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。运用矩生成函数法推导了该系统在瑞利衰落信道下成对错误概率的解,并由此给出了系统的理论BER。仿真结果表明,与随机选择和循环转发中继的方法相比,该中继选择方法能够在系统中获得更好的BER性能。     

分布式空时编码的半定松弛非相干检测算法

针对译码转发（DF）协议下分布式空时编码（DSTBC）的多中继协作系统,提出了基于半定松弛（SDR）算法的协作系统非相干检测方案。将协作系统的非相干检测转化为布尔二次方程（BQP）形式,采用SDR算法,把NP难的BQP问题转换为多项式时间复杂度的半定规划问题。进一步结合SDR算法的特点,提出了一种中继加入信道信息估计的协作方案。与相干检测相比,SDR非相干检测虽然存在一定的性能损失,但目的节点无需任何信道信息,降低了系统的复杂度;提出的协作方案进一步降低了中继节点对源到中继间信道信息的要求。另外,比较了不同接收天线数目对系统检测性能的影响。     

无线协作通信的网络编码-增量中继机制

针对以往的网络编码应用于无线通信系统中都是采用固定的中继转发方式,提出了一种新的协作机制：网络编码—增量中继。该方案的中继节点根据两用户直传路径的发送情况来决定是否需要转发：即当两用户发送数据的直传路径都成功或都发送失败时,中继节点不转发数据;当两用户发送数据的直传路径有一个成功、一个失败时,中继节点转发经过网络编码后的数据。经过仿真表明,采用该协作机制,在不影响系统性能的情况下大大节约了时隙、功率、带宽资源。     

改进的多用户协作通信系统中继选择策略

基于多用户非再生协作网络,提出改进的多用户协作通信系统中继选择策略。假设在源节点和中继节点功率相等的条件下,利用源到中继、中继到目的节点的信道统计信息定义等效信道增益,并将其与信噪比结合,选择不同的中继节点集合,使得系统中断概率最小。实验结果表明,在高信噪比情况下,当中断概率为10?3时,与中继放大转发算法相比,可获得0.2 dB的信噪比增益,与单中继转发算法相比,信噪比增益为3.5 dB,能提高系统资源利用率。     

无线能量收集协作系统的节能中继选择方法

在无线能量收集协作通信系统中,针对中继处可能出现的能量瓶颈,提出优化源节点和中继的传输功率的节能中继选择方法。利用源节点与中继之间发射功率的比例关系计算源节点的发射功率,选择信道容量最大的中继链路进行数据转发,并考虑源节点与中继的发射功率约束。在此基础上,推导系统的平均信道容量和中断性能。仿真结果表明,该方法可显著提高系统能量效率,节约源节点的能量消耗。     

基于误码率的快速中继选择算法

针对协作网络中的中继选择算法的最优性与运算效率的矛盾问题,在放大转发(AF)协作网络中,提出一种基于误码率的快速中继选择算法。该算法先在等功率条件下,根据信道统计特性及系统误码率,引入一个等效信道增益参数,该参数反映了在协作通信过程中,源节点到中继节点以及中继节点到目的节点两个阶段的信道特性。然后将该参数降序排列,以当前信噪比(SNR)为门限,在等功率条件下选择中继节点集合,使系统的误码率最小。并结合次优功率分配,进一步降低系统的误码率。仿真结果表明,该算法能够取得和穷举算法相似的性能,但计算复杂度至少降低到穷举算法的1/20,且随着中继节点数的增加计算复杂度更进一步降低。同时,仿真结果还表明该中继选择算法的误码率性能优于所有中继节点参与转发（AP-AF）及预先选择一个最优中继节点转发数据（S-AF）算法。     

VANET中利用分布式TDMA空闲时隙的协作中继方法

车载自组网中的分布式时分多址(TDMA)协议的主要缺陷是未能充分利用无线信道资源,如节点空闲时隙问题。针对车载自组网无中心节点且网络拓扑结构快速变化的特点,提出一种协作中继分布式TDMA方法(CR-DTDMA),以便利用节点空闲时隙协作中继转发数据。CR-DTDMA实现一种网络握手协议来确定协作中继节点,不依赖相关数据传输确认机制,而且网络握手协议的控制信息都采用消息搭载机制传递,不需要发送专门的控制包。分析与模拟表明,CR-DTDMA提高了数据中继转发概率,降低了中继转发时延和丢包率。     

