基于携能通信的大规模无线协作网络中断性能分析

将能量采集技术与大规模无线协作通信网络相结合,分析了在信息与能量同传环境下,大规模无线协作通信网络的中断性能.提出了一种中继协作传输协议,将位于源节点的中继区域内,并且能够成功解码源节点信号的中继节点定义为潜在中继,潜在中继用于协助从源节点到目的节点的信息传输;通过随机几何的数学工具,进一步分析了接收端使用选择合并接收方式下的中断性能,并对比了协作链路、中继链路以及直接链路三者的中断概率;最后对理论分析结果进行了仿真验证.验证的结果表明,最优中继策略下的中断性能最优.     

能量协作下中继系统性能推导及仿真分析

由于无线传感器网络频繁使用中继节点带来了能量空洞问题,所以提出了一种单中继通信下基于能量协作的降低中断概率和减少能量消耗的方案。该方案假设中继节点分布为泊松点过程,并且源节点和中继节点能够从环境中收集能量。首先,在发送数据的初始阶段,源节点依据自身电池储能状态有概率地选择直通链路或者中继链路,再结合中继节点位置与电池稳态分布,利用信噪比推导出系统的中断概率表达式;而后,建立以消耗能量值最小化为目标函数的最优化模型,通过粒子群算法求出使系统消耗能量最少时的参数分配。由仿真结果可知,与原有方案相比,所提出的模型能获得更低的中断概率,且证明了能量协作可明显地减少通信过程中的能量消耗。     

优化传输性能的机会协作中继系统动态时间分配策略

为了优化能量收集无线网络传输性能,延长网络中能量受限型节点的生命周期,提出了一种基于解码转发策略的机会协作中继系统动态时间分配策略.在满足系统最低传输速率的约束下,推导出中断概率与时间分配系数之间的关系表达式;通过减小系统中断概率来优化时间分配系数,得出系统吞吐量和能量效率的表达式;设计了一种基于次优迭代的时间分配算法,实现问题的求解.仿真实验结果表明,在非理想信道状况下,所提出的策略有较高的系统吞吐量和能量效率,可优化无线网络的传输性能,提高可靠运行度.     

DF协作系统中基于中断概率的功率分配算法

针对译码转发(DF)协作通信系统中源和中继采用平均功率分配,导致系统资源利用率较低的问题,提出了一种基于中断概率分析的功率分配算法.该算法以降低系统的中断概率为目标,根据用户上行信道和用户间信道的平均信噪比,推导出该模型的系统平均中断概率上下限表达式,并通过黄金分割法迭代出使系统平均中断概率降低的功率分配因子.仿真结果...     

基于机会网络编码的多用户协作通信方案设计

为了合理选择中继节点,同时提高网络系统吞吐量,提出了一种结合机会通信和网络编码的多用户协作通信方案.各用户通过中断概率判断是否作为伙伴的中继进行信息转发,中继节点借助网络编码技术,对自己的发送信息和伙伴的信息进行处理,然后发送至接收端.接收端采用相干检测,同时收到多个发送端的信息.在准静态瑞利衰落信道下,与传统的协作方案相比,该机会网络编码方案可极大地提高单用户和网络的吞吐量,降低系统中断概率,且需要较少的时间资源.     

基于能量收集的协作中继传输性能

将协作中继技术与能量收集技术相结合,并将其运用到多用户传输系统中,研究了能量收集中继协作的多用户传输网络的中断性能。首先提出了一种基于能量分割接收机的能量收集多用户协作传输协议。然后分析了该协议在瑞利衰落信道下的中断概率性能。最后结合数值仿真与理论分析结果,进一步分析了源节点发送功率和中继位置对系统中断概率的影响。仿真结果表明:本文提出的能量收集多用户协作传输协议与传统的非协作传输协议相比,可以在不增加系统能耗的前提下提高系统的中断性能。此外,中继节点距离源节点较近时可以获得更低的系统中断概率。     

多源-多中继协作通信的中继选择与功率分配

针对多中继协作通信带来的中断性能差与高能耗问题,在N个源节点的混合译码放大转发网络中,提出了一种基于多源-多中继协作通信的中继选择与功率分配方案.该方案将空闲时的N-1个源节点当作"中继节点","中继节点"根据信道统计特性值自适应地降序排列,选取M个"中继节点"组成最优中继集合.当中断概率一定时,根据信噪比门限判断被选择M个"中继节点"的协作方式,构造系统总功率Lagrange函数,通过 Karush-Kuhn-Tucker极值条件求得系统各节点的最小功率.数值分析结果表明,在传输速率为0.5~0.8 bit·s-1·Hz-1范围内,相比于放大转发方式下的多源-多中继协作通信的功率分配方案,该功率分配方案的总功率节省了9~22 dBm,极大地减小了系统资源的消耗.     

反馈式选择解码的协作分集性能分析

在协作分集传输系统中，提出一种改进的反馈式选择解码转发方法 (FSDF)，综合考虑源端－中继端与源端－目的端的信道传输特性，且由目的端给出反馈信号决定是否采用协作模式；同时得到高信噪比（SNR）下的中断概率表达式。理论分析与仿真结果证明该方法可得到满分集，在可靠性及有效性上均优于解码转发(DF)与选择解码转发(SDF)。     

考虑多个干扰节点的机会中继的性能分析

提出了考虑多个干扰的解码转发主动机会中继选择协议. 针对存在直通链路的中继模型,在多个干扰对中继节点和目的节点同时产生影响的情况及独立不同分布的瑞利信道环境下,推导出了目的节点采用最大比合并时的中断概率,并对结果进行了仿真验证. 在存在多个干扰的情形下,考虑干扰的中继选择方案优于经典的中继选择方案,中继选择协议可以减少干扰对系统的影响.     

