无线传感器网络中抑制干扰的中继节点选择算法

当无线传感器网络中存在多个源节点时,某个源节点向目标基站发射信号,其形成波束的旁瓣会对其它非目标基站产生干扰.针对该问题,提出一种利用中继节点选择来抑制旁瓣干扰的算法.该算法选择合适的中继节点,让所有非目标基站接收到信号的干噪比(INR)都不超过设定的阈值,从而减少对非目标基站的干扰.仿真结果表明:该算法能够有效降低源节点在非目标节点方向上的旁瓣,提高了系统的信干噪比(SINR).     

同步协作中继系统的波束形成通信方案的设计*

从多输入多输出（multiple-input and multiple-output,MIMO）系统所设计的Alamouti码中得到启发,针对在无线协同信道之上的同步协作中继系统提出了一种新的通信方案。为了在大中断率和低成对误码率(PEP)的情况下能有效地传送信号,源天线采用功率分配波束形成技术,中继节点采用放大转发(amplify and forward,AF)技术。研究和仿真表明,对给定效率R,所提出的模型与以前的通信方案尤其是广播通信模型相比,在中断率和成对误码率上都有明显的改善。这一发现可能会对未     

无线中继网络中基于方向天线的MAC协议

无线中继网络是指网络中的节点互相通信成为中继节点之间,中继节点之间距离很近可以形成协作分集,该文对这种网络进行了研究,引入多天线技术(MIMO)中的波束成型技术来消除信道间干扰,实现并行传输数据,分析了协作传输策略,结合协作传输策略对中继节点的功率分配进行了优化,基于合协作传输策略设计了一种基于方向天线的MAC协议.经过分析和实验仿真,基于MIMO波束成型的协作传输方法在相同情况下比其它的方法增加15％以上的信道容量.     

多源分布式协作空时网络编码系统的设计

为改善传统空时编码协作方案中节点功率消耗过高和传输效率较低的问题,在多信源、单中继协作网络中提出一种新的空时网络编码方案。该方案利用中继节点的多天线优势实现接收分集,并在中继节点设计空时网络编码,再按照编码矩阵特点转发信号到目的节点。仿真验证了信源数、中继天线数不同时的系统性能,并分析了传统空时编码协作方案与提出方案的性能差距和传输效率,得出该方案是一种易于实现,性能良好的高效无线数据传输方式的结论。     

多源多中继协作网络上行联合波束成形

在上行多用户中继网络中,针对中继协作波束成形与多天线基站联合优化的问题,本文提出了两种不同的但是具有一定相关性的设计方法。在第一种方法中,考虑在接收端SINR约束的情况下,使中继节点总功率最小化;在第二种方法中,研究在中继节点满足一定功率约束的情况下,使接收端SINR最大化。研究发现,基站线性接收器的最优权值矩阵决定于中继节点加权向量,进而可将多变量优化的复杂问题转化为单一变量优化问题。原问题进而可转化为半正定规划问题,可以用内点法方便的解决。仿真结果表明,与通过迭代运用凸优化求多向量的方法相比,该方法性能更优。     

基于DNA遗传优化的正交小波常模盲均衡算法

在上行多用户中继网络中,针对中继协作波束成形与多天线基站联合优化的问题,本文提出了两种不同的但是具有一定相关性的设计方法。在第一种方法中,考虑在接收端SINR约束的情况下,使中继节点总功率最小化;在第二种方法中,研究在中继节点满足一定功率约束的情况下,使接收端SINR最大化。研究发现,基站线性接收器的最优权值矩阵决定于中继节点加权向量,进而可将多变量优化的复杂问题转化为单一变量优化问题。原问题进而可转化为半正定规划问题,可以用内点法方便的解决。仿真结果表明,与通过迭代运用凸优化求多向量的方法相比,该方法性能更优。     

天线多中继系统中分布式预编码方案的研究

在天线多中继系统优化问题的研究中,一般多中继系统源节点到中继和中继到目的节点的两个阶段的信道矩阵必须与其它中继节点共享,将使得系统开销增大。针对以上问题,提出了一种中继节点之间信道状态信息(CSI)连续共享方案。在源节点发送过来的CSI中,不是采用传统的以广播方式发包给所有中继,而是根据相位信息与中继节点矩阵的匹配,通过中继发送到目的节点。在中继节点处设计一种多用户分布式预编码方案,以改善和平衡目的节点接收信号的功率,使接收机实现相干合成,完成系统优化设计。仿真表明,提出的编码方案提高了系统容量,降低了编码复杂度,缓解了多入多出多中继系统中多路信号之间的干扰,提高系统的频谱效率,能很好地适用于多中继系统中。     