物理层网络编码系统中ARQ的设计

在物理层网络编码系统中,链路层差错控制采用基于终端节点的自动重传请求(TO-ARQ)方案。文中针对TO-ARQ系统存在传输速率慢、延时较大的缺点,在TO-ARQ的基础上,提出了一种基于终端和中继的自动重传请求(TR-ARQ)方案。该方案在中继接收的物理层网络编码数据包受损时,中继将立即发送反馈信息请求终端节点重传相应的数据分组,从而降低数据传输的反馈延时。实验结果表明,相比TO-ARQ,TR-ARQ方案改善了系统的延时,并显著提高了系统的传输速率。     

基于网络编码的协作中继技术

为提高协作中继中网络编码的性能,提出了一种软网络编码-软估计转发( SNC- SEF)的改进方案.在中继节点中对接收到的多路信息依次进行软输入软输出的信道编码、网络编码以及最为重要的基于最大似然准则推导的软符号调制的操作.该方案在最大限度地保留了软信息的同时可以获得解码增益.仿真实验结果表明,SNC-SEF方案相比传统的网络编码-解码转发(NC-DF)方案有明显的系统增益.     

基于改进网络编码的匿名通信机制研究

针对现有基于网络编码的匿名系统,由于转发节点的不稳定性以及匿名消息的多路径转发,使得数据发送的成功率较低的问题,提出了一种基于网络编码与数据冗余方法的新匿名通信机制ACSNC（anonymous communication system based on network coding）。首先采用数据冗余机制对要发送的数据进行冗余分片,并沿多条路径发送;然后中间转发节点对信息进行随机编码后转发,使信息通过节点前后的统计特性发生变化;最后,目的节点根据收到的数据片与编码系数恢复匿名信息。仿真结果表明,该机制在显著提高数据发送成功率的基础上,能够有效地保障通信的匿名性与安全性。     

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 %.     

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。     

一种正交混合空时网络编码的中继通信算法

针对无线通信网络中频谱利用效率较低以及网络吞吐量不足等问题,提出一种正交混合空时网络编码的中继通信算法(QHNR)。该算法通过系统模型分析了在传输周期中的MAC阶段和BC阶段中的中继通信方式以及节点发送数据的出错率,采用分级增益的方法来提高信道利用效率,提升系统性能,并通过中继概率来选择较好的中继节点。通过网络吞吐量和网络功率分配情况来分析QHNR算法的性能。实验仿真结果表明,QHNR算法在提高网络吞吐量,提升信道利用效率上,相比采用TWR通信方案和MWR通信方案具有更好的效果。     

基于长延时信道的水下传感器网络中继选择及功率分配优化算法

针对水下传感器网络(UWSN)中水声信道衰落特性随时间-空间-频率随机变化的特点,在此提出利用中继协作网络获得分集增益从而提高水下网络通信质量的水下协作网络模型。基于该协作模型,提出了一种基于信道增益和信号延时双指标最佳中继评价标准,并提出了基于该标准的最佳中继选择算法与基于最小误比特率准则的功率分配算法。仿真结果表明,相比于传统最佳中继选择算法,传输延时降低约16.7%;相对于等功率分配,该算法在典型场景下使误比特率降低1.81dB。     

Energy-efficient power allocation for selfish cooperative communication networks using bargaining game

In commercial networks,user nodes operating on batteries are assumed to be selfish to consume their energy solely to maximize their own benefits,e.g.,data rates.In this paper,we propose a bargaining game to perform the power allocation for the selfish cooperative communication networks.In our system,two partner nodes can act as a source as well as a relay for each other,and each node is with an energy constraint to transmit one frame.Consider a selfish node is willing to seek cooperative transmission only if the data rate achieved through cooperation will not lower than that achieved through noncooperation by using the same amount of energy.The energy-efficient power allocation problem can be modeled as a cooperative game.We proved that there exists a unique Nash bargaining solution (NBS) for the game by verifying that the game is indeed a bargaining problem.Thus,the two objectives,i.e.,system efficiency and user fairness specified in the selfish networks can be achieved.Simulation results show that the NBS scheme is efficient in that the performance loss of the NBS scheme to that of the maximal overall rate scheme is small while the maximal-rate scheme is unfair.The simulation results also show that the NBS result is fair in that both nodes could experience better performance than they work independently and the degree of cooperation of a node only depends on how much contribution its partner can make to improve its own performance.     

