改进的解码转发多跳中继系统及最优功率分配

多跳信道的中断性能较差,且节点接收设备上的多跳分集信道较为复杂。为此,基于解码转发多跳信道和多跳分集信道,提出一种改进的解码转发多跳中继系统,解决上述2种信道性能和复杂度的矛盾。推导中断概率的计算公式,以最小化系统中断概率为目标,利用拉格朗日乘子优化各节点的功率分配。仿真结果表明,改进系统能获得比传统多跳中继系统更低的中断概率,最优功率分配方案下系统的中断性能优于均匀功率分配方案,并且性能优势随跳数增加更为明显。     

窃听环境下轮流中继网络的安全传输方案

针对含有多个窃听者、多个中继的无线通信网络的传输安全问题,提出了一种新的轮流中继安全传输方案.以降低系统平均安全中断概率为目标,所提方案在源节点发送保密信息的过程中,在每个传输时隙均选择一个最优中继对前一时隙接收到的信号进行转发以干扰窃听者,并在目的节点处进行干扰消除.为评估系统性能,推导得到了系统平均安全中断概率的闭...     

一种面向电池供电中继节点的中继选择方法

在协作通信网络中,信道条件较好的电池供电中继节点可能被频繁选择用于数据转发,导致电量快速消耗,甚至缩短网络生命周期。针对该问题,提出一种兼顾电池能耗、电池余量和信道状态信息的中继选择方法。根据节点电池能耗与电池余量的比值对链路的信噪比加权,选择加权后中继链路信噪比最大中继链路的源节点或中继节点发送数据。推导系统的平均转发信道容量和中断概率表达式,在此基础上的仿真结果表明,该方法在保证转发信道容量和中断性能的同时,能有效降低中继节点的电池能耗,延长协作通信网络的生命周期。     

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。     

无线能量收集协作系统的节能中继选择方法

在无线能量收集协作通信系统中,针对中继处可能出现的能量瓶颈,提出优化源节点和中继的传输功率的节能中继选择方法。利用源节点与中继之间发射功率的比例关系计算源节点的发射功率,选择信道容量最大的中继链路进行数据转发,并考虑源节点与中继的发射功率约束。在此基础上,推导系统的平均信道容量和中断性能。仿真结果表明,该方法可显著提高系统能量效率,节约源节点的能量消耗。     

基于MABC的中继系统资源分配策略

针对MABC的中继系统,对资源配置策略的优化问题进行研究,并将功率分配问题和中继选择问题相结合。基于此,提出了一种存在干扰情况MABC模型的多中继系统资源分配策略（IS-MABC-OPOR）。考虑双向中继系统干扰信号对其传输性能的影响,以通信链路信道容量最大化为优化目标,利用拉格朗日方法,对通信链路上的各节点进行了最优功率分配和最佳中继选择,给出了通信链路信道容量最大意义下的资源分配数学表达式。仿真结果表明,该链路的信道容量受中继节点位置以及链路总功率的制约,相比于等功率分配方案（EPA）、随机功率分配方案（RPA）和在所提方案的基础上加大干扰信号的信道增益,IS-MABC-OPOR方案有效提高了系统的信道容量,从而实现资源能够满足更高速率的业务传输需求。     

干扰环境无线多跳传感网络中继算法研究

本文主要讨论了干扰环境下无线多跳网络特殊中继算法的设计与实现,这是由于目的是增强网络的整体抗干扰能力。中继算法通过一定准则,选择中继节点及发送功率等级,通过节点间协同通信增加网络端到端吞吐率,降低传输平均中断概率,提高网络性能。     

