物理层安全中的最优中继选择及协同干扰策略

本文提出了一种以协同干扰为基础,结合了最优中继选择和功率分配的物理层安全方案.该方案针对分布式天线的场景,从中间节点中选择一个最佳的节点作为中继,剩余的其他节点作为协同干扰节点.中继节点使用放大转发策略.本文同时提出了协同干扰节点的波束成形算法.另外,我们还推导出了中继节点和协同干扰节点之间的功率分配的闭式解.最后,本文还给出了相关的仿真结果,证实了新提出的方案比传统方案能获得更高的安全容量.     

能量收集系统中基于能量协同和协同干扰的保密传输方案

研究节点具备能量收集能力的中继窃听信道保密速率的优化问题,提出一种基于人工噪声协同干扰和节点间能量协同的物理层安全传输策略.各节点采用储能-发送模式工作,即先收集能量,再用于数据传输.中继节点采用放大转发方式,目的节点发送人工噪声进行协同干扰.由于中继节点所需功耗较高,目的节点将用于发送干扰之外的剩余能量转移给中继节点.给出以最大化保密速率为目标函数,优化能量吸收时间比例系数和干扰功率分配因子的两步优化算法.仿真结果表明人工噪声和能量协同的引入能有效提高系统的保密传输速率.     

紫外光非直视通信抗干扰中继链路方法及其功率需求分析

针对紫外光通信中光源器件发射功率受限和大气信道衰减严重造成传输距离近的问题,提出一种用于非直视通信的抗干扰中继链路方法。该方法采用多跳网络方式在端到端传送节点间构建中继通信链路,通过时分复用技术给相邻节点分配不同时隙防止节点的相互干扰;同时,对节点直接传送信息和采用中继链路方法接力转发信息两种不同方式的功率需求进行了分析。仿真表明,采用的中继链路方法在传输相同通信距离时减少了单个节点的发射功率及系统总功率,提高了系统功率利用率,有利于重量轻、低功耗需求的节点部署实施。     

储能-发送模式的单天线两跳中继系统保密速率的优化

该文研究节点具有能量收集能力的两跳中继系统的物理层安全传输方案。考虑窃听节点与源和中继节点间都有直接链路的情况。每个数据传输时隙分为能量收集和数据传输两个阶段,各节点用收集的能量发送信号。中继采用放大转发方式,目的节点发送人工噪声进行协作干扰,保护在两跳传输中传输的保密信息。以最大化保密速率为目标,采用迭代算法优化能量吸收和数据传输两阶段的时间分配比例系数和协作干扰功率分配因子。仿真结果表明优化算法准确,优化后的协作干扰方案能显著提高系统的保密传输速率。由于考虑了窃听节点在两跳传输中都能接收到信号的可能性,文中方案更贴近实际,并解决了一个复杂的优化问题。     

直达链路下的能量采集中继选择系统的吞吐量分析

针对三节点传输系统，研究了基于功率分配能量采集的全双工放大转发协作中继方案。考虑源和目的地之间存在直达链路，全双工中继节点采用天线选择技术以最小化中继自干扰，目的节点采用最大比合并技术以最大化目的地接收信噪比。在延迟受限传输模式下，运用高斯-切比雪夫积分推出了系统吞吐量的近似闭合表达式。在延迟容忍传输模式下，运用凸优化推出了系统吞吐量下界的闭合表达式。在多中继情况下考虑了最佳中继选择策略和机会式中继选择策略。数值分析和蒙特卡洛仿真表明，增加中继个数或者减小速率阈值均能提高系统吞吐量。      

窃听环境下AF中继选择与功率分配的研究

传统的最佳中继选择方案仅参考了合法用户的信道状态信息,在实际的通信系统中由于存在窃听用户而无法保证信息的可靠传输。现有的最佳中继选择方案将窃听用户的信道状态信息纳入考虑后,系统的安全性能得到了一定改善,但是依然采用的是等功率分配。针对放大转发协议,本文在现有最佳中继选择方案的基础上,以降低系统安全中断概率为目标,在系统总功率受限的前提下,根据源节点和中继节点以及中继节点和目的节点间的信道参数引出功率分配因子,对源节点和中继节点间的功率进行适当分配。通过仿真对比,可以发现功率分配能够降低系统的安全中断概率,从而改善系统的安全性能。      

一种多源协作网络的分布式功率分配与中继选择算法

该文针对多源-多中继放大转发协作通信网络,以最小化系统总功率为目标,在保证系统满足一定中断概率的前提下,提出了一种分布式功率分配与中继选择算法.算法由源节点自主选择为其转发信息的中继节点,并引入定时器,通过竞争方式避免了分布式所导致的中继选择冲突.中继收到来自源节点的信号后,只需根据转发门限自主判断是否进行转发,从而完成传输.仿真结果表明该分布式算法能够有效降低传输所需要的总发射功率.并且与集中式控制所获得的最优中继选择与功率分配算法相比性能相近,但所提分布式算法显著降低了系统的控制开销.     