基于能量收集技术的无线协作网络中继选择

针对目前能量收集技术能够收集到的可用能量受限,导致无线协作网络中继节点处易出现能量短板的问题,为了避免整个网络因中继节点大量死亡而瘫痪,提出了一种基于能量收集技术的无线协作网络中继选择方案,即联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案。首先,基于节点的能量收集状况,选出每跳中能量最大的节点进行解码转发;然后,结合每连续两跳的链路传输状态,选出与源节点和目的节点之间的数据传输信道最优者作为中继节点。结合Nakagami-m信道衰落模型,将该方案与随机选择方案、最大数据链路信道增益(MaDs)方案和基于中继-窃听链路最小信道增益(BNBF)方案进行对比分析,结果表明:在满足收集的能量足够用于下一时隙能量收集和数据传输的前提下,用于能量收集的比例越小,网络中断概率越小;联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案在网络中断性能方面优于其他方案,其中断概率随信噪比的增大而减小,特别是当平均信噪比为38dB时,网络中断概率降到10^-5。     

协作通信最优功率分配算法

为了提高协作通信系统的能量利用率,降低系统的误符号率,提出了基于差分演化算法的协作通信最优功率分配算法.建立了多中继转发放大协作通信系统的模型,给出该模型下误符号率的表达式.在此基础上,提出了一种新的差分演化算法来求解最小误符号率时的源节点和各中继节点的最优功率分配.仿真实验结果表明,与等功率分配算法相比,在相同的条件下,新算法能够取得更低的误符号率,显著地提高了协作通信系统的性能.     

多中继协作无线网络中基于随机线性网络编码的调度方案

为进一步提升多中继协作无线网络传输效率,本文提出一种基于随机线性网络编码的动态规划方案,以最小化重传次数为目标,综合考虑各中继节点的有效信息与链路传输可靠性,实现多中继协同转发,以提升传输有效性。在各转发链路相互独立的情况下,针对整个传输过程,自适应地选取状态转移路径,确定最优转发节点。仿真结果表明,本方案相比随机调度机制能显著提升平均吞吐量,减少重传次数。在降低对反馈信息依赖和减少反馈开销的同时,其性能皆逼近完全反馈下基于贪心算法的调度机制。     

一种多中继协作系统中功率优化分配策略的无线网络容量算法研究

针对限制网络容量的主要因素（信道带宽与信道信噪比）,本文提出了一种多中继协作系统中功率优化分配策略的无线网络容量算法。首先,论文提出采用多中继协作的方式,提高网络传输速率,建立网络最大流数学模型。然后,在网络总功率受限的情况下,对中继节点进行功率优化分配,建立最大化网络容量计算数学模型。最后,论文建立网络仿真环境,对比多中继协作且能量优化分配与非中继协作且能量等分两种策略在中断概率、网络容量等方面的表现。得出如下结论：网络容量随节点数量增加呈现先增后减的趋势,多中继协作且能量优化分配策略更加有利于提高无线网络容量。     

机会网络自私节点的Bertrand博弈与激励机制研究

在真实的网络环境中,很多节点可能是自私的,它们不愿意牺牲自己的资源为其他节点转发消息。针对这种情况,提出一种基于博弈论的激励机制,可以激励节点与其他节点相互合作。该机制为二阶段激励,激励节点接收消息以协助其他节点转发,同时激励节点转发更多的消息。把源节点与中继节点之间的竞争与合作模型化为Bertrand（伯特兰德）博弈,定义了源节点和中继节点的效用函数。求解了源节点的最佳定价策略和中继节点最佳的转发计划,验证了源节点与中继节点之间存在唯一的纳什均衡。模拟仿真结果表明提出的激励机制能够鼓励自私节点参与合作,能提高路由算法的传递率,同时降低了消息传递延迟。与基于声誉的激励机制相比,所提激励机制能使消息传递成功率提高31.4%、平均时延降低9.7%。