一种改进的自适应全双工中继系统中继策略

提出了一种基于源节点到中继节点(SR)信噪比门限和中继节点最小自干扰的全双工中继策略,并在此基础上与SR最大信噪比的全双工中继策略相结合,构建了一种改进的自适应全双工中继系统。在对等功率分配条件下使用DF协议转发时对自适应全双工中继系统的中断概率进行了分析,结果表明 与自适应半双工中继策略相比,提出的自适应全双工中继系统的中断概率更低。与基于SR最大信噪比的全双工中继策略相比,一般情况下,当SR信噪比系数较大时,自干扰信号也较强,此时所提自适应全双工中继系统采用基于SR门限和最小自干扰的中继策略,中断概率较低;而在自干扰信号较小的情况下,该自适应全双工中继系统将采用基于最大SR信噪比的全双工中继系统的中继策略,能维持较好的中断性能。     

基于能量收集技术的无线协作网络中继选择

针对目前能量收集技术能够收集到的可用能量受限,导致无线协作网络中继节点处易出现能量短板的问题,为了避免整个网络因中继节点大量死亡而瘫痪,提出了一种基于能量收集技术的无线协作网络中继选择方案,即联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案。首先,基于节点的能量收集状况,选出每跳中能量最大的节点进行解码转发;然后,结合每连续两跳的链路传输状态,选出与源节点和目的节点之间的数据传输信道最优者作为中继节点。结合Nakagami-m信道衰落模型,将该方案与随机选择方案、最大数据链路信道增益(MaDs)方案和基于中继-窃听链路最小信道增益(BNBF)方案进行对比分析,结果表明:在满足收集的能量足够用于下一时隙能量收集和数据传输的前提下,用于能量收集的比例越小,网络中断概率越小;联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案在网络中断性能方面优于其他方案,其中断概率随信噪比的增大而减小,特别是当平均信噪比为38dB时,网络中断概率降到10^-5。     

协作通信中基于AHP的灵活节能中继选择算法

目前无线协作通信系统中存在系统能量消耗大、网络生命周期短等问题,良好的中继选择方案是减小能耗的有效途径。因此,提出基于AHP的灵活节能中继选择算法。在信息传输阶段,由控制单元根据协作概率判断节点是否激活自身侦听广播信息包,为减小能耗对协作概率进行优化,并根据系统中断概率获得预计信息量的表达式。采用层次分析法综合考虑节点剩余能量比、链路信噪比、中断概率,从激活状态下的节点中灵活选择优化中继节点进行协作传输。仿真结果表明,该方案在预计即时信息量、中断概率、能耗均衡方面具有一定优势,能够有效减少协作通信网络中的能量消耗,提升网络整体性能。     

MIMO格密码的设计与实现

对大规模MIMO物理层安全通信进行了研究,提出了一种基于OAEP+算法的MIMO格密码实现方案。在适当的限制条件下,可将窃听者对大规模MIMO的解码复杂性问题归约为解标准格问题。由于在方案设计中利用格密码和OAEP+密码的特性,使得所提方案具有抗量子计算攻击和选择性密文攻击的能力,并且合法通信双方不需要预共享密钥,有效地简化密钥管理。在Matlab中对所提方案进行了仿真实现,仿真结果证明了该方案的可行性。另外,仿真计算结果显示在格基归约算法下MIMO信道可计算保密容量跟发射天线数目之间呈较强的线性关系。     

协作通信的中继选择策略性能研究

在解码转发协议的基础上,研究了全选中继策略和机会中继选择策略的中断概率性能,推导了瑞利衰落下的两种策略的中断概率精确闭式结果,给出了高信噪比时的中断概率近似表达式.通过理论分析和数值仿真结果得出:在信噪比足够高或在中继-目的信道性能优于源-中继的信道性能的情况下,这两种策略具有相同的中断概率性能;源-中继的信道性能比中继-目的节点的信道性能越好,全选中继策略的性能越优于机会中继选择策略的中断概率性能.     

