基于凸优化的认知中继功率分配

该文研究了基于凸优化的认知中继功率分配问题。考虑在干扰温度的限制下,如何通过合理的子载波功率分配使得系统容量最大化。文章依据凸优化理论给出该问题的最优迭代算法,并从改善算法平均时间复杂度的角度加以改进,进而提出一种次优算法。数值仿真结果表明,次优算法相比最优算法有一定的性能损失,但是计算复杂度大大减少。     

混合模式下认知无线电网络的能效优化算法

认知无线电网络中,协作频谱感知利用多个节点同时感知可提高频谱感知检测性能。然而随着感知的次用户(SU)个数增加,导致能耗增高、能效(EE)降低。为解决这一问题,本文结合机会频谱接入和衬垫式频谱共享2种共享模式,构造基于混合频谱共享模式的能效模型,同时考虑3种不同的融合规则、主用户(PU)的再占据概率和报告信道误差,以最大化SU系统的EE为目标,使用拉格朗日乘子法与次梯度下降算法对感知时间、参与感知个数、次用户发射功率进行迭代优化求解。仿真结果表明,在最低服务质量要求(QoS)和发射功率的约束下,该能效优化算法能够实现更高的吞吐量和更高的能量效率。     

基于误码率的中继位置及功率分配联合优化

针对单中继AF协作通信系统,分析了不同中继位置和功率分配方式对系统误码率性能的影响。以最小化系统误码率为目标,研究了等功率分配（equal power allocation,EPA）和最优功率分配（optimum power allocation,OPA）两种方案下,中继按照线形拓扑轨迹运动时的最优位置。理论分析和仿真结果表明,中继位置及OPA的联合优化算法大大提高了传统的EPA方案下的系统性能。     

认知中继选择系统发射功率受限时的性能研究

基于译码转发协议,对一个双跳认知中继选择系统的中断性能进行了研究.该系统采用半双工的通信模式,所有节点均配置单个天线,次级系统同时受到来自于主接收用户最大干扰功率和最大传输功率的双重限制.在独立非同一分布的瑞利信道环境下,推导出了中断概率的准确闭合表达式和高传输功率时的渐进闭合表达式,并利用蒙特卡罗仿真实验对理论分析结果的正确性进行了验证.实验结果表明:中继个数的增加降低了中断概率,提升了系统的性能,但是提升空间有限.另外,最大干扰门限和最大传输功率的变化关系给系统性能的提升带来瓶颈.     

认知无线中继网络最小化中断概率功率分配算法

为提升认知无线中继网络的中断性能,通过分析系统中断概率及用户功率分配情况,提出一种最小化中断概率的功率分配算法。给出在主用户干扰约束和总功率约束条件下最小化中断概率的数学优化方程组,根据用户的最大发射功率与干扰电平阈值的受限关系,分别考虑分配功率不超过干扰电平阈值、中继节点功率受限于干扰电平阈值以及所有节点受限于干扰电平阈值这3种情况,对应提出3种最佳功率分配方案,并基于KKT条件求解最优值。实验结果表明,该功率分配算法与基于频谱共享以及基于机会主义中继选择的中断概率分析方法相比,性能增益提升显著,并且在总功率、干扰电平变化的条件下,所采用的功率分配方案提升系统中断性能效果较好。     

协作认知无线网络中的功率优化及中继选择策略

近年来,认知无线电技术与协作通信技术相结合,具有在平坦衰落无线信道环境中增加用户吞吐量,提高频谱利用率等优势,因而被广泛研究与应用。如何在协作认知网络中有效的实现主要用户和认知用户的频谱共享,亦即如何在众多的认知用户中选择合适的认知中继集是一个基本的问题。本文通过确定并优化主要用户和认知用户效用函数来解决该问题,因采用了纳什均衡理论,故称之为基于博弈论的多中继选择算法(Multiple Relay Selection based on Game Theory ,GTMRS)。在任一认知中继集合中,认知用户之间能够形成非合作功率的博弈模型, 可基于纳什均衡得到认知用户的优化协作功率分配算法。在寻找一组确定的中继集合来实现主要用户效用的最大化过程中,文章引入了修改的信道调和平均数因子,其目的是移除信噪比较小的中继节点,以最大化系统的信噪比。仿真结果显示,该算法能够使更多的认知用户接入到授权频谱中,同时使得主要用户获得更大的效用以及传输速率。因此,基于博弈的多中继选择算法能够有效选择合适的认知中继,并获得主要用户和认知用户在效用上的最优化。     

