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。     

多天线Rayleigh衰落相关信道的平均信道容量

研究了空间衰落相关的Rayleigh信道的平均信道容量,其发射端和接收端均采用多天线系统.在实际情况中,接收端有理想的信道状态信息,而发射端没有任何信道信息,因此在各发射天线上采用等功率分配进行发射.本文推导了具有2根发射天线和多根接收天线（TIMO）衰落相关信道的平均信道容量,将其和Monte-Carlo仿真结果比较,并进一步研究空间相关性对信道容量的影响.数值结果表明：信道的空间相关性降低了平均信道容量,而且不同于多入单出（MISO）信道,当信噪比一直增大,由相关性带来的容量损失也增大且不收敛.     

非理想CSI下全双工双向中继网络安全性能研究

针对目前物理层安全研究大多未考虑信道估计误差对安全性能的影响,研究基于非理想信道状态信息（Channel State Information,CSI）的全双工双向中继网络安全性能。假设系统中用户之间没有直连链路,且无法获取CSI;采用最优中继选择方案,选取最优中继将信号进行解码转发至目的端;根据最大最小原则推导出系统安全容量和保密中断概率（Secrecy Outage Probability,SOP）的表达式,进一步分析影响系统保密性能的主要因素,并对比全双工与半双工系统性能的差异。仿真结果表明,当中继节点处在用户间的中点位置时,系统保密性能最好;同时,减小信道估计误差、窃听链路的平均信噪比及剩余自干扰能够有效降低系统SOP,适当地增加中继数目可以获得更好的安全性能。     

相关衰落信道下的安全协作系统及中断性能

基于相关的瑞利衰落信道,研究安全协作系统的安全中断性能。假定发送端知道全部信道的信道状态信息,系统中存在单个窃听节点以及多个进行协作的中继节点,某个中继节点被选择作为干扰者来发送干扰信号,合法信道与干扰节点到目的节点的信道相关,窃听信道与干扰节点到窃听节点的信道也相关。在此类协作场景中,分析了信道相关性对安全协作系统安全性能的影响,获得了安全中断概率表达式。数值结果表明信道相关对安全协作系统的安全性能存在显著影响。     

基于深度学习的多用户毫米波中继网络混合波束赋形

针对传统多用户毫米波中继系统波束赋形方案计算复杂度高的问题，提出一种基于深度学习（DL）的奇异值分解（SVD）方法来设计混合波束赋形，以优化发送端、中继端和接收端波束赋形器。首先，利用DL方法设计发送端、中继端的波束赋形矩阵最大化可实现的频谱效率；然后，设计中继端、接收端的频带波束赋形矩阵以最大化等效信道增益；最后，在接收端设计最小均方误差（MMSE）滤波器消除用户间干扰。理论分析和仿真结果表明，基于DL的混合波束赋形方法相较于交替最大化（AltMax）与传统SVD方法：在高维信道矩阵和较多的用户情况下，计算复杂度分别降低了12.5%和23.44%；在已知信道状态信息（CSI）的情况下，频谱效率分别提高了2.277%和21.335%，在非完美CSI情况下，频谱效率分别提高了11.452%和43.375%。     

信道估计误差与同道干扰下的双向中继系统性能分析

分别在瑞利衰落 环境和瑞利 莱斯混合衰落环境下,研究了双向中继系统在同时受到信道估计误差和同道干扰影响下的中断概率性能。首先,给出了系统模型以及系统协议;然后,基于得到的接收端信干噪比表达式,分别推导了双向中继系统在单一瑞利衰落环境和瑞利 莱斯混合衰落环境下的中断概率表达式;最后,分析了双向中继系统受信道估计误差和同道干扰影响时的最佳中继位置选择,并得出了最佳中继位置的闭式表达式。数值仿真验证了所推导的中断概率表达式以及最佳中继位置表达式的正确性,揭示了信道估计误差和同道干扰对系统性能的影响,表明当信道估计质量阶数小于1时性能将明显下降,当衰落因子增大时性能将得到提高。     

全双工MIMO中继系统中基于最大速率的波束成形算法

全双工系统能实现在同一时隙与同一频率传输数据,相比于半双工系统能大大地提升数据吞吐量和频谱效率。为了进一步提高全双工多输入多输出(Multi-input and multi-output,MIMO)中继系统传输速率,本文基于放大转发(Amplify-and-forward,AF)传输模式,在全双工双向中继系统中引入梯度下降算法,将用户发送端、接收端波束成形与中继端波束成形矩阵相结合设计一种最大化速率的交替迭代算法,并构造出一种最小均方误差（Minimum mean square error,MMSE）迭代算法作为初始条件,在此基础上推导出中继接收端与发射端的波束成形矩阵表达式。仿真结果表明,本文构造的交替迭代算法收敛速度快,而且相比于迫零、最小均方误差以及最大泄信噪比算法,和速率有显著提高。     

