协同通信中双向多中继网络的中断概率分析

针对频率非选择性瑞利衰落信道条件下,研究了双向多中继协同通信系统的中断概率性能.首先基于模型的信号传输过程分析了系统的信道容量.然后根据单条链路接收信噪比的累积分布函数,推导了系统中断概率的闭合上界表达式;根据接收端采取最大比合并时的接收信噪比最大,计算了信噪比最大时的概率密度函数,推导了系统中断概率的闭合下界表达式.最后,结合具体的数值仿真对不同参数下的系统中断概率分别进行了详细的分析比较.仿真实验验证了理论推导的结果,并且还表明了双向多中继模型的中断概率优于双向单中继模型.     

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。     

多中继AF协作系统功率分配研究

功率分配是协作通信中一个重要的研究方向,文章分析了放大转发（AF）协作方式下,基于正交信道的多协作中继系统模型,在此基础上推导了系统中断概率。并以最小化系统中断概率为目标,给出系统功率分配约束表达式,进一步分析了功率分配与中继节点位置的关系,计算求得单中继和两中继情况系统最优功率分配系数。系统仿真表明最优功率分配相对常规的等功率分配,系统性能明显提升。     

空时协作系统的中断概率分析和功率分配研究

提出了选择中继协议下最小化系统中断概率的最优功率分配方案,并给出了最佳功率分配的闭式解。根据协作节点间是否存在交互信息,分别通过对系统中断概率的分析,推出了高信噪比下中断概率的理论界。基于理论界,在功率受限情况下,通过拉格朗日乘数法,得到最优功率分配的闭合解。仿真结果表明,所推理论界在高信噪比下与仿真值近似相等,最优功率分配点的系统性能也要优于其它功率分配点。     

协同通信系统中基于遍历容量的近似最优功率分配

传统半双工放大转发(AF)协同通信无论信道状态如何,总是采用协同通信模式,在一定程度上降低了系统自由度的利用率.基于此研究了"何时协同"与最优发送功率分配的问题.首先给出了AF系统的遍历容量表达式及其上界;然后以遍历容量上界为代价函数,提出一种适用于AF系统的近似最优功率分配方案(AOPA),通过比较源-目的端与中继-目的端的统计信道增益来判定是否需要采用协同通信模式;最后,还分析了在中继端按随机方向模型移动时AOPA方案的性能.理论分析和仿真结果表明,AOPA方案在系统容量和误码差错性能上均要优于等功率EPA方案.     

多用户认知非正交多址接入系统中断性能分析及功率分配算法

非正交多址接入(NOMA)是5G网络关键候选技术之一,其与认知无线电(CR)技术相结合形成系统(CR-NOMA),能够实现更高的频谱效率及更大的吞吐量。该文将直传与中继协同传输(CDRT)方案引入多用户CR-NOMA系统,其中CDRT表示次级源(SS)直接与近端次级用户通信,而仅通过中继(R)与多个远端次级用户通信。在非理想自干扰消除和全双工(FD)中继情况下,推导了每个NOMA用户中断概率(OP)的精确闭式表达。此外,在该系统模型下分析SS, R和用户的收益最优化问题,提出一种基于收益的两阶段迭代功率分配算法。仿真结果显示,在高信噪比(30 dB)条件下,与随机功率分配及平均功率分配方案相比,该文所提算法的用户和速率、SS总收益、R总收益分别可最高提升13%, 56%及26%。蒙特卡罗仿真验证了理论分析与实验结果的一致性。     

非对称信道下协作通信系统中断概率的研究

首先建立了非对称信道下协作系统的数学模型,考虑了源节点到目的节点的直通链路,利用特征函数法推导出协作系统的平均中断概率公式,通过仿真验证了该中断概率公式的精确性,理论和仿真都表明协作系统的中断概率和中继节点的个数、位置分布以及协作系统的功率分配因子有着密切关系,并且考虑源到目的节点的直通链路相对于不考虑直通链路的情况具有更高的性能增益;然后又在此公式基础卜就协作系统中继节点的位置分布对最优功率分配因子的影响进行了仿真分析,并指出协作系统的最优功率分配因子受制于中继节点的位置分布情况.     

