适用于飞行自组网的闲置时隙预约TDMA协议

在飞行自组网中,固定时隙分配时分多址接入（TDMA）协议存在闲置时隙无法成功使用的问题。通过对TDMA协议引入闲置时隙预约机制,提出一种支持业务优先级传输机制的闲置时隙预约TDMA协议。采用短帧长的方式满足协同与控制业务的低时延传输需求,并利用闲置时隙预约机制允许节点使用闲置时隙传输感知业务,从而满足感知业务的高吞吐量传输性能要求。仿真结果表明,与CF-MAC和CTMAC协议相比,该协议能够在降低传输时延的同时,有效提高信道利用率和网络吞吐量。     

多IRS辅助的NOMA URLLC系统性能优化

工业自动化等新型无线通信场景具有严格的低时延性和高可靠性需求，在网络中联合使用智能反射面(IRS)、非正交多址接入(NOMA)以及超可靠低时延通信(URLLC)技术能支持海量终端接入，并提供更低的通信时延、更高的可靠性，以及更高的吞吐量性能。考虑多IRS辅助的NOMA URLLC系统在多个用户被划分为多个簇的情况下，用户簇和IRS如何最佳配对和通信资源如何优化的问题，研究了联合优化用户发射功率分配、IRS反射波束成型以及用户簇IRS配对决策问题，最大化用户的吞吐量之和。为解决所考虑的非凸优化问题，提出一种基于交替迭代算法，通过巧妙地引入松弛变量，并采用半正定松弛方法，高效求解功率分配优化、IRS反射波束成型优化以及用户簇IRS配对决策优化三个子问题。仿真结果表明，所提算法能显著提高系统吞吐量，并且显示了用户簇IRS配对决策优化的必要性与有效性。     

基于智能反射面辅助与无线中继的无人机协作通信系统优化算法

针对采用智能反射面（RIS）辅助与解码转发中继的无人机协作通信系统,研究了RIS反射相位、无人机部署位置和无线中继传输时隙联合优化算法。首先根据协作系统传输协议,建立了以最大化系统端到端信息传输可达速率为目标的资源分配联合优化问题。该问题非凸,为此提出一个交替优化算法,将该非凸问题分解为分别对RIS反射相位、无人机部署位置和协作中继传输时隙进行优化的三个子问题。其中RIS反射相位优化子问题和无人机部署位置优化子问题仍非凸,为此,分别采用半定松弛方法和提出一种基于连续凸逼近的局部区域优化方法进行求解,通过三个子问题的交替和迭代优化得到原问题的次优解。仿真结果验证了提出的联合优化算法获得的系统端到端信息传输可达速率优于其他的基准方案,并发现无人机应部署靠近中继或RIS的上方,其结果与系统的信噪比、RIS的反射元件数量以及RIS和中继所处地理位置等因素有关。     

设备直通中基于组合拍卖的联合资源分配机制

设备直通D2D(Device-to-Device Communication)通信是5G系统中的关键技术,通过复用传统蜂窝通信的频谱资源,能够大幅度提升系统频谱利用率,但却给传统蜂窝用户带来了同频干扰。针对上述问题,提出一种联合功率控制和信道分配的资源分配机制来最大化D2D链路的总吞吐量,并保证蜂窝链路的服务质量需求。该方案分为两步:底层功率控制考虑给定信道组合下的最大吞吐量,首先证明原问题属于凸优化,继而利用Karush-Kuhn-Tucker条件分析得到最优解;基于功率优化的结果,上层的信道分配等价于整数线性规划问题,一般意义下属于NP-hard难题,因此提出基于组合拍卖的分配机制来实现性能与复杂度之间的折中。最后,通过仿真验证了所提资源分配机制的有效性,并展示了联合无线资源分配的优势。     

