基于短包通信选择中继辅助的全双工双向系统信息新鲜度分析

针对日益复杂的通信场景和日渐稀缺的频谱资源,以及信息新鲜度极其重要的现状。本文结合全双工（Full duplex,FD）、双向中继等技术,并基于短数据包传输（Short packet communication,SPC）,构建一个选择中继辅助的全双工双向（Full duplex two-way,FDTW）模型。采用信息年龄（Age of Information,AoI）作为度量信息新鲜度的性能指标,为了深入研究中继辅助链路在此类模型中对AoI所带来的性能增益,同时考虑直连链路、中继辅助链路与中继的工作状态,设计三种传输方案：无中继辅助（Non relay-assisted,NRA）方案、放大转发中继辅助（Amplify-and-forward relay-assisted,AFRA）方案、解码转发中继辅助（Decode-and-forward relay-assisted,DFRA）方案。利用短包传输理论对每种方案下目的节点接收数据包的平均包错误率公式进行建模;利用图形分解法求解在每种方案下的平均信息年龄（Average Age of Information,AAoI）。其中在考虑中继辅助的方案中,AoI的演变较复杂,因此借助马尔可夫链进一步求解,这是对复杂传输情况下利用图形分解法求AoI方法的进一步补充。在仿真部分依据直连链路和中继辅助链路的相对状态进行分类讨论,结果表明,在直连链路信道状态相对较差时,中继辅助对AAoI的降低明显,最佳AAoI在AFRA方案下C为220 bits左右获得,可降低8.33%,在所考虑情况下由于数据包长度对误包率的影响,在数据包长度较小时,DFRA方案获得更优的AAoI,在数据包长度超过160~180 bits时,AFRA方案则获得更优的AAoI,同时随着直连链路状态不断变好,整体AAoI也会降低。     

能量收集双向中继网络的中继选择和功率分配

结合能量收集技术,研究了放大转发双向中继网络的系统性能。基于双向中继系统中的两个端到端信噪比平衡准则,推导出了单中继选择情况下信源最优的功率分配方案和中继最优的能量收集比例。仿真结果证明所提方法能够实现最好的系统性能。通过比较发现,能量收集双向中继网络比传统双向中继网络能够实现更高的传输速率。     

能量收集双向中继网络的高能效联合中继选择和功率分配算法

为了实现双向中继系统在满足传输速率要求时的最小功率消耗,基于功率分割中继协议,在完美和非完美的信道估计两种不同的情况下,提出了能量收集双向中继网络的高能效联合中继选择和功率分配算法,得到了两个信源的最优功率分配和中继节点最优的能量收集比例.仿真结果表明,信道估计误差会增加系统的功率消耗;与传统双向中继比较发现,能量收集双向中继能够实现更少的系统功率消耗.     

能量收集认知多跳中继网络中断性能分析及优化

针对能量收集认知无线网络中的多跳中继传输问题,该文构建了一种新的具有主网络干扰的功率信标(PB)辅助能量收集认知多跳中继网络模型,并提出单向传输方案。在干扰链路统计信道状态信息场景下,推导了次网络精确和渐近总中断概率闭合式。针对精确总中断概率表达式的复杂性和非凸性,采用自适应混沌粒子群优化(ACPSO)算法对次网络总中断性能进行优化。仿真结果表明,PB功率、干扰约束、次网络跳数、能量收集比率、主接收端数目和信道容量阈值等参数对中断性能影响显著,所提算法能快速和有效地对网络中断性能进行优化。     

能量收集认知多跳中继网络中断性能分析及优化

针对能量收集认知无线网络中的多跳中继传输问题,该文构建了一种新的具有主网络干扰的功率信标(PB)辅助能量收集认知多跳中继网络模型,并提出单向传输方案.在干扰链路统计信道状态信息场景下,推导了次网络精确和渐近总中断概率闭合式.针对精确总中断概率表达式的复杂性和非凸性,采用自适应混沌粒子群优化(ACPSO)算法对次网络总中断性能进行优化.仿真结果表明,PB功率、干扰约束、次网络跳数、能量收集比率、主接收端数目和信道容量阈值等参数对中断性能影响显著,所提算法能快速和有效地对网络中断性能进行优化.     