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。     

认知中继网络功率分配的优化算法

本文研究了认知中继网络的功率分配策略。在基于AF(amplify-and-forward)和DF(decode-and-forward)中继模式下,考虑认知用户传输功率受限以及主用户干扰容限等因素,建立了认知中继网络吞吐量的非凸函数和凸函数优化模型;并利用拉格朗日乘子得到最优解。仿真结果表明,所提算法在认知用户传输功率受限以及主用户干扰容限下优化了认知中继网络的吞吐量。     

基于迫零传输的协作多点传输系统的功率分配*

在研究多基站系统的基础上,提出协作多点传输的系统模型,并采用迫零传输机制,对最优功率分配算法、优化的功率分配算法以及等功率分配算法进行性能比较分析。最后从性能和复杂度两方面考虑,得出优化的功率分配是一种比较折中的功率分配方法。     

中继选择协议下的认知无线电系统性能研究

在保证授权用户服务质量(QoS)和认知用户峰值功率限制的前提下,推导出高信噪比时放大转发中继选择(SAF)协议、解码转发中继选择(SDF)协议和混合中继选择协议(HPRS)下认知中继系统中断概率的近似表达式。Monte Carlo仿真验证了三种协议下中断概率近似表达式的合理性,理论和仿真结果表明,三种协议的中断概率与干扰限制条件和认知用户峰值功率密切相关,且HPRS中断性能要优于SAF和SDF。     

中继系统中断概率研究

针对无线通信系统的两种典型信道—频率选择性的多径Rayleigh衰落信道和Nakagami-m信道,中继方式为解码-转发（DF）和放大-转发（AF）的单中继系统的中断概率问题进行详细且深入的研究。分别计算AF方式和DF方式中继系统信噪比的概率密度函数（PDF）和累积分布函数（CDF）,利用CDF可得在给定的系统数据速率要求的前提下相应的中断概率的闭式解。对该中继系统的中断概率模型进行仿真。仿真分析显示,闭合表达式与数值仿真结果吻合良好。     

基于非理想CSI的全双工双向中继系统保密中断概率性能研究

研究基于译码转发的全双工中继系统的物理层安全问题。假设系统模型中窃听者与合法用户以及中继之间存在直接链路,考虑在合法用户和中继之间的信道状态信息（channel state information,CSI）是非理想的情况下,通过分析信道估计误差、窃听信道的平均信噪比和残余自干扰对中继系统物理层安全的影响,推导出每个节点端到端瞬时信干噪比和非理想CSI下的保密中断概率表达式。仿真结果表明,信道估计误差、窃听信道的平均信噪比和残余自干扰越小,系统保密中断概率越小,系统安全性能越高;在高信噪比时,残余自干扰对保密中断概率的影响可以忽略不计;同时,全双工中继方案优于传统的半双工中继方案。     

ICRN功率分配与中继选择联合优化

针对工业认知无线电网络中出现的无线干扰和冲突严重,特别是工业现场的金属环境和移动特性造成多径与阴影衰落,从而使得传输可靠性难以保证的问题,引入感知信道概率及信道可用度概念,提出一种联合优化中继选择与功率分配的算法。该算法给出3种认知中继选择方案,分别是信道增益最大准则、最近准则及调和平均准则,并在源节点和所选中继节点之间进行最优功率分配,以最小化网络中断概率。仿真结果表明,与平均功率分配算法相比,所提算法能更好地降低系统中断概率,提高传输可靠性。     

Joint throughput and transmission range optimization for triple-hop networks with cognitive relay

The optimization of the network throughput and transmission range is one of the most important issues in cognitive relay networks (CRNs). Existing research has focused on the dual-hop network, which cannot be extended to a triple-hop network due to its shortcomings, including the limited transmission range and one-way communication. In this paper, a novel, triple-hop relay scheme is proposed to implement time-division duplex (TDD) transmission among secondary users (SUs) in a three-phase transmission. Moreover, a superposition coding (SC) method is adopted for handling two-receiver cases in triple-hop networks with a cognitive relay. We studied a joint optimization of time and power allocation in all three phases, which is formulated as a nonlinear and concave problem. Both analytical and numerical results show that the proposed scheme is able to improve the throughput of SUs, and enlarge the transmission range of primary users (PUs) without increasing the number of hops.     