Stable-throughput analysis and optimization of cooperative cognitive radio networks based on information and energy cooperation

According to the unsaturated data traffic in wireless communications, this paper studies the interaction between primary users (PUs) and secondary users (SUs) in a cooperative cognitive radio network which is based on information and energy cooperation, and optimizes the stable-throughput of SUs. A probabilistic cooperation scheme has been proposed and the stable-throughput region has been characterized in order to reflect the interaction between PUs and SUs by using the Queuing Theory. Then by deriving the optimal value of the relaying probability, the stable-throughput of secondary users can be maximized under the constraint of the primary queue stability. Simulation results and theoretical analysis show that the probabilistic cooperation scheme can achieve maximal stable-throughputs for SUs, and meanwhile PUs can also have a better performance compared to the non-cooperative case.     

Nakagami-m信道下DAF选择中继的中断性能分析

为了解决协作通信系统中选择中继算法中断性能分析复杂的问题,提出了一种新的中断分析方法.基于功率受限协作通信系统,考虑Nakagami-m独立同分布信道下一种带有直通链路的选择中继模型,在该模型下推导了中断概率表达式,分析了系统的中断性能,经仿真验证了理论分析的准确性.探讨了优化功率分配,给出特定中继数情况下的功率分配系数.分析结果表明,在该模型下的中断性能与已有模型相比均有所提高.     

改进的空时协作分集方案及性能分析

针对现有基于分布式空时码的放大转发协作协议(AF-DSTC)频谱效率较低的问题,提出了一种新的基于分布式空时码的高效选择性放大转发协作协议(SAF-DSTC)。该方案将协作过程从原来的4个时隙缩短至3个时隙,频谱效率提高了33.3%。理论分析及仿真结果表明:在保持相同频谱效率的情况下,SAF-DSTC在各方面都优于AF-DSTC,系统所耗功率、中断概率和误比特率都大大降低。     

基于中继选择的认知系统性能

为了提高认知系统的性能,提出一种混合中继选择协议(HPRS). 通过判断中继是否能正确解码源信号来决定中继采用何种协议转发数据,最终选取其中信噪比最大的中继作为最优中继,并推导了HPRS在高信噪比下中断概率的近似表达式及分集度. 理论和仿真结果表明,放大转发中继选择(SAF)、解码转发中继选择(SDF)协议和HPRS均可获得空间满分集度,而HPRS的中断性能要优于SAF和SDF协议.     

协作通信网络中基于Lagrange算法的中继选择和功率优化方案

协作通信技术可以有效获取空间分集,并进一步改善系统的性能。为最小化多中继解码转发(decode-and-forward,DF)协作通信系统的总功率,同时满足系统要求的数据传输速率,提出了一种基于Lagrange算法的中继选择和功率分配的联合优化方案。首先根据信源与中继的瞬时信道状态信息(channel state information, CSI)使信源的发送功率最小化,然后选择出最大的可解码中继集合,再利用Lagrange算法对中继功率进行优化,根据得到的信源和中继的功率分配,选择出最佳中继集合,达到最小化系统总功率的目的。仿真结果表明,相对于直传方案和机会中继(opportunistic relay selection, ORS)方案,本研究中总功率消耗明显减少。     

非再生中继Nakagami-m信道协同系统的性能分析

将再生中继协同系统的性能分析推广到Nakagami-m衰落信道,导出其MPSK调制下的概率密度函数,基于此概率密度函数推出系统在不同衰落参数和调制指数下的平均错误概率和中断概率。Monte Carlo仿真结果验证了理论推导的正确性,为工程实际提供理论依据和数值参考。     

基于译码前传的跨层中继选择策略研究

协作中继提高了无线网络系统的可靠性。基于译码前传模式,结合跨层协作思想,提出了一种基于MAC层和物理层的跨层中继选择实现方案。方案首先解决了中继协作时机问题;以最小中断概率为目标,给出了如何选择中继节点以及分配发射功率的方法;最后给出了跨层协作中继选择实现框图及具体步骤。以跨层设计为基础,中继进行选择时可以依据最新的信道状态信息,使选择更加有效;拥有具体的发射功率分配方案,能够更有效地利用发射功率。仿真结果表明,所提方案能够获得更好的中断概率性能。     

Cross-layer design of combining AMC with HARQ in cooperative relay system with perfect and imperfect CSI

A cross-layer design which combines adaptive modulation and coding (AMC) at the physical layer with a hybrid automatic repeat request (HARQ) protocol at the data link layer (LL) is presented, in cooperative relay system over Nakagami-m fading channels with perfect and imperfect channel state information (CSI). In order to maximize spectral efficiency (SE) under delay and packet error rate (PER) performance constraints, a state transition model and an optimization framework with perfect CSI are presented. Then the framework is extended to cooperative relay system with imperfect CSI. The numerical results show that the scheme can achieve maximum SE while satisfying transmitting delay requirements. Compared with the imperfect CSI, the average PER with perfect CSI is much lower and the spectral efficiency is much higher.