基于节点剩余功率的多中继选择算法

提出一种基于节点剩余功率的多中继放大转发协同节点选择算法,根据节点信道状态信息(CSI)和剩余能量信息对网络生存时间进行优化,使用加权函数和信道容量增益门限进行多协同节点选择。仿真结果表明,对于动态和固定功率分配,该算法选择三四个中继可使协同通信系统性能达到最优;相对基于CSI的单中继选择算法,当中继数为4时,其在动态功率分配时的网络生存时间最高可延长82%。     

非理想CSI下全双工双向中继网络安全性能研究

针对目前物理层安全研究大多未考虑信道估计误差对安全性能的影响,研究基于非理想信道状态信息（Channel State Information,CSI）的全双工双向中继网络安全性能。假设系统中用户之间没有直连链路,且无法获取CSI;采用最优中继选择方案,选取最优中继将信号进行解码转发至目的端;根据最大最小原则推导出系统安全容量和保密中断概率（Secrecy Outage Probability,SOP）的表达式,进一步分析影响系统保密性能的主要因素,并对比全双工与半双工系统性能的差异。仿真结果表明,当中继节点处在用户间的中点位置时,系统保密性能最好;同时,减小信道估计误差、窃听链路的平均信噪比及剩余自干扰能够有效降低系统SOP,适当地增加中继数目可以获得更好的安全性能。     

基于最佳中继选择的认知AF系统性能分析

针对中继通信中的放大转发协议,提出了一个基于最佳中继选择方案的双跳认知协作通信系统。该系统的频谱共享环境由一个主接收用户,一个次级信源,[K]个次级中继和一个次级信宿组成。并在独立非同一分布的瑞利衰落环境下对该认知协作通信系统的中断性能进行了分析,推导出了中断概率的准确闭合表达式。利用蒙特卡罗仿真实验证实了分析结果的正确性。理论分析和仿真结果都表明,分析所运用的方法降低了系统的中断概率,提高了遍历容量,从而有效地改善了系统的性能。     

基于特征值分布的自适应MIMO接收方法

多输入多输出(MIMO)系统性能优劣依赖于信道的相关特性,空分复用技术适用于低相关信道,而波束形成技术适用于高相关信道。依据上述信道相关特性,提出一种基于信道特征值分布的自适应MIMO接收方法。该方法以均匀圆形天线阵列结构为基础,能够根据信道相关情况动态选择接收方式:当角度扩展较大时,选用传统MIMO接收方式(称为天线MIMO方式);当角度扩展较小、多径独立时,选用基于智能天线的多波束接收方式(称为波束MIMO方式)。分析角度扩展、多径对信道特征值分布的影响,并给出自适应MIMO接收切换的条件。仿真结果表明,该方法能够适应复杂的无线环境,误码率较低,性能更加稳定可靠。     

改进的混合多输入多输出系统收发方案

为在频谱利用率和可靠性之间取得折中,提出一种高效低复杂度的发射接收方案,将空间复用和空间分集相结合,形成一个STBC-VBLAST混合编码的多输入多输出系统。利用线性疏散码的结构特点,在发射端以等效的垂直分层空时码子层发送信号,接收端使用基于排序的QR分解的连续干扰抵消的算法进行译码,同样可以获得较好的复用和分集增益。仿真结果表明,该方案的误码率性能优于其他检测方案,可降低计算复杂度。     

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。     

Physical layer security via maximal ratio combining and relay selection over Rayleigh fading channels

In this paper, the impact of both maximal ratio combining (MRC) and relay selection on the physical layer security in wireless communication systems is investigated by analyzing critical issues such as the probability characteristics of the legitimate receiver (Bob) and malicious eavesdropper (Eve)’s end-to-end signal-to-noise ratio (SNR), the secrecy outage probability and the average secrecy channel capacity over Rayleigh fading Channel, etc. Unlike the conventional physical layer security schemes, we assume that Bob receives its data from both the relay and the source via cooperative relay, provided that MRC is employed at the receiver. Particularly, compared to the conventional MRC methods, the proposed method is capable of achieving a higher spatial diversity order by performing relay selection, as validated by performing the theoretical analysis as well as numerical simulation. Furthermore, the closed-form expressions in terms of secrecy outage probability and average secrecy capacity are all consistent with the numerical results. Finally, the proposed scheme may be substantially affected by a number of parameters such as the number of relays, the SNR of links and the ratio of main-to-eavesdropper ratio (MER) λ_ME.