认知物联网短包通信中双向中继系统的信息年龄分析

未来认知物联网(IoT)将存在大量用于监控的时间敏感类短包信息。针对认知物联网短包通信场景,该文分析了认知次用户对在双向中继短包通信系统中的信息新鲜度。该文采用信息年龄(AoI)作为衡量信息新鲜度的性能指标。根据短包通信理论,该文推导出系统的误包率和平均峰值AoI(PAoI)表达式,并得出了系统在高信噪比情况下的表达式。在此基础上,考虑认知物联网短包通信中频谱检测性能的非理想,采用交替迭代优化算法对感知包长和传输包长进行联合优化以最小化PAoI加权和。仿真结果验证了理论分析的正确性。该研究发现,对于双向中继系统次用户对的PAoI加权和,感知包长和传输包长存在折中关系,该文所采用的交替迭代优化算法能够有效提升系统PAoI性能。     

基于射频能量收集的无线中继网络资源分配

针对现有射频能量收集网络资源分配研究局限于单个数据源场景,无法适配于多数据源网络的问题,提出了一种适用于多数据源场景的射频能量收集中继网络传输协议框架,在该框架内节点可作为源节点或中继节点传输自身数据或转发数据,并在其他节点的数据传输过程中完成射频能量收集.以协议框架为基础,分别以系统吞吐量及用户公平性为优化目标设计两种资源分配方案.仿真表明,两种方案可有效改善网络吞吐量及资源分配公平性.     

能量收集全双工中继网络中的中继策略研究

本文针对双跳全双工多中继系统,研究了在中继节点能量受限情况下的中继选择方案。在该文中,中继工作方式为放大转发（Amplify-and-Forward, AF）,且中继通过收集源节点提供的能量来对源节点信息进行转发。整个通信过程分为两阶段,能量收集阶段与信息传输阶段,即采用的是时域分割方案。为了获得较好的性能与复杂度折中,本文分别研究了三种不同的中继选择策略,即最佳中继选择方案和两种次优中继选择方案。针对所提的三种方案,推导分析了其系统中断概率的理论值和下边界,以及系统的有效吞吐量。最后,利用蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性,且仿真结果表明最佳中继选择方案的性能优于两种次优的中继选择方案,但其实现的复杂度高。      

能量收集多跳D2D无线传感网络中的中继选择算法

针对无线功率传输技术的能量收集效率有限造成信噪比下降进而引发通信中断率增加的问题,在能量收集多跳D2D(Device to Device)无线传感网络中,提出一种基于改进K-means聚类的中继选择方法。首先,推导得到能量收集下的信噪比因子,使其作为K-means聚类特征。然后,利用最小欧氏距离原则得到距离聚类中心最近的实际节点的位置。最后,根据距离重排序得到中继节点,形成从源节点到目的节点的通信链路。仿真实验结果表明,相比最短路径算法和随机中继协作方案,所提出的改进算法链路信噪比更大,能够减小通信中断率,具有更好的中继性能。     

认知无线电网络基于D-OFDM的中继选择算法

认知无线电技术能有效提高频谱利用率,而协作中继是解决信号在无线媒介中消失问题的关键技术。文章基于认知无线电网络,通过创建协作表,提出了一种利用协作中继提高频谱利用率和数据传输速率的中继选择算法。其中的协作表包括信道增益、信道可用率和认知节点的不同频谱。该算法通过选择合适的中继节点以最大化源节点的传输速率。仿真结果表明了该中继选择算法的有效性。     

分布式双向中继选择算法及用户功率分配

针对放大转发的瑞利双向中继信道的节点选择问题,提出了基于部分信道信息的分布式双向中继选择算法。算法通过计算双向链路的接收信噪比,推导出满足目标接收信噪比的转发阈值,各中继节点根据该阈值决定是否参与转发,从而实现分布式选择。此外,考虑用户总功率受限的情况,在分布式中继选择基础上提出了优化功率分配策略,使双向信道的接收信噪比更加接近。仿真结果表明,分布式中继选择算法与最优多中继算法的系统传输速率相似,计算复杂度大大降低,尤其是在中继数目增大的情况下更加明显。优化功率分配策略能进一步提高系统能量效率,在相同性能下可节省7%左右的功率。     

协作通信系统的中继选择算法研究

协作通信作为一种新颖的无线通信技术,它的主要思想是通过中继节点参与协作传输,在目的端获得两个或者多个在空间上独立的信号样本,实现空间分集,获得分集增益.因此如何合理选择中继节点成为协作通信的关键问题之一.本文在协作通信模型及原理的基础上,对基于信道状态信息的中继选择算法进行了介绍,并对具体的选择算法的性能进行了仿真.     