最小化具有无线携能通信的全双工中继系统发射功率和

考虑在无线网络中采用信息与能量同步传输来提高无线中继系统的性能,提出了基于无线射频网络中采用无线携能通信（SWIPT）技术的具有自能量回收的双向传输全双工中继系统。SWIPT应用在双向全双工中继系统中是一个新的尝试,其中能量受限的目的节点使用从中继和环路信道捕获的能量来发送反馈信息,并给出了全双工中继系统工作的逻辑结构和能量受限的目的节点的物理结构。然后,以最小化系统发射功率和作为优化目标来描述系统的性能,采用功率分配方案进行信息解码和能量捕获,应用半定规划、秩松弛和拉格朗日方法将原始非凸优化方程转化为可解凸优化问题并求解,且联合优化了中继发射功率、发射波束成形向量和功率分配比率。最后,实验仿真对比了所提的新系统与传统双向传输中继系统,结果验证了利用自能量回收不仅可以消除自干扰,而且可以显著优化系统发射功率和,且由于SWIPT技术与全双工中继系统的结合,使得所提出的系统比传统的双向传输系统具有更高的性能增益。     

OFDM系统中子载波间干扰抑制算法的研究

针对频偏引起的正交频分复用（OFDM）系统中载波间干扰（ICI）的问题,为消除间干扰,提出了一种基于SSC—ASIZ方案的子载波间干扰抑制算法。为了更好地在接收端消除子载波干扰,发送端通过相邻子信道插零（ASIZ）算法对子载波进行分配;在接收端,针对发送端的特殊载波结构,通过接收符号移位抵消（SSC）算法来抑制对子载波的干扰。仿真结果表明,使用方案后系统信号干扰功率比（SIR）性能比常规系统提高了至少15dB,误码率（BER）性能也比其它方案优越,明显地改善了系统的性能。     

多天线系统频域信道估计算法的研究

在天线性能优化问题的研究中,MIMO-OFDM 技术将 OFDM 与空时编码技术有机的结合在一起,能够大幅度的提高无线通信系统的信道容量和传输速率.为了有效地抵抗多径衰落、抑制干扰和噪声,提出了一种改进的 LS 频域信道估计的改进算法即分组 LS 频域信道估计算法.算法根据 MIMO-OFDM 系统相邻子载波频域信道响应变化缓慢的结论,把所有天线发送的 OFDM 子载波分成多组来进行信道估计.通过对算法的仿真建模并进行仿真,表明算法具有简化算法复杂度以及提高抗噪声和信道估计能力,在抗多普勒频移等方面有更好的性能.算法可为多天线系统信道估计的研究提供了设计依据.     

基于MABC的中继系统资源分配策略

针对MABC的中继系统,对资源配置策略的优化问题进行研究,并将功率分配问题和中继选择问题相结合。基于此,提出了一种存在干扰情况MABC模型的多中继系统资源分配策略（IS-MABC-OPOR）。考虑双向中继系统干扰信号对其传输性能的影响,以通信链路信道容量最大化为优化目标,利用拉格朗日方法,对通信链路上的各节点进行了最优功率分配和最佳中继选择,给出了通信链路信道容量最大意义下的资源分配数学表达式。仿真结果表明,该链路的信道容量受中继节点位置以及链路总功率的制约,相比于等功率分配方案（EPA）、随机功率分配方案（RPA）和在所提方案的基础上加大干扰信号的信道增益,IS-MABC-OPOR方案有效提高了系统的信道容量,从而实现资源能够满足更高速率的业务传输需求。     

Simplified relay antenna selection with source beamforming for MIMO two-way relaying networks

A simplified relay antenna selection with source beamforming (RAS-BF) scheme is advocated for multiple-input multiple-output (MIMO) two-way relaying networks (TWRNs) employing amplify-and-forward (AF) protocol, which does not require channel estimation at the relay node and the optimal relay antenna can be simply determined by comparing the minimum received pilot signaling powers pertaining to each antenna. The theoretical analysis of system outage probability and average symbol error rate (SER) shows that full diversity order can also be achieved by the simplified scheme. Simulation results are provided to verify our theoretical results and further illustrate that the simplified scheme outperforms the outage-optimal counterpart in the presence of channel state information (CSI) imperfections.     

一种分布式MIMO系统的快速天线选择算法

分布式MIMO系统的天线数目与点对点MIMO相比进一步增多,性能优越的经典天线选择算法难以应用其中。针对这一问题,在分布式架构的基础上提出一种基于逐增端口选择的改进型逐减天线选择算法。该算法通过设定上限的动态端口选择缩小待选天线范围,进而利用贪心策略,逐步去除对信道容量贡献最小的天线。仿真结果表明,该算法的容量性能逼近穷举算法,且复杂度大幅降低,在强相关信道下表现出良好的适应性。     

多中继协作空间调制的中继选择及性能分析

针对多中继协作空间调制(SM)系统中的中继选择问题,提出一种基于中继节点位置的选择方案,并将该方案应用于系统中,对系统的误比特率(BER)性能进行了分析.该系统在源节点使用SM技术,每一时隙仅激活一根发射天线,并基于中继节点的位置信息,在全部中继中选择最接近源节点和目的节点间中点的一个放大转发(AF)中继进行转发.运用...     

