时间空间联合频谱检测认知协作分集系统的中断概率分析

无线网络中利用协作分集技术可显著提高传输性能。认知无线网络中采用时间空间联合频谱检测能更充分地利用主用户的空闲频谱空洞。本文对采用时间空间联合频谱检测的认知协作分集系统的中断概率性能进行分析,给出采用选择解码转发中继协议时在瑞利衰落信道下的准确中断概率闭合式。分析和仿真结果表明:采用时间空间联合频谱检测的系统的中断概率性能优于单独时间频谱检测和单独空间频谱检测的系统,而协作分集技术的引入也明显改善了认知用户的传输性能。中断概率的理论结果对于衡量和评估认知网络的频谱检测方案、协作传输方案的性能有重要的理论和实用价值。      

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.     

认知选择协同分集任意信噪比中断概率的分析

选择中继已被证明是一种有效和实用的协作分集方法.但是,现有的分析主要集中在渐进高信噪比(SNR)区域,因此,研究认知选择协同分集系统任意信噪比的中断概率具有现实意义.推导了瑞利衰落信道选择中继协议的中断概率解析式,并进行了仿真.仿真结果表明,选择中继协议在任意信噪比情况下,增加中继节点可降低中断概率,而解码中继协议(DF)在低、中信噪比情况下不一定降低中断概率;同时,选择中继协议的中断性能和分集增益随频谱空穴检测能力的提高而增强.     

认知中继网络中认知用户基于频谱感知机会中继的中断性能分析

认知无线电中继网络中,认知用户需要成功感知到其所在簇内的主用户频谱空穴后才能成为认知中继节点,且各认知中继节点发射功率受到各自主用户干扰温度限制(ITC)。该文对认知中继节点采用分布式空时编码和解码转发协议时认知用户的中断性能进行了分析;给出了认知用户在干扰温度限制下中断概率的上下界,得出中断概率的上下界在不同干扰温度限下与认知用户归一化数据速率、中继数量和其对主用户检测概率的关系。给出了源节点和频谱感知中继节点在相同干扰温度限下的数值仿真,并对仿真结果进行了分析。     

协作通信中的解码转发中继策略优化

在单中继协作通信系统模型下,研究了直接传输、固定解码转发（ DF）中继、选择DF中继和增量中继协议。为了提高协作通信系统的频谱效率和中断性能,通过比较源-目的端和中继-目的端的瞬时信道增益来判定是否需要采用协同通信模式,提出一种改进的解码转发方式（ IDF）。通过将选择DF中继和增量中继的优点结合,提出了一种增量选择中继（ ISR）策略,并给出了2种改进协议任意信噪比的中断概率表达式。仿真结果表明,与传统的单中继解码转发协议相比, IDF和ISR均具有更低的中断概率, ISR具有最低的中断概率。     

中继协作下认知NOMA网络性能分析

把非正交多址接入（NOMA）技术应用到认知网络中,提出基于中继协作的底层认知NOMA系统模型。在瑞利衰落信道下,考虑一个两跳的通信网络,认知中继同时接收来自主网络发射源和次网络发射源的信号,并采用串行干扰消除策略解码转发接收到的信号。次级网络通过为主网络提供中继解码转发服务,获得接入授权频段的机会;主网络通过贡献出授权频段,换取次级网络协作通信的机会,同时获得了优先解码权,保证了主网络通信的可靠性。推导了系统各个接收端的中断概率闭合表达式,并进行了MATLAB仿真。仿真结果表明:采用中继协作可以有效提升认知NOMA网络的中断概率性能。      

机会式网络编码在分布式协作网络中的应用

协作通信技术是一种新型的空间分集技术,用户节点彼此共享天线,获取分集增益,有效提高系统性能。网络编码能够减小系统中断概率,解决网络拥塞问题,从而提高传输有效性。文章主要研究了机会式网络编码在分布式天线协作通信系统中的应用,分析了其中断概率。结果表明网络编码可以节省时间成本,提高系统吞吐量。其中,当用户和中继之间不存在误码时,网络编码能够减小系统的中断概率;当用户和中继之间存在误码时,机会式网络编码的中断概率最低。     