多中继混合转发协作传输策略研究

为了优化多中继协作通信系统的性能,提出了一种多中继混合转发协作传输策略(Multiple-Relay Hybrid-Forwarding Cooperative Transmission Scheme,MRHF-CTS)。该策略考虑多中继协作通信系统中的译码转发与放大转发以及两种转发方式带来的性能缺陷,根据协作中继节点接收信号的译码结果选择转发方式,同时引入协作中继节点之间数据来传输对系统性能的增益。对系统中断概率性能进行了推导与分析,结果表明,该策略在消除放大转发策略噪声累积的基础上,能够有效抑制协作中继节点错误检测译码转发给系统带来的不利影响,明显提升系统性能;在大信噪比情况下,可获得多中继译码转发协作通信系统的最佳性能。     

一种全双工认知中继网络中实现能量高效的安全传输方法

在“绿色”安全通信背景下,提出了一种保证同时同频全双工认知中继网络物理层安全、不影响主用户性能且能量高效的中继簇功率分配方案,该网络包含两个认知源节点、多个认知中继节点、多个主用户节点以及多个主用户窃听节点。在考虑了自干扰消除率以及中继转发信息的公平性的基础上,分别针对中继节点选择放大转发与译码转发策略的情形,设计协作波束成形向量及人工噪声矩阵,并通过一种结合半定松弛技术的爬山算法来获取最优解。仿真结果与理论分析表明了方案的有效性与合理性,同时表明选择放大转发策略能够获取更高的总能量效率。     

面向多层异构网的最大和谐均值用户对级联方案

针对中继异构网中基站负载不均衡的问题,提出一种中继协作的多层异构网用户对级联方案,以实现最佳用户对级联(UPA)。在中继协作异构网中,利用等效的端到端偏置接收功率为每层中一个特定的移动用户对定义最佳中继,基于此给出最大和谐均值用户对级联(MHM-UPA)准则,并假设所有网络元素的位置建模为独立泊松点过程,通过随机几何分析方法推导相应的UPA概率以及统计描述。分析结果表明,该方案充分考虑了中继系统中两跳的联合影响,能够有效克服双跳中继系统的瓶颈效应,改善系统性能。     

Underlaid-D2D-assisted cooperative multicast based on social networks

In this paper, device-to-device (D2D) communication is integrated into cooperative multicast to elevate the multicast transmission rate from base station to users. To this end, a new optimization problem, aiming to maximize the overall cooperative multicast rate, is formulated with two essential features 1) D2D communication is exploited to accomplish the data forwarding in the second phase of cooperative multicast, which overcomes the performance bottleneck that time resource has to be bisected for original relay forwarding in conventional cooperative multicast. 2) Social tiers are also taken into account for relay user selection, which can be viewed as a kind of incentive mechanism to enable D2D communication. To solve the problem efficiently, a two-step scheme is presented, in which relay user selection by joint leveraging channel gains and social connections, and power allocation by quantum-behaved particle swarm optimization (QPSO), are carried out sequentially. Numerical simulations show that the proposed social network-based D2D-assisted cooperative multicast scheme performs well, and the performance gap between the proposed power allocation algorithm and upper bound could be limited within 5 % when the system is not heavily loaded. The performance gain over traditional cooperative multicast can reach up to 85 %.     

Cognitive radio inspired NOMA with SWIPT for green multicasting in next generation wireless networks

This paper investigates an application of simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) in a cognitive radio (CR) inspired non-orthogonal multiple access (NOMA) framework with an aim to support simultaneous multicast services of delay sensitive traffic to a high priority multicast group and a low priority multicast group, modeled as primary user (PU) and secondary user (SU) respectively. A cooperative NOMA protocol is proposed where the nodes in the SU multicast group (SU-MG), located in between a common base station (BS) and the PU multicast group (PU-MG), act as relays. As an incentive, a provision is made such that the BS could support exclusive downlink transmission to the SU-MG. In view of the challenge of supporting sustainable network operation with their limited battery power, the SU relays are equipped with requisite harvesting hardware to harvest energy from the NOMA signal transmitted by the BS, using the principle of SWIPT. Closed form expressions of outage probabilities of PU-MG and SU-MG and their approximations under high SNR regime are derived to characterize the performance of the proposed protocol. Furthermore, allocation of exclusive time interval to SU-MG and power sharing of NOMA signal are optimized jointly with an aim to minimize the outage probability of SU-MG under the outage constraint of PU-MG. Simulation results are presented to validate the accuracy of the analytical expressions. Results highlight that proposed scheme performs much better in terms of energy efficiency of PU-MG as compared to that of traditional orthogonal multiple access and non-cooperative NOMA, both without SWIPT.     