DF协同通信网络两种机会中继选择策略研究

本文针对DF协同通信网络,对两种机会中继选择策略的系统中继概率和复杂度进行了分析,其一是分布式机会中继,通过引入定时器,由各个中继节点根据本地信道状态信息竞争选出最佳中继,其二是集中式机会中继,由目的节点选择候选中继集合中瞬时信噪比最大的节点作为最佳中继。仿真结果表明,集中式机会中继的中断概率性能在高sNR时略优于分布式机会中继策略,但其复杂度和系统开销较高。     

协同通信中一种基于期望SNR最大的功率分配方案

协同通信是一种新的空间分集技术,而功率分配技术直接影响了协同通信的有效性和可靠性。针对这个问题,给出了一种AF中继转发模式下分布式空时码协同通信系统,讨论了基于期望信噪比最大情况下的功率分配方案,并且基于该框架分析了通信系统的性能,并得出其性能与采用满分集分布式空时码时的性能一致。     

协作通信系统的功率分配策略研究

在无线通信中,为了对抗信道衰落,人们提出了分集技术。协作分集通过共享资源达到改善通信质量、提高通信性能的目的。研究了放大转发协作通信系统中的功率分配策略。对于协作通信系统的功率分配研究了3种方法:迭代法,直接计算法,理想的穷搜索法。研究表明,迭代法是最佳方案,因为这种方法的迭代次数可以人为控制,而且性能与理想的穷搜索法相差不大。     

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.     

Joint TAS and power allocation for DF relaying M2M cooperative system

The outage probability (OP) performance of transmit antenna selection (TAS) in a decode-and-forward relaying mobile-to-mobile system with relay selection over N-Nakagami fading channels is investigated. Exact closed-form expressions for the OP of two TAS schemes are derived, and the optimal power allocation optimisation problem is formulated. The OP performance is evaluated via Monte Carlo simulation to verify the analysis. The results obtained show that the optimal TAS scheme has better performance than the suboptimal TAS scheme, but the performance gap between these techniques decreases as the number of source antennas increases.     

OFDMA协同通信系统子载波和功率联合分配算法

针对OFDMA协同通信系统资源分配仅考虑平均功率下的子载波分配,中继存在未用功率情况,研究子载波分配后中继剩余功率分配问题。提出一种既满足业务QoS需求又兼顾用户间公平性的子载波和功率联合分配算法,并设计一种基于二分法的功率注水分配方案。测试表明,该算法能在满足业务QoS需求及用户公平性的同时,提升系统容量。     

Outage probability of cooperative relay networks in Nakagami-m fading channels

It is well known that the cooperation among nodes can improve the performance of a wireless network. In this letter we analyze the outage probability behaviour of a relay network in Nakagami-m fading channels. A closed-form solution for the outage probability is derived. When m=1, the results are applicable for Rayleigh fading. Computer simulations confirm the presented mathematical analysis     

Joint power allocation and relay selection for decode-and-forward cooperative relay in secure communication

In this paper, we investigate the cooperative strategy with total power constraint in decode-and-forward (DF) relaying scenario, in the presence of an eavesdropper. Due to the difference of channel for each source-relay link, not all relay nodes have constructive impacts on the achievable secrecy rate. Besides, the final achieved secrecy rate depends on both source-relay and relay-destination links in DF relaying scenario. Therefore, the principal question here is how to select cooperative strategy among relays with proper power allocation to maximize the secrecy rate. Three strategies are considered in this paper. First, we investigate the cooperative jamming (CJ) strategy, where one relay with achieved target transmission rate is selected as a conventional relay forwarding signal, and remaining relays generate artificial noise via CJ strategy to disrupt the eavesdropper. Two CJ schemes with closed-form solutions, optimal cooperative jamming (OCJ) and null space cooperative jamming (NSCJ), are proposed. With these solutions, the corresponding power allocation is formulated as a geometric programming (GP) problem and solved efficiently by convex programming technique. Then, to exploit the cooperative diversity, we investigate the cooperative relaying (CR) strategy. An iterative algorithm using semi-definite programming (SDP) and GP together with bisection search method is proposed to optimize the cooperative relaying weight and power allocated to the source and relays. Furthermore, to exploit the advantages of both CR and CJ, we propose an adaptive strategy to enhance the security. Simulation results demonstrate that the efficiency of the proposed cooperative strategies in terms of secrecy rate.