基于协作中继的多点广播码分多址信息系统设计

为了提高多群多点广播中继网络系统的性能,提出一种改进的协作中继多点广播码分多址(CDMA)系统设计。该方案利用协作中继辅助的分布式波束形成 实现单天线基站多播,获得了较好的空间分集增益。在该系统中,多个基站利用多个中继节点向多个目的地的各个小组传播消息;利用CDMA技术来减少中继节点以及目的地节点的多址干扰(MAI)障碍,同时每个中继节点作为线性预编码波束合成器,可以在合适的代码空间重塑基站信号;对线性波束形成矩阵进行优化,使得中继节点的功率最小化,从而满足QoS在信号干扰噪声比方面的要求。系统性能仿真对比实验的结果表明,提出的改进方案明显优于传统的正交复用方案(FDMA / TDMA)。     

联合部分干扰抵消的TD集群多小区联合检测 *

针对TD集群下行智能天线无法使用,链路小区间干扰严重的问题,提出了将判决反馈与单小区联合检测通过部分干扰抵消进行级联的方案消除干扰.通过重新排列总系统矩阵,消除了多反馈级数带来的错误积累,提高了反馈精度,其单小区JD部分避免了扩展矩阵维数,从而减弱了算法对背景噪声的放大效应.比较了其与传统算法的抗小区间干扰能力以及算法复杂度,仿真结果验证了该方案的有效性及在各种信道下的鲁棒性.     

基于势博弈的认知全双工中继选择策略研究

在对主用户干扰功率限制、自干扰限制和总功率干扰限制的网络中,针对认知中继选择算法复杂度较高的问题,提出基于势博弈理论的认知全双工协作网络下中继选择策略。认知中继选择问题被建模为使用认知协作网络的系统速率作为共同效用函数的势博弈模型,并分析出在没有不可行策略集信息的前提下,所提的博弈可以保证纯策略纳什均衡(NE)的存在性和可行性条件。在此基础上,给出全双工中继选择迭代算法,并对算法的复杂度进行讨论。仿真分析表明,所提算法在较低复杂度的情况下,能够获得最优或者接近最优速率的性能,并与传统的半双工中继模式相比,性能也有明显提升。     

时分半双工MIMO中继系统性能分析

分析并推导在解码-转发中继方式下时分半双工MIMO中继信道的容量公式,在2种不同的中继选择算法下,应用蒙特卡罗仿真比较MIMO中继系统与一般蜂窝系统的性能。仿真结果表明,在使用适当的中继选择算法后,与一般蜂窝系统相比,时分半双工MIMO中继系统在容量、覆盖范围等方面均有更好的性能,且中继用户的能量消耗较低。     

Multi-user rate and power analysis in a cognitive radio network with massive multi-input multi-output

This paper discusses transmission performance and power allocation strategies in an underlay cognitive radio (CR) network that contains relay and massive multi-input multi-output (MIMO). The downlink transmission performance of a relay-aided massive MIMO network without CR is derived. By using the power distribution criteria, the k^th user’s asymptotic signal to interference and noise ratio (SINR) is independent of fast fading. When the ratio between the base station (BS) antennas and the relay antennas becomes large enough, the transmission performance of the whole system is independent of BS-to-relay channel parameters and relates only to the relay-to-users stage. Then cognitive transmission performances of primary users (PUs) and secondary users (SUs) in an underlay CR network with massive MIMO are derived under perfect and imperfect channel state information (CSI), including the end-to-end SINR and achievable sum rate. When the numbers of primary base station (PBS) antennas, secondary base station (SBS) antennas, and relay antennas become infinite, the asymptotic SINR of the k^th PU and SU is independent of fast fading. The interference between the primary network and secondary network can be canceled asymptotically. Transmission performance does not include the interference temperature. The secondary network can use its peak power to transmit signals without causing any interference to the primary network. Interestingly, when the antenna ratio becomes large enough, the asymptotic sum rate equals half of the rate of a single-hop single-antenna K-user system without fast fading. Next, the PUs’ utility function is defined. The optimal relay power is derived to maximize the utility function. The numerical results verify our analysis. The relationships between the transmission rate and the antenna number, relay power, and antenna ratio are simulated. We show that the massive MIMO with linear pre-coding can mitigate asymptotically the interference in a multi-user underlay CR network. The primary and secondary networks can operate independently.     

一种联合D2D资源分配的中继选择算法的研究

为提高蜂窝网络中边缘用户的QoS,可在蜂窝网络中引入了D2D辅助中继技术,然而由于D2D链路复用蜂窝资源会与蜂窝链路之间产生同频干扰,为了降低这种干扰,提出了一种联合资源分配的中继选择算法,该算法首先使用一种资源分配策略,使得D2D链路对蜂窝链路产生的干扰最小,然后结合资源分配结果提出了一个中继选择方案,该方案不仅考虑了D2D链路和回程链路的信道质量,而且还同时考虑到了对蜂窝链路的干扰问题。通过仿真验证,本文所提出的算法不仅能有效提升边缘用户吞吐量,同时保证了中心用户的QoS。