式分解和建模,由用户数据的稀疏特征进行多用户识别;最后,应用消息传递算法对上述模型进行推导,解决NOMA引起的多用户干扰,得到面向IoT环境的联合信道估计和检测接收算法。仿真结果表明,相对于块稀疏单测量向量（BS-SMV）算法和块稀疏自适应子空间求解（BSASP）算法,所提算法能够在不提高复杂度的条件下获得约1 dB的性能增益。     

A simple alamouti code communication scheme for synchronous cooperative relay systems

In this paper, we propose a simple alamouti code synchronous cooperative relay system over a wireless-hop coherent channel, which each source antenna adopt power allocated beamforming technic, and which relay nodes use AF （amplify and forward） protocol to transmit signals. We analyze the outage probability and pairwise error probability （PEP） of the proposed model. Analysis show that the performance of the proposed model, for given spectral efficiency R, has been improved significantly.     

3时隙的双向中继系统中用户选择的性能分析

对于双向中继系统,在某些场景下3时隙方案的传输速率高于2时隙方案,为此提出了3时隙的多用户双向中继系统,该系统包含一个基站、若干用户和一个中继节点。基站和被选择的一个用户通过中继节点进行信息交换,用户选择的准则是使得系统的平均传输速率最大化。从理论上分析了该方案的平均传输速率,仿真得到的平均传输速率与理论值非常接近,验证了理论分析的正确性。     

Diversity order of multiuser two-way relay networks with beamforming over Nakagami-m fading channels

The diversity performance of multiuser two-way relay networks is investigated over Nakagami-m fading channels.We consider an amplify-and-forward relay network with beamforming at the base station and all the mobile stations,and derive closed-form lower and upper bounds on the outage probabilities of two unidirectional links,respectively.Moreover,the exact expression for the diversity order and the asymptotic expressions for the outage probabilities of two unidirectional links are given too.Finally,simulatio...     

Low-complexity optimal spatial channel pairing for AF-based multi-pair two-way relay networks

This paper considers a multi-pair two-way relay system with multi-antenna users and proposes a low-complexity optimal spatial channel pairing （SCP） strategy at the relay station （RS） for such a system. The proposed SCP scheme, following the BD-like beamformer at RS, pairs the uplink spatial subchannels of each user pair with the corresponding downlink spatial subchannels by maximizing sum-rate （Max-SR）. Furthermore, a new mathematical inequality （arrangement inequalities of a product） is developed and applied to obtain sufficient and necessary conditions for achieving Max-SR-SCP. This also yields a simple low-complexity implementation of the proposed SCP in contrast to the NP-hard complexity of the original Max-SR-SCP problem. Simulation results illustrate that the proposed Max-SR-SCP achieves substantial sum-rate gains over other pairing schemes.