非理想频谱检测对主用户干扰的性能分析

实际中认知中继网络的频谱检测不可能完全正确检测频谱状态,次级用户传输会对主用户传输产生干扰。在分布式协作频谱检测和集中式协作频谱检测情况下,研究了认知中继网络中非理想频谱检测对主用户干扰性能的影响。在瑞利信道下推导了非理想频谱检测条件下主用户干扰概率的数学表达式。最后,仿真结果证明了理论分析的合理性,并表明非理想频谱检测会对主用户产生较大干扰,而中继节点数目的增加可以明显降低干扰概率。     

基于自适应功率分裂的协作非正交多址接入无线携能通信网络性能分析

为了提高无线通信系统的频谱利用率、降低功耗,针对双向协作非正交多址接入携能网络,提出了一种自适应功率分裂的无线携能准则。中继利用译码转发协议和用户的距离信息执行串行干扰消除,检测用户的信息并从发送端收割能量。发送端设计自适应功率分裂准则,使中继可以成功检测用户的信息,然后把剩余的能量全部用于能量传输,进而中继可以收割到最多的能量并将所解码的信息转发给接收端。基于所提的自适应功率分裂准则,分析网络的全局中断概率、端到端中断概率,以及高信噪比条件下的分集增益。与基于固定功率分裂的协作三级正交多址接入携能网络相比,基于自适应功率分裂的协作两级非正交多址接入携能网络可以获得更优的中断性能。     

基于认知无线电系统的协作中继分布式功率分配算法

协作通信与直接通信相比能够显著地提高系统性能。协作通信中的一个关键问题是管理中继节点及有效地进行功率分配。尤其对于频谱共享的认知无线电(Cognitive Radio,CR)系统,协作方案的设计不仅要最大限度地提高认知网络协作的功率效率,而且需要最小化对主系统的干扰。该文针对认知无线电系统的协作通信问题,在多个中继节点与源节点协同通信的场景下,提出了一种基于放大转发(Amplify and Forward,AF)模式下的功率分配及联合优化算法,在保证主系统传输性能不受影响的前提下,提高认知系统的传输速率。仿真结果表明该文提出的自适应协作传输方案,和直接传输及等功率传输方案相比获得了进一步的性能增益,中断概率显著下降。     

基于中继协作的认知无线电性能研究

频谱感知是认知无线电技术的关键。协作频谱感知能够充分利用网络资源,提高网络中认知用户的检测概率,降低认知用户的虚警概率。基于两个认知用户之间的中继协作,研究了协作频谱感知的感知性能与吞吐量的折衷。仿真结果表明：中继协作的频谱感知方法能够使得在充分保证对授权用户不造成干扰即检测概率一定时,能够有效地降低认知用户感知授权用户的虚警概率,缩短＂弱＂认知用户获得最大吞吐量的最优感知时间,提高其最大吞吐量,并提高认知系统的最大吞吐量。     

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。      

全双工窃听者主动干扰的协作NOMA网络性能分析

研究了瑞利衰落信道下协作非正交多址系统的安全性能。通信过程由一个时隙构成,源节点向中继广播叠加信号,全双工中继使用串行干扰消除技术解码信号协助用户通信。假设存在潜在全双工主动窃听者,窃听者能够从中继处截获信息并同时向用户发送人工噪声进行干扰。基于上述假设,在高信噪比条件下,推导了安全中断概率的近似表达式,分析了各节点传输信噪比与功率分配因子对系统中断概率的影响,分析结果与蒙特卡洛仿真结果吻合。     

D2D辅助的协作中继NOMA系统中TSRS策略及其中断性能分析

该文研究了D2D辅助的协作中继NOMA（DC-NOMA）网络,在中继用户（RU）转发信息的第二时隙,利用RU到蜂窝中心用户（CCU）的D2D通信链路传输新的信号。为了提高传输可靠性,设计了新的信号检测策略,通过完全利用边缘信息消除了用户间的干扰。基于新的信号检测策略,提出了一种两阶段中继选择策略（TSRS）。在满足蜂窝边缘用户（CEU）可靠接收的中继集合中,选择使CCU成功解码概率最大的中继。为了评估所提出的DC-NOMA方案,推导了每个用户的确切中断概率且通过仿真得到验证。仿真结果表明,在高信噪比区域,该文所提出的基于新的信号检测策略的DC-NOMA在TSRS方案下的中断性能优于部分中继选择方案（PRSS）和传统的DC-NOMA。特别地,增大中继数量可有效提高DC-NOMA系统的中断性能。      