基于凸优化的认知中继功率分配

该文研究了基于凸优化的认知中继功率分配问题。考虑在干扰温度的限制下,如何通过合理的子载波功率分配使得系统容量最大化。文章依据凸优化理论给出该问题的最优迭代算法,并从改善算法平均时间复杂度的角度加以改进,进而提出一种次优算法。数值仿真结果表明,次优算法相比最优算法有一定的性能损失,但是计算复杂度大大减少。     

下行多用户NOMA系统中基于能效优化的资源分配

非正交多址接入技术（Non-orthogonal multiple access, NOMA）提高了通信系统的频谱效率且可支持大量用户接入,因此受到广泛关注。以能量效率（简称能效）最大化为目标的多用户NOMA系统下行链路的资源分配问题,是一个难以求解的非凸问题,为此,将问题分解成用户分组和功率分配2个子问题。首先采用一种基于贪婪算法的用户分组方式降低了穷举法的计算复杂度;其次根据确定的分组方式,得到各个子信道上复用用户的功率分配系数表达式。为了进一步提高系统的能效,研究了子信道间非等功率分配方案,将子信道功率分配问题规划成非线性非凸的比率和问题,并利用Dinkelbach类算法得到次优解。仿真结果显示,文中采用的方案可以达到更好的系统容量和能效。     

双IRS辅助的NOMA无线携能通信网络优化

无线携能传输（simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT）能够有效解决通信终端的能源受限问题,而智能反射面（intelligent reflecting surface,IRS）能够辅助增强SWIPT的效率。为了克服单个IRS覆盖范围有限的缺点,以及进一步提高SWIPT的时间和频谱资源利用率,考虑了一个双IRS辅助基于非正交多址接入技术（non-orthogonal multiple access,NOMA）的无线携能通信系统,其中发送端的波束成形矢量、每个IRS的相移以及接收端的功率分割系数将进行联合优化以最大化系统的最小用户速率。为解决上述有着高度耦合优化变量的非凸优化问题,提出一个基于半正定松弛技术（semidefinite relaxation,SDR）和连续凸逼近技术（successive convex approximation,SCA）的交替优化（alternative optimization,AO）算法来高效求解该问题。仿真结果表明,双IRS辅助的系统比传统的单IRS辅助的系统能够实现更高的最小速率,揭示了部署双IRS的优异性、所提算法的有效性以及联合优化IRS相移及功率分割系数在提升用户速率性能方面的重要性。     

一种基于混合NOMA的IRS-MEC系统能量效率优化方案

在移动边缘计算系统（MEC）中结合智能反射面（IRS）和资源分配策略以提高系统能量效率是当前国内外研究的热点。基于混合非正交多址（NOMA）传输模式,通过对用户的本地运算频率、传输功率、传输时间和智能反射面离散相移的联合优化,实现智能反射面辅助的移动边缘计算系统能量效率最大化。由于优化过程涉及难以求解的非凸分式规划问题,提出了Dinkelbach-SCA的两步迭代算法：首先利用Dinkelbach方法将初始问题转换成易于求解的形式,通过分离变量对智能反射面离散相移进行优化;其次为了解耦传输功率与时间之间的耦合关系,引入辅助变量,并结合逐次凸逼近（SCA）方法将非凸问题转换成凸问题,求出优化解。仿真结果表明采用的系统方案的能量效率优于其他对比方案,并发现系统的能量效率随用户2的最小计算数据量减少而提升。     

6LoWPAN网络节点信道接入延时性能研究

为了优化6LoWPAN网络MAC协议性能,提出了一种基于饱和负载的时隙CSMA/CA机制的Markov链模型,并对协议主要网络参数进行了数学推导。基于该模型对节点平均接入延时及网络的信道接入概率等参数进行数值计算,重点分析了协议参数对网络延时性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了基于饱和负载的IEEE 802.15.4 MAC协议的信道竞争接入机制,而合理的协议参数设置能够有效地改善网络节点平均信道接入延时性能。     