衰落信道下基于中继选择与功率控制的节能协作通信

In order to save energy and make more efficient use of wireless channel, this article puts forward an energy saving cooperative relaying scheme which actuates the cooperative transmission only when the feedback from the destination indicates failure of the direct transmission. The proposed scheme selects the optimal relay and its corresponding transmission power in each time slot based on channel condition and residual energy with the objective of minimizing energy consumption and extending network lifetime. In the study, the finitestate Markov channel model is used to characterize the correlation structure of channel fading in wireless networks, and the procedure of relay selection and transmission power decision is formulated as a Markov decision process. Numerical and simulation results show that the proposed scheme consumes less energy and prolongs the network lifetime.     

Energy-efficient joint relay node selection and power allocation over multihop relaying cellular networks toward LTE-Advanced

Cooperative relaying is emerging as an effective technology to fulfill requirements on high data rate coverage in next-generation cellular networks,like long term evolution-advanced (LTE-Advanced).In this paper,we propose a distributed joint relay node (RN) selection and power allocation scheme over multihop relaying cellular networks toward LTE-Advanced,taking both the wireless channel state and RNs’ residual energy into consideration.We formulate the multihop relaying cellular network as a restless bandit system.The first-order finite-state Markov chain is used to characterize the time-varying channel and residual energy state transitions.With this stochastic optimization formulation,the optimal policy has indexability property that dramatically reduces the computational complexity.Simulation results demonstrate that the proposed scheme can efficiently enhance the expected system reward,compared with other existing algorithms.     

无人机辅助的反向散射通信系统安全容量优化

反向散射通信技术具有低成本、低功耗等特点,可以广泛应用于大规模物联网中。物联网的传感器分布广泛,有些偏僻区域移动网络无法覆盖,在无线网络中引入无人机可以改善网络覆盖性能,提高频谱利用率。由于无线通信信号容易被窃听,用户的信息会被泄露,因此本文针对无人机辅助反向散射通信系统的安全问题,提出了能量采集与反向散射通信安全容量的联合优化算法。在能量和反向散射通信的安全性能约束条件下,构建了最小反向散射安全容量最大化的优化问题。由于该优化问题为非凸优化问题,因此本文采用块坐标下降算法（Block Coordinate Descent,BCD）的全局迭代算法进行求解,将原优化问题分解为三个优化子问题。对于时间分配子问题,采用线性规划进行求解。对于非凸无人机轨迹优化子问题,首先利用变量替换对该子问题进行简化。随后利用连续凸逼近法（Successive Convex Approximation, SCA）进行求解。对于非凸的地面用户调度子问题,由于待求解的优化变量是整数变量,因此采用分支定界法进行求解。最后通过全局迭代分别获得时间分配、无人机轨迹以及地面反向散射设备调度的全局最优解。仿真结果表明,本文算法具有较好的收敛性,并且与列举的其余两种参考算法相比,本文提出的算法性能更好,可以有效地提高系统的安全容量。     

跨小区多跳中继协作通信的无线通信能效优化 *

针对蜂窝网中某一基站处于体眠状态时引起各用户的通信中断问题,提出利用中继协作通信实现跨小区多跳通信的迭代中继选择算法.该算法是在有多个中继节点可为目的节点提供协作中继时,将源节点到目的节点的数据传输分为3个连续时隙,选择满足目的节点信噪比最大化的中继,以协作效率为依据删除协作效率最小的中继节点,从而逐次优化中继选择结果.仿真结果表明,该算法在跨小区多跳的通信过程中,能选择出协作效率最高的中继节点,减少协作中继的数量,可以减少中继对能源不必要的消耗,改善小区内中继协作效率,在多跳的过程中节省源节点的发射功率,从而达到能效优化的目的.