优化的最佳中继协作频谱感知

在基于中继的协作频谱感知中,尽管通过引入认知中继可有效提高协作频谱感知性能,然而认知中继的引入也会带来额外的系统开销及复杂度增加问题。为了节约系统开销,本文在前期取得研究成果的基础上,进一步提出了一种基于删余的最佳中继协作频谱感知方案,只有当次用户检测到主用户信号且目标次用户的报告信道衰落严重时,才申请认知中继的协作传输,同时目标次用户将其检测到的感知信息发送到认知中继;最后,分别从检测性能和次系统可获得的容量角度对所提方案下的协作频谱感知性能进行了理论分析。分析和仿真结果表明,所提方案可以有效提高检测性能,当确保主用户受到足够保护的前提下,利用所提方案可以获得更高的次系统容量。      

基于最佳中继选择的协作频谱感知方案研究

 本文提出了一种基于最佳中继的多用户协作频谱感知方案,通过认知无线电网络中多用户间的相互协作,可以获得明显的空间分集增益,从而改善认知用户的检测性能．针对所提出的多用户协作感知方案,在瑞利衰落环境下分析了相应的系统检测概率,同时也理论推导了传统非协作方案的感知性能．根据检测概率的解析式,对非协作方案和多用户协作方案,进行了相应的数值实验和性能比较．与非协作感知方案相比,多用户协作方案能够显著提高主用户的检测概率．此外,随着候选中继用户数目增加,多用户协作方案对主用户检测概率的改善量越加明显．     

多用户多中继系统下协作NOMA的中断性能

在基于非正交多址接入技术(NOMA)的多用户多中继协作中继网络中,为优先满足混叠信号中的时延敏感信息的服务质量(QoS)需求,对功率因子进行了简单分析,进而找到了关于信道增益的解码限制条件。在给定中继的情况下,根据解码限制条件建立用户集合,进而找到可以使高QoS信号速率最大化的用户中继对作为最佳“用户-中继”来传递信号。并且对该“用户-中继”选择方案下的系统中断概率的表达式进行推导并求出了其渐进式。仿真结果验证了推导结果的正确性,系统的中断概率随着节点数目的增多而降低,而当信噪比趋于无穷时,系统的分集增益取决于用户数目和中继数目。且与已有文献进行对比,本文提出的用户中继匹配方案的中断性能相对较好。     

基于过时信道状态信息的机会协作性能研究

机会中继是协作通信系统中提高频谱效率和节省功率消耗的常用方法.在通信过程中,信道估计时刻和实际中继传输信息时刻存在一定的延时,其产生的过时信道状态信息（Outdated CSI）会严重地影响协作通信系统的性能.分别从考虑直传链路和不考虑直传链路两方面,分析了过时信道状态信息对机会协作分集系统中断概率的影响.仿真结果表明,系统性能随着相关系数ρ的减小而变差,并且随着中继节点数目的增加而提高.     

全双工中继协作下的认知MIMO系统吞吐量最大化研究

本文研究了全双工中继协作下的认知MIMO系统的平均吞吐量最大化问题。与传统的中继协作认知无线电系统不同的是,该系统模型中的双工中继节点既能协助认知用户源节点进行多天线频谱感知以提高频谱检测性能,也能解码转发认知用户源节点的发送信号以获得更大的系统吞吐量。为使系统平均吞吐量最大,首先,本文以认知用户能获得的最大平均频谱空洞被发现的概率为目标,对系统的帧结构进行优化以获得最佳的感知时间,接着对多个发送天线进行优化以选择出最佳的发送天线,并推导出了在总的发送功率和对主用户干扰受限条件下的认知用户源节点和双工中继节点的最佳功率分配方案。最后的仿真结果表明本文提出的系统模型和优化方案相比传统的双工等功率分配方案以及单工功率分配方案能够获得更大的系统平均吞吐量。      

编码协作分集的合作伙伴选择算法研究

协作分集的思想来源于中继信道。与中继信道所不同,在协作分集网络中,每个用户不仅要传输自己的信息,还要帮助其协作伙伴中继传输信息。也就是说,每个用户既要充当信源的角色,又要扮演中继器的角色。文章通过协作通信中编码协作机制下的多节点协作伙伴的选择,分析四种情况下的中断概率,并讨论今后研究的发展方向。