基于CR-NOMA网络的功率分配策略及中断性能分析

非正交多址接入技术(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)可以提高频谱效率,降低传输时延。另一种可以提高频谱效率的技术是认知无线电技术(Cognitive Radio,CR)。针对CR-NOMA中继网络,推导得到系统和次级用户的中断概率闭合表达式。为了最小化系统中断概率,研究了功率分配问题,并分析了功率分配因子对系统性能的影响。最后,通过蒙特卡洛仿真验证了理论结果的正确性。     

在认知中继网络中基于放大转发与最佳中继的最优功率分配算法

由于受认知无线电与中继通信技术的启发,提出了一种认知中继网络模型.该模型由源节点、目的节点、认知中继节点及主用户(primary user,PU)构成.认知中继节点以与PU共存的方式为源节点辅助传输信息到目的节点,只要保证其对PU通信造成的干扰在PU干扰门限值以下.假设源节点、目的节点和认知中继节点之间的瞬时信道边信息(channel side information,CSI)和认知中继节点到主用户之间的均值信道增益已知的前提下,研究该模型中的认知中继节点分别采用放大转发(amplify-and-forward,AF)和基于AF的中继选择(selection AF,S-AF)下的功率分配策略,该策略以最小化系统中断概率为目标,同时也满足认知中继节点的发射功率约束(包括总发射功率和个体发射功率约束)和对主用户的干扰功率约束.最后,通过数值仿真来验证推导出的功率分配策略.仿真结果表明:本文提出的最优功率分配策略,无论在AF,还是S-AF下,均能明显的改善系统的中断性能和平均吞吐量;同时在S-AF下最优分配策略可以得到更高的平均吞吐量,因此中断概率更小.     

Optimal power allocation for cognitive relay networks: amplify-and-forward versus selection relay

We consider a cognitive relay network which is defined by a source,a destination,and cognitive relay nodes and primary user nodes.In this network,a source is assisted by cognitive relay nodes which allow coexisting with primary user nodes by imposing severe constraints on the transmission power so that they operate below the noise floor of primary user nodes.In this paper,we mainly study the power allocation strategies of this system to minimize the outage probability subject to total and individual power c...     

Secrecy outage analysis for underlay cognitive radio networks over correlated channels

This paper investigates the secrecy outage performance of underlay cognitive radio networks, in which a source in a secondary system transmits its confidential information to a legitimate destination in the presence of an eavesdropper. Specifically, the main (the source-to-destination) and eavesdropping (the sourceto- eavesdropper) channels are assumed to be correlated. Moreover, it is also assumed that the main channel and the channel from the source to the primary user’s receiver are correlated. Tight closed-form analytical expression for secrecy outage probability and the closed-form analytical expression for the probability of non-zero secrecy capacity are derived and validated by simulation results when the interference temperature limit is comparably large.     

Fair relay selection in decode-and-forward cooperation based on outage priority

The opportunistic cooperation schemes,where only the "best" relay is selected to forward the message,have been widely investigated recently for their good performance in terms of outage probability.However,the unfair selections of relays may cause unbalance power consumptions among relays,which reduces the lifetime of energy constrained networks.In this paper,we introduce a novel concept of outage priority based fairness(OPF),aiming at improving the selection fairness among relays appropriately without outage performance deterioration.Then,a cooperation scheme is proposed to meet this concept,and corresponding theoretical analysis is also provided.Afterward,based on OPF,the achievable upper bound of the fairness is derived,and an optimal cross-layer designed scheme is also provided to achieve the bound.Numerical simulations are carried out finally,which not only validate the theoretical analysis,but also show that taking advantages of the proposed schemes,the fairness among all relays,as well as the network lifetime,can be greatly improved without any loss of outage performance,especially in high SNR regime.