Rice衰落信道下选择中继的性能分析与功率分配算法

本文针对无线传感器网络,研究了Rice衰落信道下基于选择中继的两跳译码转发系统的协同中继传输性能与功率分配算法.文中利用概率密度函数推导了选择中继协同传输的中断概率、误符号率的闭式表达式,并给出了高信噪比时的渐近性表达式;然后根据渐近性能进行源与中继节点间的功率优化,进一步提升系统传输性能;最后用蒙特卡洛仿真验证了结果的有效性.仿真结果显示,理论值与仿真结果基本一致,优化功率分配后的传输性能接近于搜索法得到的传输性能,但计算复杂度明显降低.     

非再生中继网络的功率优化分配

为了降低非再生中继网络的中断概率,研究了基于中断概率最小化的功率分配问题.首先分析了两跳中继传输方式和协同分集传输方式中断概率近似表达式,然后以中断概率最小化作为优化目标,在总功率一定的条件下,建立了非再生中继系统中基于中断概率最小化的功率分配优化模型,通过Lagrange乘数法获得了源节点和中继的最优功率分配.仿真实验表明,与在源节点和中继中采用平均功率分配策略相比,采用基于中断概率最小化的最优功率分配策略,在降低中断概率的同时,也增加了系统的容量.     

一种改进的中继节点选择方案

3GPP标准组织在2004年底启动了其长期演进(LTE)技术的标准化工作.上行传输方案采用带循环前缀的单载波频分多址接入(SC-FDMA)技术.对LTE上行链路进行仿真,实现无中继节点的直接传输.引入中继节点,通过传统最大路径损耗最小(LMP,least maximum pathloss)方案选取最优中继参与协作传输.重点分析并指出了传统LMP算法的缺点和不足,在此基础上提出了一种改进的中继节点选择算法,并结合考虑了源节点和中继节点的功率分配.从系统误码率和用户消耗功率两个方面对各传输方案进行了仿真分析.仿真结果表明LTE上行链路引入中继节点实现协作传输可明显提高系统的误码率性能.协作传输还节约了功率的使用,提高了用户的待机时间和功率效率.相比传统中继选择方案,改进后的LMP算法无论是从误码率还是功率消耗都得到明显改善.     

基于中断概率的协作通信中继选择与功率分配算法

研究了功率受限情况下多中继协作通信网络的中继选择和功率优化问题。在AF网络中,提出了一种低复杂度中继选择与功率分配算法,其目标是在总功率一定的条件下使系统的中断概率最小。本算法对源节点和所有潜在中继节点进行功率分配,结合当前信噪比选择最优的中继集合,通过最速下降法求出使系统中断概率最低的功率分配因子。该算法不需要知道大量瞬时信道信息、不需要系统在等功率条件下进行中继选择,只需求得中继节点排列矩阵便可根据当前信噪比自适应获得最优中继节点集合。仿真结果表明,在相同条件下,该算法明显优于不同中继节点集合下几种算法的中断性能,并且与传统的SAF及AAF算法相比,有效降低了中断概率,提升了系统性能和功率效率。     

A utility-based capacity optimization framework for achieving cooperative diversity in the hierarchical converged heterogeneous wireless networks

A hierarchical convergence mechanism for the heterogeneous wireless communication system via the heterogeneous cooperative relay node is presented in this paper, in which the techniques of cooperative communication and wireless relay are utilized to improve performances of the individual user and the overall converged networks. In order to evaluate the benefits of the proposal, a utility-based capacity optimization framework for achieving the heterogeneous cooperative diversity gain is proposed. The heterogeneous cooperative capacity, relay selection and power allocation theoretical models are derived individually. The joint optimization model for relay selection and power allocation is presented as well. Owing to the computation complexity, the sub-optimal cooperative relay selection algorithm, the sub-optimal power allocation algorithm and the sub-optimal joint algorithm are determined to approach the maximum overall networks' spectrum efficiency. These proposed algorithms are designed in conformance to guarantee the equivalent transmission rates of the different wireless access networks. The simulation results demonstrate that the utility-based capacity model is available for the heterogeneous cooperative wireless communication system, and the proposed algorithms can improve performances by achieving the cooperative gain and taking full advantage of the cross-layer design. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

QoS-guaranteed multi-relay selection and power allocation optimization in cooperative systems

This paper investigates the relay selection and power allocation problem in multi-user based cooperative networks, where intermediate relay nodes help source forward information to destination using decode-and-forward (DF) relaying protocol. Specifically, we propose a novel multi-relay nodes selection strategy taking both instantaneous channel state information (I-CSI) and residual energy into consideration, by which 'emergence' diversity gain can be achieved and the imbalance of resource utilization can be overcome. Besides, using Largangian dual-primal decomposition and subgradient projection approach, an optimal power allocation algorithm at source and cooperative relay nodes is presented with the constraints of each user's individual quality of service (QoS) requirements and system total transmit power. Theoretical analysis and simulation results demonstrate that the proposed scheme can significantly improve energy efficiency, while guaranteeing a good balance between achievable data rate and average network lifetime with relatively low implementation complexity.     