WSN中利用蚁群路径优化的时隙选择重排算法

针对无线传感器网络(WSN)汇聚传输中的数据传输时间和功耗问题,提出了考虑时间同步和唤醒延迟的汇聚传输时隙选择重排算法。将时分多址接入(TDMA)用作介质访问协议,并允许每个节点在传输时隙期间可以发送或接收数据;设计新的WSN数据收集树模型,将传感器节点生成的数据通过无线链路形成的多跳网络发送到汇聚节点,在数据收集树的每条链路上分析时隙顺序,优化时隙选择,并基于蚁群算法优化路径选择,减少传输能量消耗和均衡簇头能量。实验结果表明,提出的算法可以实现显著的数据传输性能提高和功耗节约。     

基于主用户活跃性的多带联合频谱感知模型

针对以往的多带联合优化模型没有考虑检测周期对认知网络性能影响问题,提出了一种新的基于主用户活跃性的多带联合优化模型,将问题建模为干扰量、虚警和漏检概率等约束条件的非凸优问题,以最大化机会接入吞吐量为目标联合优化检测周期、感知时间和判决门限,并通过分层优化方法对其进行求解。数值分析表明,引入主用户活跃性影响后,在满足上述约束条件的同时,在保护主用户和机会接入吞吐量之间有了更好的权衡。     

冲突减弱型LEO多址协议性能仿真分析

针对PRMA-HS协议中系统阻塞概率较大的问题,引入微时隙概念,提出了具有冲突减弱功能的MPRMA-HS协议,通过对可用时隙的再划分,增加系统竞争时隙数量,以降低系统拥塞。建立了协议模型,利用平衡点分析法对协议的接入阻塞概率、系统丢包率和吞吐率进行了理论推导。通过计算机仿真给出了协议的性能曲线,并与PRMA-HS进行了对比。结果表明,MPRMA-HS协议所能支持的最大用户终端数比PRMA-HS协议提高11.9%,而接入阻塞概率和丢包率均小于PRMA-HS协议。     

船舶通信网无线接入协议研究

本文提出了一种适用于船舶通信网的无线接入协议--基于优先级的时分多址协议（PTDMA）,它允许节点通过捎带预约的方式动态申请时隙,并采用基于优先级和网络负载的动态时隙分配算法分配时隙.此外,它还保证节点动态接入和退出.仿真结果表明,该协议有较好的网络性能     

基于能量收集的环境反向散射通信联合优化算法设计

针对环境反向散射通信系统,设计两跳无线信息和能量传输方案并基于能效最大化准则给出联合优化算法。源端配置多天线并采用最大比发送(Max Ratio Transmission,MRT)预编码方法,中继节点使用功率分流法以完成信息发送与能量收集。基于系统传输模型,对源端天线数和发送功率采用联合优化算法以得到系统最大能效。借助高信噪比近似法进行非凸向凸的转化以解决优化目标中非凸问题。此外,利用Lambert W函数得到源端天线数和发送功率联合优化的最优解。仿真结果验证了所提方案的有效性和正确性。     

密集异构网络中D2D通信的多对多资源共享

为解决高接入量、高数据速率需求下的频谱资源短缺问题,将D2D通信技术引入蜂窝网络,研究密集异构网络中D2D通信的多对多资源分配与功率控制问题.多对多频谱共享将显著提高频谱效率,但在密集场景下会产生干扰累积问题.针对干扰累积问题,提出基于集合划分的多对多资源共享方案,提高D2D用户接入率以及最大化系统吞吐量;设计基于连续凸逼近的功率优化算法,降低主次用户间的干扰,提高D2D用户的稳定性.将仿真结果与其它算法进行比较,验证了该算法可有效控制干扰,显著提高系统吞吐量和D2D用户接入率.     

NOMA系统异构网络中联合用户关联和功率控制协同优化

针对非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)系统的两层异构网络,提出了基于效用函数最大化模型的用户关联与功率控制协同优化问题.在该问题中将系统总能效作为效用函数,在一定的用户服务质量要求(QoS)和最大功率限制约束下,提出一种联合用户关联和功率控制的算法.该算法首先将原问...     