Multiple frequency reuse schemes in the two-hop IEEE 802.16j wireless relay networks with asymmetrical topology

In this paper, throughput performance of the access links (i.e., base station to mobile station and relay station to mobile station) is analyzed for the two-hop IEEE 802.16j wireless relay networks with asymmetrical topology. In specific, three frequency reuse schemes are proposed to improve the spectrum efficiency of the access links: (1) an isolation band based frequency reuse scheme (IBFRS) which introduces an isolation band surrounding each relay station (RS) cluster (i.e, a separate RS or several adjacent RSs) so that the throughput of the access link can be improved by allowing frequency reuse between RSs and the base station (BS); (2) the dynamic frequency power partition (DFPP) scheme for reusing the frequency among RSs; (3) the selective reuse (SR) scheme for the RSs to further selectively reuse the frequency in the isolation band according to the interference measurement. Comprehensive simulation shows that by applying the proposed IBFRS+DFPP+SR, the throughput of the access link can be significantly improved.     

基于放大转发和协作拥塞的窄带物联网物理层安全技术研究

基于蜂窝的窄带物联网NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)技术发展迅猛,随着节点数目的急剧增加及窄带无线网络的开放性,其安全问题面临严重的挑战.针对NB-IoT的不可信或窃听节点会带来严重安全威胁的问题,利用其上下行信道状态可知和半双工的特性,提出利用中继节点地放大转发、协作拥塞及联合协作保障物理层安全.放大转发节点对源信号进行放大和转发,协作拥塞节点发射干扰信号,调整波束赋形因子和功率使干扰到达目的节点为零而到达窃听者非零.仿真表明,中继节点所带来的分集增益能显著改善接收节点的信号质量,提升5倍安全容量,在不需要加密算法的情况下,确保窃听者无法获取有用信息,保证信息传输的安全.安全容量是指合法接收端可以正确接收,而窃听者即无法获取信息的最大可达通信速率.     

MIMO双向中继的最优波束形成滤波器的设计

在多用户MIMO (multiple-input multiple-output)放大转发中继通信网络中,针对双向中继的传输特点,采用最小和归一化均方误差(SNMSE)准则设计了一种新的中继最优波束形成滤波器,并将OFDM (orthogonalfrequency division multiplexing)技术与所提的SDMA (space division multiple access)策略相结合,通过充分利用频率分集和空间分集来提高系统性能.仿真结果表明,所提出的双向中继策略在系统和速率和误比特率性能上显著优于其它中继策略.     

一种新的混沌扩频序列优选算法

混沌序列因其相关性好、对初值敏感、保密性强等特性成为直序码分多址(DS/CDMA)系统中性能较好的一种扩频码。为了提高DS/CDMA系统保密性、降低多址干扰,改进混沌序列的传统优选算法,研究混沌互相关优选,提出一种新的混沌扩频序列互相关优选算法,对所得的优选序列进行性能仿真比较。结果表明,该算法能提供较大的系统容量且抗多址干扰能力强。     

慢衰落信道环境下中继节点的优化选择方案

在协同通信技术中,中继节点的选择是一个重要的研究方向。在以往的文献中,只考虑了单径信道下的中继节点选择,而在实际情况下,通信信道是多径衰落的。为此,提出了一种多径慢衰落信道环境下的最优中继的选择方案。实验结果显示,利用此方案选出的最优中继节点往往不是传统的只考虑单径情况下所选出的最优中继节点。因此,所提出的方案更符合协同通信中的实际情况,并可在较大程度上提高系统的性能。     

一种用于协作通信系统的频率同步算法

在协作通信领域中频率同步已成为研究的焦点之一。由于其系统特性,载波频率偏移（Carrier Frequency Offset,CFO）普遍存在。考虑了协作通信系统中的多频偏估计问题,提出了一种新的用于协作通信系统的频率同步算法ECR,通过中继节点在转发前进行频率再补偿,使得中继节点转发的信号的发送频率均与源节点的发送频率保持一致,继而目的节点的频率同步问题得以简化,同时系统不会随着中继节点的增多而变得复杂。仿真结果表明,所提出的同步方法在协作通信系统中可以取得较好的系统性能。