多中继合作通信系统的功率分配研究

针对功率分配对于多中继系统的重要性,对混合转发多中继合作系统的功率分配进行了研究,提出了基于等效信噪比最大化的最优功率分配方案。仿真结果表明:合作伙伴的增加对于系统等效信噪比有积极的影响,但不是随着中继数目的增加无限地改善。在多中继混合转发合作系统中,最优的功率分配对于多中继合作系统的性能有很大的改善。     

OFDM双向中继协作系统的资源分配策略

为了提高基于正交频分复用(OFDM)双向多中继协作通信系统的能量效率,降低发射总功率,提出了一种低能耗的无线资源优化分配方案.首先提出一种信道增益调和平均数排序算法完成子载波匹配与最优中继选择,然后从固定的比特速率出发,在保证一定误比特率的前提下,利用拉格朗日法和Fischer算法对各个子载波进行比特优化分配,进一步提升系统能效.仿真结果表明,相比于现有的策略,所提出的资源分配方案明显提升了系统的能量效率.     

无线协作网络中基于数据传输需求的分布式功率控制

在未来无线通信网络中,协作通信的性能依赖于通信资源的有效分配,比如中继选择和功率控制等.在本文中,我们建议了一个分布式买者和卖者博弈理论框架,以满足用户链路质量需求为基础,解决多用户协作通信中最优化中继选择和功率控制.本文联合考虑了源节点和中继节点的功率分配,进而优化源节点和中继节点的收益.这里提出的方法不仅有助于源节点找到相对位置较好的中继节点以及在源和中继之间进行最优化功率分配从而最小化源节点的支付,而且有助于相互竞争的中继节点提供优化的价格以最大化它们各自的收益.此外,这里的优化价格可以仅由局部信道状态信息和其他节点的能量价格决定.如果获得的中继节点总数增加,全网的能量消耗会更低.     

Power allocation-Assisted secrecy analysis for NOMA enabled cooperative network under multiple eavesdroppers

In this work, the secrecy of a typical wireless cooperative dual-hop non-orthogonal multiple access (NOMA)-enabled decode-and-forward (DF) relay network is investigated with the impact of collaborative and non-collaborative eavesdropping. The system model consists of a source that broadcasts the multiplexed signal to two NOMA users via a DF relay, and information security against the eavesdropper nodes is provided by a helpful jammer. The performance metric is secrecy rate and ergodic secrecy capacity is approximated analytically. In addition, a differential evolution algorithm-based power allocation scheme is proposed to find the optimal power allocation factors for relay, jammer, and NOMA users by employing different jamming schemes. Furthermore, the secrecy rate analysis is validated at the NOMA users by adopting different jamming schemes such as without jamming (WJ) or conventional relaying, jamming (J), and with control jamming (CJ). Simulation results demonstrate the superiority of CJ over the J and WJ schemes. Finally, the proposed power allocation outperforms the fixed power allocation under all conditions considered in this work.     

Two-way中继系统协作节点选择及功率分配策略

为了提高Two-way中继系统总速率,该文提出了一种Two-way AF中继系统的双向中继选择(BRS)策略,该策略通过联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,实现了最优中继选择。进一步,在最优中继基础上提出了Two-way中继系统两种优化功率分配策略:(1)基于凸优化的功率分配策略(OPA-CO);(2)基于信道增益差异的优化功率分配策略(OPA-DCG)。方案(1)提出了总功率受限的条件下最大化Two-way中继系统总速率的优化模型;方案(2)通过考虑链路之间信道增益的不同,提出了一种速率增量最大化的数学优化模型,为降低求解凸优化模型的复杂度,采用一种迭代功率分配算法求解上述优化模型。仿真结果证明两种策略均能提高系统总速率。     

无线协作网络中的最优中继选择方案及中断概率分析

从物理层安全的角度出发,在含有协作中继的通信网络中,通过选择最优中继来传递信息可有效提升系统性能。讨论了在含有多个单天线窃听用户的多中继通信系统中对最优中继的选择方案,并对系统采用放大转发（amplify-and-forward,AF）协议和解码转发（decode-and-forward,DF）协议这两种不同的情况分别进行了讨论和比较,同时还对比了不含中继的直接传输情况。理论分析和仿真结果表明,最优中继选择方案可有效保障系统的安全性能。