基于PCF的无线局域网接入时延可控系统研究

目前无线局域网(WLAN)中使用最广的是IEEE 802.11协议,该协议定义了两种信道访问机制:分布式协调功能(DCF)和点协调功能(PCF).其中,DCF采用基于竞争的信道访问机制,因此,多个连有传感器的站点采集数据在信道中传输就会出现碰撞和时延不可控的问题;而PCF采用轮询的方式来提供一种非竞争的访问机制,很好地解决时延不可控制的问题.针对这种情况,提出采用集中控制协议完成PCF访问机制,协议中定义超帧结构并将超帧划分为多个时隙,以此实现无竞争的信道访问机制.实验结果表明:整个网络中传感器采集数据最大接入时延控制在90 ms以内.     

能效最优准则下的无人机中继系统的功率分配算法

由于无人机（Unmanned aerial vehicle,UAV）机动性好且部署简单,基于无人机中继的传输技术受到了广泛关注。功率作为通信系统的重要资源,其分配问题直接影响各条链路的性能和整个通信系统的能量效率。本文以莱斯衰落信道为背景,提出了一种在系统能效准则下的无人机中继通信系统的功率分配算法。首先在双跳放大转发（Amplify-and-forward,AF）中继传输模型的基础上建立功率分配的优化模型,将功率分配问题转化为求解最大系统能效的优化问题。在最优功率分配的求解过程中,先固定发射信号功率,获得波束形成优化方案;然后通过大信噪比区间近似,将非凸优化问题转化为凸优化问题;最后利用KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件,计算得出功率分配方案的闭式解。仿真实验表明,本文算法相对于迭代算法降低了算法复杂度。     

面向物联网环境的高效通信接收机设计

物联网（IoT）通信系统具有活跃用户数低、数据帧短等特性,而信道估计和多用户识别所需的导频和用户识别码会显著降低IoT系统的通信效率和响应速度。针对上述问题,提出了一种基于非正交多址接入（NOMA）的盲信道估计和多用户检测算法。首先,利用码分多址（CDMA）系统中的扩频矩阵对每个用户所占用载波进行分配,并采用差分编码解决盲估计所引发的星座点旋转问题;其次,根据用户所分配载波具有的稀疏性,引入伯努利-高斯（B-G）分布作为先验分布,利用变量间的隐马尔可夫特性进行因式分解和建模,由用户数据的稀疏特征进行多用户识别;最后,应用消息传递算法对上述模型进行推导,解决NOMA引起的多用户干扰,得到面向IoT环境的联合信道估计和检测接收算法。仿真结果表明,相对于块稀疏单测量向量（BS-SMV）算法和块稀疏自适应子空间求解（BSASP）算法,所提算法能够在不提高复杂度的条件下获得约1 dB的性能增益。     

WSN中基于改进樽海鞘群算法的分簇路由协议

针对无线传感器网络能耗不均衡、网络生存期短的问题,提出了一种基于改进樽海鞘群算法的分簇路由协议;所提协议分别从分簇阶段和稳定传输阶段进行优化;分簇阶段,首先对樽海鞘群算法进行改进,引入了精英反向学习策略和动态学习机制,克服了基本樽海鞘群算法局部勘探和全局开发能力不平衡的问题;其次考虑节点的剩余能量和地理位置设计高效的适应度函数,以选出最优簇首,平衡簇间负载;稳定传输阶段,设计了基于最小生成树的簇间路由算法,为簇首构建最优传输路径,在缓解簇首负载的同时提高网络能量利用率;簇内通信阶段,引入轮询控制机制帮助节点构建传输调度,提高时隙利用率;对所提协议进行仿真实验,并与几种前沿协议进行对比;对比结果表明,所提出的基于改进樽海鞘群算法的分簇路由协议能够有效地改善网络性能,从而延长传感网对于目标区域的监测时间,并提高基站接受到的数据包总量。